Interactions between hydration spheres of two different solutes in solution: The least squares fitting with constraints as a tool to determine water properties in ternary systems - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Interactions between hydration spheres of two different solutes in solution: The least squares fitting with constraints as a tool to determine water properties in ternary systems

Abstrakt

Biological systems are complex and the problem of their description lies in mutual interactions between their components. This paper is focused on model experiment-based studies which can reduce these difficulties. The ternary aqueous N-methylacetamide (NMA)–Na2HPO4 system has been studied by means of the FTIR spectroscopy. A novel difference spectra method aimed to extract the spectral contribution of water affected simultaneously by two solutes is proposed. The key improvement is the additional least squares curve fitting procedure with carefully selected constraints which allow obtaining information on the composition of water affected in complex solutions. The fitting parameters are optimized with the Monte Carlo method and the human influence on parameter selection is minimized. The simple method allows determining individual contributions originating in hydration of multiple solution components. FTIR spectra of water in the NMA–Na2HPO4 system gave an insight into the interactions and susceptibility for interactions between solvent and co-solutes or hydrated co-solutes.

Cytowania

  • 3

    CrossRef

  • 2

    Web of Science

  • 3

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 7 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS nr 310,
ISSN: 0167-7322
Język:
angielski
Rok wydania:
2020
Opis bibliograficzny:
Panuszko A., Stangret J., Nowosielski B., Bruździak P.: Interactions between hydration spheres of two different solutes in solution: The least squares fitting with constraints as a tool to determine water properties in ternary systems// JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS -Vol. 310, (2020), s.113181-
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1016/j.molliq.2020.113181
Bibliografia: test
  1. A. Chand, S. Chowdhuri, A comparative study of hydrogen bonding structure and dynamics in aqueous urea solution of amides with varying hydrophobicity: effect of addition of trimethylamine N-oxide (TMAO), J. Mol. Liq. 242 (2017) 70-81. otwiera się w nowej karcie
  2. A. Chand, S. Chowdhuri, Effects of dimethyl sulfoxide on the hydrogen bonding structure and dynamics of aqueous N-methylacetamide solution, J. Chem. Sci. 128 (2016) 991-1001. otwiera się w nowej karcie
  3. A. Chand, P. Chettiyankandy, S.K. Pattanayak, S. Chowdhuri, Effects of trimethylamine-N-oxide (TMAO) on aqueous N-methylacetamide solution: a com- parison of different force fields of TMAO, J. Mol. Liq. 225 (2017) 926-935. otwiera się w nowej karcie
  4. I. Yu, M. Nagaoka, Slowdown of water diffusion around protein in aqueous solution with ectoine, Chem. Phys. Lett. 388 (2004) 316-321. otwiera się w nowej karcie
  5. S. Paul, S. Paul, Exploring the counteracting mechanism of trehalose on urea con- ferred protein denaturation: a molecular dynamics simulation study, J. Phys. Chem. B 119 (2015) 9820-9834. otwiera się w nowej karcie
  6. E.A. Oprzeska-Zingrebe, M. Kohagen, J. Kästner, J. Smiatek, Unfolding of DNA by co- solutes: insights from Kirkwood-Buff integrals and transfer free energies, Eur. Phys. J. Special Topics 227 (2019) 1665-1679. otwiera się w nowej karcie
  7. J. Hunger, N. Ottosson, K. Mazur, M. Bonn, H.J. Bakker, Water-mediated interactions between trimethylamine-N-oxide and urea, Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (2015) 298-306. otwiera się w nowej karcie
