Нітроксильний спіновий зонд в іонних міцелах: Молекулярно-динамічне дослідження
Анотація
Сполуки з нітроксильним радикалом (NO˙) активно використовуються як спінові зонди для дослідження організованих розчинів, у тому числі ліпідних мембран та міцел. Їх спектри електронного парамагнітного резонансу надають інформацію щодо складу середовища, зокрема, про вміст води в ньому. Втім, коректна інтерпретація результатів вимірювань потребує розуміння мікроскопічних характеристик молекулярного зонда. У даній статті ми поширюємо наші попередні дослідження мікроскопічного стану кислотно-основних та сольватохромних зондів в міцелах поверхнево-активних речовин на спінові зонди. Ми доповідаємо результати молекулярно-динамічного моделювання поширеного спінового зонда, метил-5-доксилстеарата, в міцелах аніонної (н-додецилсульфат натрію, ДСН) та катіонної (н-додецилтриметиламонію бромід, ДТАБ) поверхнево-активних речовин. Локалізація молекули в міцелах, її форма, склад локального оточення, гідратованість були обчислені та порівняні з наявними відповідними експериментальними даними. Між характеристиками молекулярного зонда в міцелах обох видів значної різниці не знайдено, проте характеристики атома O˙ з неспареним електроном є суттєво відмінними: зокрема, у міцелах ДТАБ він є менш гідратованим та утворює менше водневих зв'язків із водою. Подібна ситуація спостерігається і для групи COO. Головною причиною цього визначено взаємодію з катіонними головними групами, які екранують атом O˙ та групу COO від води. Ці знахідки дозволили переглянути точку зору, що поверхневий шар міцел ДТАБ в цілому є менш гідратованим, ніж такий міцел ДСН.
Завантаження
Посилання
Bahri M. A., Hoebeke M., Grammenos A., Delanaye L., Seret A. Investigation of SDS, DTAB and CTAB Micelle Microviscosities by Electron Spin Resonance. // Colloids Surf. A 2006. Vol.290, No.1–3. P.206–212.
Mchedlov-Petrossyan N. O., Vodolazkaya N. A., Yakubovskaya A. G., Grigorovich A. V., Alek-seeva V. I., Savvina L. P. A Novel Probe for Determination of Electrical Surface Potential of Sur-factant Micelles: N,N'-Di-n-Octadecylrhodamine. // J. Phys. Org. Chem. 2007. Vol.20, No.5. P.332–344.
Mchedlov-Petrossyan N. O. Protolytic equilibrium in lyophilic nanosized dispersions: differentiat-ing influence of the pseudophase and salt effects. // Pure Appl. Chem. 2008. Vol.80, No.7. P.1459–1510.
Machado V. G., Stock R. I., Reichardt C. Pyridinium N-phenolate betaine dyes. // Chem. Rev. 2014. Vol.114, No. 20. P.10429–10475.
Lebedeva N., Bales B. L. Location of Spectroscopic Probes in Self-Aggregating Assemblies. I. The Case for 5-Doxylstearic Acid Methyl Ester Serving as a Benchmark Spectroscopic Probe to Study Micelles. // J. Phys. Chem. B 2006. Vol.110, No.20. P.9791–9799.
Lebedeva N., Zana R., Bales B. L. A Reinterpretation of the Hydration of Micelles of Dodecyl-trimethylammonium Bromide and Chloride in Aqueous Solution. // J. Phys. Chem. B 2006. Vol.110, No.20. P.9800–9801.
Plieninger P., Baumgärtel H. A. 1H NMR Investigation Concerning the Insertion of Pyridinium N-Phenoxide Betaines into Micelles. // Liebigs Ann. Chem. 1983. Vol.5. P.860–875.
Tada E. B., Novaki L. P., El Seoud O. A. Solvatochromism in Cationic Micellar Solutions: Effects of the Molecular Structures of the Solvatochromic Probe and the Surfactant Headgroup. // Lang-muir 2001. Vol.17, No.3. P.652–658.
Rakitin A. R., Pack G. R. Molecular Dynamics Simulations of Ionic Interactions with Dodecyl Sulfate Micelles. // J. Phys. Chem. B 2004. Vol.108, No.8. P.2712–2716.
