Molecular recognition and specificity of biomolecules to titanium dioxide from molecular dynamics simulations

随机六聚体 分子动力学 结合能 元动力学 化学 氨基酸 结合位点 生物分子 材料科学 结晶学 计算化学 生物化学 物理 核物理学
作者
Janani Sampath,Andrew Kullman,Rachel N. Gebhart,Gary P. Drobny,Jim Pfaendtner
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1) 被引量:22
标识
DOI:10.1038/s41524-020-0288-7
摘要

Abstract Titania (TiO2) is used extensively in biomedical applications; efforts to boost the biocompatibility of TiO2 include coating it with the titania binding hexamer, RKLPDA. To understand the binding mechanism of this peptide, we employ molecular dynamics simulations enhanced by metadynamics to study three amino acids present in the peptide—arginine (R), lysine (K), and aspartate (D), on four TiO2 variants that have different degrees of surface hydroxyl groups. We find that binding is a function of both sidechain charge and structure, with R binding to all four surfaces, whereas the affinity of K and D is dependent on the distribution of hydroxyl groups. Informed by this, we study the binding of the titania binding hexamer and dodecamer (RKLPDAPGMHTW) on two of the four surfaces, and we see strong correlations between the binding free energy and the primary binding residues, in agreement with prior experiments and simulations. We propose that the discrepancies observed in prior work stem from distribution of surface hydroxyl groups that may be difficult to precisely control on the TiO2 interface.
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