  8. K.I. Oh, C.R. Baiz, Crowding stabilizes DMSO-water hydrogen-bonding interactions, J. Phys. Chem. B 122 (2018) 5984-5990. otwiera się w nowej karcie
  9. V.P. Korolev, O.A. Antonova, N.L. Smirnova, Thermodynamic characteristics, struc- ture, and interactions of L-proline in aqueous solutions of alcohols and urea, J. Struct. Chem. 55 (2014) 353-359. otwiera się w nowej karcie
  10. C. Malardier-Jugroot, D.T. Bowron, A.K. Soper, M.E. Johnson, T. Head-Gordon, Struc- ture and water dynamics of aqueous peptide solutions in the presence of co- solvents, Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (2010) 382-392. otwiera się w nowej karcie
  11. D. Russo, The impact of kosmotropes and chaotropes on bulk and hydration shell water dynamics in a model peptide solution, Chem. Phys. 345 (2008) 200-211 (Neutrons in Biology). otwiera się w nowej karcie
  12. G. Nandini, D.N. Sathyanarayana, Ab initio studies on geometry and vibrational spectra of N-methyl formamide and N-methylacetamide, J. Mol. Struct. THEOCHEM 579 (2002) 1-9. otwiera się w nowej karcie
  13. A. Radzicka, L. Pedersen, R. Wolfenden, Influences of solvent water on protein fold- ing: free energies of solvation of cis and trans peptides are nearly identical, Bio- chemistry 27 (1988) 4538-4541. otwiera się w nowej karcie
  14. H. Guo, M. Karplus, Ab initio studies of hydrogen bonding of N-methylacetamide: structure, cooperativity, and internal rotational barriers, J. Phys. Chem. 96 (1992) 7273-7287. otwiera się w nowej karcie
  15. T.W. Whitfield, G.J. Martyna, S. Allison, S.P. Bates, H. Vass, J. Crain, Structure and hy- drogen bonding in neat N-methylacetamide: classical molecular dynamics and Raman spectroscopy studies of a liquid of peptidic fragments, J. Phys. Chem. B 110 (2006) 3624-3637. otwiera się w nowej karcie
  16. U. Adhikari, S. Scheiner, Preferred configurations of peptide-peptide interactions, J. Phys. Chem. A 117 (2013) 489-496. otwiera się w nowej karcie
  17. M. Albrecht, C.A. Rice, M.A. Suhm, Elementary peptide motifs in the gas phase: FTIR aggregation study of formamide, acetamide, N-methylformamide, and N- methylacetamide, J. Phys. Chem. A 112 (2008) 7530-7542. otwiera się w nowej karcie
  18. R. Vargas, J. Garza, R.A. Friesner, H. Stern, B.P. Hay, D.A. Dixon, Strength of the N − H⋯O = C and C-H⋯O=C bonds in formamide and N-methylacetamide dimers, J. Phys. Chem. A 105 (2001) 4963-4968. otwiera się w nowej karcie
  19. M. Albertí, N. Faginas Lago, A. Laganà, F. Pirani, A portable intermolecular potential for molecular dynamics studies of NMA-NMA and NMA-H2O aggregates, Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 8422-8432. otwiera się w nowej karcie
  20. X. Jiang, C. Wang, Evaluation of the individual hydrogen bonding energies in N- methylacetamide chains, SCIENCE CHINA Chem. 53 (2010) 1754-1761. otwiera się w nowej karcie
  21. Y. Zhou, G. Deng, Y.Z. Zheng, J. Xu, H. Ashraf, Z.W. Yu, Evidences for cooperative resonance-assisted hydrogen bonds in protein secondary structure analogs, Sci. Rep. 6 (2016) 36932. otwiera się w nowej karcie
  22. T. Forsting, H.C. Gottschalk, B. Hartwig, M. Mons, M.A. Suhm, Correcting the record: the dimers and trimers of: trans-N-methylacetamide, Phys. Chem. Chem. Phys. 19 (2017) 10727-10737. otwiera się w nowej karcie
  23. H. Torii, T. Tatsumi, T. Kanazawa, M. Tasumi, Effects of intermolecular hydrogen- bonding interactions on the amide I mode of N-methylacetamide: matrix-isolation infrared studies and ab initio molecular orbital calculations, J. Phys. Chem. B 102 (1998) 309-314. otwiera się w nowej karcie
