Аналіз взаємодії N-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему
Nanocomposites based on biomolecules and highly dispersed silica are quite promising for use in many fields of biotechnology. There are many methods of obtaining such materials, in particular, adsorption from liquid or gas phases. Saccharides and their derivatives are present in the human body, they...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/569 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543924672266240 |
|---|---|
| author | Ushakova, L. M. Demianenko, E. M. Terets, M. I. Lobanov, V. V. Kartel, M. T. |
| author_facet | Ushakova, L. M. Demianenko, E. M. Terets, M. I. Lobanov, V. V. Kartel, M. T. |
| author_sort | Ushakova, L. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:13Z |
| description | Nanocomposites based on biomolecules and highly dispersed silica are quite promising for use in many fields of biotechnology. There are many methods of obtaining such materials, in particular, adsorption from liquid or gas phases. Saccharides and their derivatives are present in the human body, they are involved in metabolic process, thus it is reasonable to use them while working with biomolecules. The work considers such disaccharides as sucrose, lactose and N-acetylneuraminic acid (NANA). Being a part of glycoproteins and glycolipids, NANA is also considered to be a carbohydrate. The main objective of the study was to study the ways of interaction of NANA on the disaccharide-modified silica surface. The methods of quantum chemistry have been used to find the probable structures of three-component adsorbtion complexes at molecular level and to clarify the mutual influence of these compounds in adsorbtion process. An analysis of the results of quantum chemical calculations shows that the adsorption of an anion of N-acetylneuraminic acid on silica surface is less likely than in its molecular form. Molecules of N-acetylneuraminic acid, disaccharides and silica form intermolecular complexes due to intermolecular hydrogen bonds between polar functional (mainly –OH) groups of the analytes. The sucrose dimer is 85.4 kJ/mol stronger than the lactose one. The sucrose molecule also forms a 38.1 kJ/mol stronger intermolecular complex with the N-acetylneuraminic acid molecule compared to a similar complex where lactose is used as a disaccharide. The highest energy (245.2 kJ/mol) is released when a silica cluster interacts with the intermolecular complex of N-acetylneuraminic acid and sucrose provided silica and the sucrose molecule are in a direct contact with each other. Therefore, as studies have shown, the adsorption of N-acetylneuraminic acid is possible if silica surface is pre-modified with disaccharides. The results of quantum chemical modeling confirm the obtained experimental data. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:10Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-569 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:14Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5692022-06-29T10:02:13Z Analysis of the interaction between N-acetylneuraminic acid and disaccharides on silica surface Анализ взаимодействия N-ацетилнейраминовой кислоты с дисахаридами на поверхности кремнезема Аналіз взаємодії N-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему Ushakova, L. M. Demianenko, E. M. Terets, M. I. Lobanov, V. V. Kartel, M. T. N-acetylneuraminic acid silica surface sucrose lactose adsorption cluster approach density functional theory method N-ацетилнейрамінова кислота поверхня кремнезему сахароза лактоза адсорбція кластерне наближення метод теорії функціоналу густини N-ацетилнейраминовая кислота поверхность кремнезема сахароза лактоза адсорбция кластерное приближение метод теории функционала плотности Nanocomposites based on biomolecules and highly dispersed silica are quite promising for use in many fields of biotechnology. There are many methods of obtaining such materials, in particular, adsorption from liquid or gas phases. Saccharides and their derivatives are present in the human body, they are involved in metabolic process, thus it is reasonable to use them while working with biomolecules. The work considers such disaccharides as sucrose, lactose and N-acetylneuraminic acid (NANA). Being a part of glycoproteins and glycolipids, NANA is also considered to be a carbohydrate. The main objective of the study was to study the ways of interaction of NANA on the disaccharide-modified silica surface. The