Recalibrating the calcium trap in amino acid carboxyl groups via classical molecular dynamics simulations

文献情報

出版日 2022-12-05
DOI 10.1039/D2CP02879D
インパクトファクター 3.676
著者

Janou A. Koskamp, Sergio E. Ruiz Hernandez, Mariette Wolthers


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要旨

In order to use classical molecular dynamics to complement experiments accurately, it is important to use robust descriptions of the system. The interactions between biomolecules, like aspartic and glutamic acid, and dissolved ions are often studied using standard biomolecular force-fields, where the interactions between biomolecules and cations are often not parameterized explicitly. In this study, we have employed metadynamics simulations to investigate different interactions of Ca with aspartic and glutamic acid and constructed the free energy profiles of Ca2+–carboxylate association. Starting from a generally accepted, AMBER-based force field, the association was substantially over and under-estimated, depending on the choice of water model (TIP3P and SPC/fw, respectively). To rectify this discrepancy, we have replaced the default calcium parameters. Additionally, we modified the σij value in the hetero-atomic Lennard-Jones interaction by 0.5% to further improve the interaction between Ca and carboxylate, based on comparison with the experimentally determined association constant for Ca with the carboxylate group of L-aspartic acid. The corrected description retrieved the structural properties of the ion pair in agreement with the original biomolecule – Ca2+ interaction in AMBER, whilst also producing an association constant comparable to experimental observations. This refined force field was then used to investigate the interactions between amino acids, calcium and carbonate ions during biogenic and biomimetic calcium carbonate mineralisation.

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Cover

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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