  24. N. Faginas-Lago, A. Lombardi, M. Albertí, Aqueous N-methylacetamide: new analytic potentials and a molecular dynamics study, J. Mol. Liq. 224 (2016) 792-800. otwiera się w nowej karcie
  25. A. Panuszko, M.G. Nowak, P. Bruździak, M. Stasiulewicz, J. Stangret, Amides as models to study the hydration of proteins and peptides spectroscopic and theoret- ical approach on hydration in various temperatures, J. Mol. Liq. 278 (2019) 706-715. otwiera się w nowej karcie
  26. N.S. Kang, Y.K. Kang, Assessment of CCSD(T), MP2, and DFT methods for the calcu- lations of structures and interaction energies of the peptide backbone with water molecules, Chem. Phys. Lett. 687 (2017) 23-30. otwiera się w nowej karcie
  27. M. Di Gioacchino, F. Bruni, M.A. Ricci, N-methylacetamide aqueous solutions: a neu- tron diffraction study, J. Phys. Chem. B 123 (2019) 1808-1814. otwiera się w nowej karcie
  28. V.K. Yadav, A. Chandra, First-principles simulation study of vibrational spectral dif- fusion and hydrogen bond fluctuations in aqueous solution of N-methylacetamide, J. Phys. Chem. B 119 (2015) 9858-9867. otwiera się w nowej karcie
  29. L.O. Paulson, D.T. Anderson, Infrared spectroscopy of the amide I mode of N- methylacetamide in solid hydrogen at 2-4 K, J. Phys. Chem. B 115 (2011) 13659-13667. otwiera się w nowej karcie
  30. A. Panuszko, E. Gojło, J. Zielkiewicz, M. Śmiechowski, J. Krakowiak, J. Stangret, Hy- dration of simple amides. FTIR spectra of HDO and theoretical studies, J. Phys. Chem. B 112 (2008) 2483-2493. otwiera się w nowej karcie
  31. X. Xiao, Y. Tan, L. Zhu, Y. Guo, Z. Wen, M. Li, X. Pu, A. Tian, Effects of the position and manner of hydration on the stability of solvated N-methylacetamides and the strength of binding between N-methylacetamide and water clusters: a computa- tional study, J. Mol. Model. 18 (2011) 1389-1399. otwiera się w nowej karcie
  32. A. Bastida, M.A. Soler, J. Zúñiga, A. Requena, A. Kalstein, S. Fernández-Alberti, Hybrid quantum/classical simulations of the vibrational relaxation of the amide I mode of N-methylacetamide in D2O solution, J. Phys. Chem. B 116 (2012) 2969-2980. otwiera się w nowej karcie
  33. P.A. Cazade, F. Hédin, Z.H. Xu, M. Meuwly, Vibrational relaxation and energy migra- tion of N-methylacetamide in water: the role of nonbonded interactions, J. Phys. Chem. B 119 (2015) 3112-3122. otwiera się w nowej karcie
  34. P.A. Cazade, T. Bereau, M. Meuwly, Computational two-dimensional infrared spec- troscopy without maps: N-methylacetamide in water, J. Phys. Chem. B 118 (2014) 8135-8147. otwiera się w nowej karcie
  35. B. Lin, P.E. Lopes, B. Roux, A.D. Mackerell, Kirkwood-Buff analysis of aqueous N- methylacetamide and acetamide solutions modeled by the CHARMM additive and Drude polarizable force fields, J. Chem. Phys. 139 (2013). otwiera się w nowej karcie
  36. E. Kaczkowska, J. Wawer, M. Tyczyńska, M. Jóźwiak, J. Krakowiak, The hydration of selected biologically relevant molecules the temperature effect on apparent molar volume and compression, J. Mol. Liq. 274 (2019) 345-352. otwiera się w nowej karcie
  37. P.P. Patil, V.R. Shaikh, P.D. Patil, A.U. Borse, K.J. Patil, Volumetric, isentropic com- pressibility and viscosity coefficient studies of binary solutions involving amides as a solute in aqueous and CCl 4 solvent systems at 298.15 K, J. Mol. Liq. 264 (2018) 223-232. otwiera się w nowej karcie
  38. X.M. Cao, Y. Tian, Z.Y. Wang, Y.W. Liu, C.X. Wang, Effects of protein and phosphate buffer concentrations on thermal denaturation of lysozyme analyzed by isoconversional method, Bioengineered 7 (2016) 235-240. otwiera się w nowej karcie
  39. A. Blumlein, J.J. McManus, Reversible and non-reversible thermal denaturation of ly- sozyme with varying pH at low ionic strength, Biochim. Biophys. Acta, Proteins Pro- teomics 1834 (2013) 2064-2070. otwiera się w nowej karcie