Farafonov V. S., Lebed A. V. Developing and validating a set of all-atom potential models for sodium dodecyl sulfate. // J. Chem. Theory Comput. 2017. Vol.13, No.6. P.2742−2750.
Gao F., Yan H., Yuan S. Fluorescent Probe Solubilised in Cetyltrimethylammonium Bromide Micelles by Molecular Dynamics Simulation. // Mol. Simul. 2013. Vol.39, No.13. P. 1042–1051.
Mchedlov-Petrossyan N. O., Farafonov V. S., Cheipesh T. A., Shekhovtsov S. V., Nerukh D. A., Lebed A. V. In search of an optimal acid-base indicator for examining surfactant micelles: Spec-trophotometric studies and molecular dynamics simulations. // Coll. Surf. A 2019. Vol.565. P.97–107.
Farafonov V. S., Lebed A. V., Mchedlov-Petrossyan N. O. An MD simulation study of Reich-ardt’s betaines in surfactant micelles: Unlike orientation and solvation of cationic, zwitterionic, and anionic dye species within the pseudophase. // Kharkov Univ. Bull., Chem. Ser. 2018. Vol.30, No.53. P.27–35.
Farafonov V. S., Lebed A. V., Mchedlov-Petrossyan N. O. Examining solvatochromic Reichardt’s dye in cationic micelles of different size via molecular dynamics. // Vopr. Khim. Khim. Tekhnol. 2018. Vol.5. P.62–68.
Mathias E. V., Liu X., Franco O., Khan I., Ba Y., Kornfield J. A. Model of Drug-Loaded Fluoro-carbon-Based Micelles Studied by Electron-Spin Induced 19F Relaxation NMR and Molecular Dynamics Simulation. // Langmuir 2008. Vol.24, No.3. P.692–700.
Aliaga C., Bravo-Moraga F., Gonzalez-Nilo D., Márquez S., Lühr S., Mena G., Rezende M. C. Location of TEMPO derivatives in micelles: subtle effect of the probe orientation. // Food Chem-istry 2016. Vol.192. P.395–401.
Giampaolo A. D., Cerichelli G., Chiarini M., Daidone I., Aschi M. Structure and solvation proper-ties of aqueous sulfobetaine micelles in the presence of organic spin probes: a Molecular Dynam-ics simulation study. // Struct. Chem. 2013. Vol.24. P.945–953.
Kyrychenko A., Ladokhin A. S. Molecular Dynamics Simulations of Depth Distribution of Spin-Labeled Phospholipids within Lipid Bilayer. // J. Phys. Chem. B 2013. Vol.117, No.19. P.5875–5885.
Laudadio E., Galeazzi R., Mobbili G., Minnelli C., Barbon A., Bortolus M., Stipa P. Depth Distri-bution of Spin-Labeled Liponitroxides within Lipid Bilayers: A Combined EPR and Molecular Dynamics Approach. // ACS Omega 2019. Vol.4, No.3. P.5029–5037.
Stoica I. Force field impact and spin-probe modeling in molecular dynamics simulations of spin-labeled T4 lysozyme. // J. Mol. Model. 2005. Vol.11. P.210–225.
Oganesyan V. S., Chami F., White G. F., Thomson A. J. A combined EPR and MD simulation study of a nitroxyl spin label with restricted internal mobility sensitive to protein dynamics. // J. Magn. Reson. 2017. Vol.274. P.24–35.
Mukerjee P., Ramachandran C., Pyterl R. A. Solvent Effects on the Visible Spectra of Nitroxides and Relation to Nitrogen Hyperfine Splitting Constants. Nonempirical Polarity Scales for Aprotic and Hydroxylic Solvents. // J. Phys. Chem. 1982. Vol.86, No.16. P.3189–3197.
Grieser F., Drummond C. J. The Physicochemical Properties of Self-Assembled Surfactant Ag-gregates As Determined by Some Molecular Spectroscopic Probe Techniques. // J. Phys. Chem. 1988. Vol.92, No.20. P.5580−5593.
Vanquelef E., Simon S., Marquant G., Garcia E., Klimerak G., Delepine J. C., Cieplak P., Dupradeau F.-Y. R.E.D. Server: a web service for deriving RESP and ESP charges and building force field libraries for new molecules and molecular fragments. // Nucleic Acids Res. 2011. Vol.39. P.511–517.