methods of quantum chemistry have been used to find the probable structures of three-component adsorbtion complexes at molecular level and to clarify the mutual influence of these compounds in adsorbtion process. An analysis of the results of quantum chemical calculations shows that the adsorption of an anion of N-acetylneuraminic acid on silica surface is less likely than in its molecular form. Molecules of N-acetylneuraminic acid, disaccharides and silica form intermolecular complexes due to intermolecular hydrogen bonds between polar functional (mainly –OH) groups of the analytes. The sucrose dimer is 85.4 kJ/mol stronger than the lactose one. The sucrose molecule also forms a 38.1 kJ/mol stronger intermolecular complex with the N-acetylneuraminic acid molecule compared to a similar complex where lactose is used as a disaccharide. The highest energy (245.2 kJ/mol) is released when a silica cluster interacts with the intermolecular complex of N-acetylneuraminic acid and sucrose provided silica and the sucrose molecule are in a direct contact with each other. Therefore, as studies have shown, the adsorption of N-acetylneuraminic acid is possible if silica surface is pre-modified with disaccharides. The results of quantum chemical modeling confirm the obtained experimental data. Нанокомпозиты на основе биомолекул и кремнезема – это очень перспективное направление во многих отраслях биотехнологий. Методов получения таких материалов немало, в частности адсорбция из жидкой и газообразной фаз. Сахариды и их производные присутствуют в человеческом организме, они принимают участие в работе метаболизма, именно этим объясняется их использование для работы с биомолекулами. В работе рассматривается дисахариды – сахароза и лактоза, а также N-ацетилнейраминовая кислота (NANA), которая является частью гликолипидов и гликопротеинов и тоже углевод.Основной задачей исследования было изучение взаимодействия NANA c модифицированной дисахаридами поверхностью кремнензема. С помощью методов квантовой химии установлены вероятные структуры трехкомпонентных адсорбционных комплексов на молекулярном уровне и изучено влияние этих соединений при адсорбции. Анализ результатов квантовохимических расчетов говорят о том, что адсорбция на поверхности кремнезема аниона N-ацетилнейраминовой кислоты менее вероятна в сравнении с ее молекулярной формой. Молекулы дисахаридов, N-ацетилнейраминовой кислоты и кремнезема образуют межмолекулярные комплексы за счет межмолекулярных связей между полярными функциональными (в основном –ОН) группами исследуемых веществ. Димер сахарозы на 85.4 кДж/моль более прочный, чем димер лактозы. Также молекула образует на 38.1 кДж/моль более прочный межмолекулярный комплекс с молекулой N-ацетилнейраминовой кислоты по сравненнию с аналогичным комплексом, в котором использована лактоза как дисахарид. Наибольшая энергия (245.2 кДж/моль) выделяется при взаимодействии с кластером кремнезема межмолекулярного комплекса N-ацетилнейраминовой кислоты и сахарозы, при этом непосредственно контактируют кремнезем и молекула сахарозы.Следовательно, как показали исследования, адсорбция N-ацетилнейраминовой кислоты возможна, если поверхность кремнезема предварительно модифицировать дисахаридами. Результаты квантовохимического моделирования подтверждают полученные експериментальные данные. Нанокомпозити на основі біомолекул та високодисперсного кремнезему досить перспективні для використання в багатьох галузях біотехнології. Методів одержання таких матеріалів є немало, зокрема, це адсорбція із рідкої або із газової фаз. Сахариди і їхні похідні присутні в людському організму, вони беруть участь у метаболізмі, тому для роботи з біомолекулами доречно використовувати саме такі речовини. У роботі розглянуті дисахариди – сахароза, лактоза та N-ацетилнейрамінова кислота (NANA), яка є частиною глікопротеїнів та гліколіпідів, також є вуглеводом. Основною задачею дослідження було вивчення шляхів взаємодії NANA на модифіковану дисахаридами поверхню кремнезему. За допомогою методів квантової хімії встановлені ймовірні структури трикомпонентних адсорбційних комплексів на молекулярному рівні і з’ясовано взаємний вплив цих сполук при адсорбції. Результати аналізу квантовохімічних розрахунків свідчать, що адсорбція на поверхні кремнезему аніона N-ацетилнейрамінової кислоти менш ймовірна, в порівнянні з її молекулярною формою. Молекули дисахаридів N-ацетилнейрамінової кислоти та кремнезему утворюють міжмолекулярні комплекси за рахунок міжмолекулярних водневих зв’язків між полярними функціональними (в основному –ОН) групами досліджуваних речовин. Димер сахарози на 85.4 кДж/моль міцніший за димер лактози. Також молекула сахарози утворює на 38.1 кДж/моль міцніший міжмолекулярний комплекс з молекулою N-ацетил-нейрамінової кислоти в порівнянні із аналогічним комплексом, в якому як дисахарид використано лактозу. Найбільша енергія виділяється (245.2 кДж/моль) при взаємодії з кластером кремнезему міжмолекулярного комплекса N-ацетилнейрамінової кислоти і сахарози, при цьому безпосередньо контактують кремнезем і молекула сахарози. Отже, як показали дослідження, адсорбція N-ацетилнейрамінової кислоти можлива, якщо поверхню кремнезему попередньо модифікувати дисахаридами. Результати квантовохімічного моделювання підтверждують одержані експериментальні дані. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/569 10.15407/hftp11.04.516 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 4 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 516-527 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 4 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 516-527 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 4 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 516-527 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/569/575 Copyright (c) 2020 L. M. Ushakova, E. M. Demianenko, M. I. Terets, V. V. Lobanov, M. T. Kartel |
| spellingShingle | N-ацетилнейрамінова кислота поверхня кремнезему сахароза лактоза адсорбція кластерне наближення метод теорії функціоналу густини Ushakova, L. M. Demianenko, E. M. Terets, M. I. Lobanov, V. V. Kartel, M. T. Аналіз взаємодії N-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему |
| title | Аналіз взаємодії N-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему |
| title_alt | Analysis of the interaction between N-acetylneuraminic acid and disaccharides on silica surface Анализ взаимодействия N-ацетилнейраминовой кислоты с дисахаридами на поверхности кремнезема |
| title_full | Аналіз взаємодії N-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему |
| title_fullStr | Аналіз взаємодії N-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему |
| title_full_unstemmed | Аналіз взаємодії N-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему |
| title_short | Аналіз взаємодії N-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему |
| title_sort | аналіз взаємодії n-ацетилнейрамінової кислоти із дисахаридами на поверхні кремнезему |
| topic | N-ацетилнейрамінова кислота поверхня кремнезему сахароза лактоза адсорбція кластерне наближення метод теорії функціоналу густини |
| topic_facet | N-acetylneuraminic acid silica surface sucrose lactose adsorption cluster approach density functional theory method N-ацетилнейрамінова кислота поверхня кремнезему сахароза лактоза адсорбція кластерне наближення метод теорії функціоналу густини N-ацетилнейраминовая кислота поверхность кремнезема сахароза лактоза адсорбция кластерное приближение метод теории функционала плотности |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/569 |
| work_keys_str_mv | AT ushakovalm analysisoftheinteractionbetweennacetylneuraminicacidanddisaccharidesonsilicasurface AT demianenkoem analysisoftheinteractionbetweennacetylneuraminicacidanddisaccharidesonsilicasurface AT teretsmi analysisoftheinteractionbetweennacetylneuraminicacidanddisaccharidesonsilicasurface AT lobanovvv analysisoftheinteractionbetweennacetylneuraminicacidanddisaccharidesonsilicasurface AT kartelmt analysisoftheinteractionbetweennacetylneuraminicacidanddisaccharidesonsilicasurface AT ushakovalm analizvzaimodejstviânacetilnejraminovojkislotysdisaharidaminapoverhnostikremnezema AT demianenkoem analizvzaimodejstviânacetilnejraminovojkislotysdisaharidaminapoverhnostikremnezema AT teretsmi analizvzaimodejstviânacetilnejraminovojkislotysdisaharidaminapoverhnostikremnezema AT lobanovvv analizvzaimodejstviânacetilnejraminovojkislotysdisaharidaminapoverhnostikremnezema AT kartelmt analizvzaimodejstviânacetilnejraminovojkislotysdisaharidaminapoverhnostikremnezema AT ushakovalm analízvzaêmodíínacetilnejramínovoíkislotiízdisaharidaminapoverhníkremnezemu AT demianenkoem analízvzaêmodíínacetilnejramínovoíkislotiízdisaharidaminapoverhníkremnezemu AT teretsmi analízvzaêmodíínacetilnejramínovoíkislotiízdisaharidaminapoverhníkremnezemu AT lobanovvv analízvzaêmodíínacetilnejramínovoíkislotiízdisaharidaminapoverhníkremnezemu AT kartelmt analízvzaêmodíínacetilnejramínovoíkislotiízdisaharidaminapoverhníkremnezemu |