  40. F. Cugia, M. Monduzzi, B.W. Ninham, A. Salis, Interplay of ion specificity, pH and buffers: insights from electrophoretic mobility and pH measurements of lysozyme solutions, RSC Adv. 3 (2013) 5882-5888. otwiera się w nowej karcie
  41. P. Lo Nostro, N. Peruzzi, M. Severi, B.W. Ninham, P. Baglioni, Asymmetric partitioning of anions in lysozyme dispersions, J. Am. Chem. Soc. 132 (2010) 6571-6577. otwiera się w nowej karcie
  42. M.A. Metrick, J.E. Temple, G. Macdonald, The effects of buffers and pH on the ther- mal stability, unfolding and substrate binding of RecA, Biophys. Chem. 184 (2013) 29-36. otwiera się w nowej karcie
  43. H.I. Okur, J. Hladílková, K.B. Rembert, Y. Cho, J. Heyda, J. Dzubiella, P.S. Cremer, P. Jungwirth, Beyond the Hofmeister series: ion-specific effects on proteins and their biological functions, J. Phys. Chem. B 121 (2017) 1997-2014. otwiera się w nowej karcie
  44. K.D. Collins, G.W. Neilson, J.E. Enderby, Ions in water: characterizing the forces that control chemical processes and biological structure, Biophys. Chem. 128 (2007) 95-104. otwiera się w nowej karcie
  45. X. Tadeo, B. López-Méndez, D. Castaño, T. Trigueros, O. Millet, Protein stabilization and the Hofmeister effect: the role of hydrophobic solvation, Biophys. J. 97 (2009) 2595-2603. otwiera się w nowej karcie
  46. N. Vlachy, B. Jagoda-Cwiklik, R. Vácha, D. Touraud, P. Jungwirth, W. Kunz, Hofmeister series and specific interactions of charged headgroups with aqueous ions, Adv. Colloid Interf. Sci. 146 (2009) 42-47. otwiera się w nowej karcie
  47. A. Salis, M. Monduzzi, Not only pH. Specific buffer effects in biological systems, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 23 (2016) 1-9. otwiera się w nowej karcie
  48. G. Carrea, R. Bovara, P. Pasta, P. Cremonesi, The effect of Hofmeister anions and pro- tein concentration on the activity and stability of some immobilized NADdependent dehydrogenases, Biotechnol. Bioeng. 24 (1982) 1-7. otwiera się w nowej karcie
  49. K.A. Biernacki, E. Kaczkowska, P. Bruździak, Aqueous solutions of NMA, Na 2 HPO 4 , and NaH 2 PO 4 as models for interaction studies in phosphate-protein systems, J. Mol. Liq. 265 (2018) 361-371. otwiera się w nowej karcie
  50. M. Śmiechowski, E. Gojto, J. Stangret, Systematic study of hydration patterns of phosphoric(V) acid and its mono-, di-, and tripotassium salts in aqueous solution, J. Phys. Chem. B 113 (2009) 7650-7661. otwiera się w nowej karcie
  51. M. Śmiechowski, J. Stangret, Vibrational spectroscopy of semiheavy water (HDO) as a probe of solute hydration, Pure Appl. Chem. 82 (2010) 1869-1887. otwiera się w nowej karcie
  52. J. Stangret, Solute-affected vibrational spectra of water in Ca(ClO 4 ) 2 aqueous solu- tions, Spectrosc. Lett. 21 (1988) 369-381. otwiera się w nowej karcie
  53. P. Bruździak, P.W. Rakowska, J. Stangret, Chemometric method of spectra analysis leading to isolation of lysozyme and CtDNA spectra affected by osmolytes, Appl. Spectrosc. 66 (2012) 1302-1310. otwiera się w nowej karcie
  54. B. Berglund, J. Lindgren, J. Tegenfeldt, O-H and O-D stretching vibrations in isotopi- cally dilute HDO molecules in some solid hydrates, J. Mol. Struct. 43 (1978) 169-177. otwiera się w nowej karcie
  55. S. Bratos, J.-C. Leicknam, S. Pommeret, Relation between the OH stretching fre- quency and the OO distance in time-resolved infrared spectroscopy of hydrogen bonding, Chem. Phys. 359 (2009) 53-57. otwiera się w nowej karcie
Źródła finansowania:
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 41 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi