Molecular modeling and computational study of the chiral-dependent structures and properties of the self-assembling diphenylalanine peptide nanotubes, containing water molecules

Abstract

DFT (VASP) and semi-empirical (HyperChem) calculations for the L-and D-chiral diphenylalanine (L-FF and D-FF) nanotube (PNT) structures, empty and filled with water/ice clusters, are presented and analyzed. The results obtained show that after optimization, the dipole moment and polarization of both chiral type L-FF and D-FF PNT and embedded water/ice cluster are enhanced; the water/ice cluster acquire the helix-like structure similar as L-FF and D-FF PNT. Ferroelectric properties of tubular water/ice helix-like-cluster obtained after optimization inside L-FF and D-FF PNT and total L-FF and D-FF PNT with embedded water/ice cluster are discussed.

Control of the Biodegradability of Piezoelectric Peptide Nanotubes Integrated with Hydrophobic Porphyrin

“…In addition, the water content of the film might induce an additional electrochemical response of films as ions can migrate in a wet state, especially in the low-frequency region, which can lead to the stronger electrical signals. We also found the porphyrin-incorporated FF-based PENGs generated significant output voltages and current densities while the pure FF-based PENG produced negligible noise level output performance after immersion in a PBS solution for >5 min , (Figure S15). The output voltage and current density ratios compared to the initial performance of 0, 1, 2, and 3 mM THPP-incorporated FF based PENGs after immersion for 15 min are 0%, 48%, 63%, and 88% and 0%, 23%, 37%, and 59%, respectively.…”

Assembly of a Phenylalanine Nanotube by the use of Molecular Dynamics Manipulator

“…При Таким образом, имея мономеры различной исходной хиральности при одинаковых внешних воздействиях в процессе самоборки методом МД-манипулярота с определённой и достаточно большой долей вероятности мы получаем спиральные нанотрубки соответствующей хиральности: правые из L-мономеров и левые из Dмономеров. Эти результаты аналогичны также самоорганизации и смене знака хиральности при самосбрке пептидных нанотрубок на основе дифенилаланинов с разной хиральностью [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31]. Таким образом, полученные результаты соответствует общим процессам усложнения структур при самоорганизации биомакромолекул и закону чередования знака хиральности при переходе на более высокий иерархический уровень их структурной организации [9][10][11].…”

“…В качестве примера для демонстрации процесса самоорганизации и самосборки сложных биомолекулярных структур рассмотрено формирование спиральной структуры типа нанотрубки на основе фенилаланиновой аминокислоты (F или Phe) [2], которая образует дипептиды (FF или (Phe)2) [17], из которых легко собираются пептидные нанотрубки [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31].…”

“…Открытие их пироэлектрических, пьезоэлектрических, электронных и оптических свойств [22][23][24][25][26][27][28] сделало FF PNT перспективными кандидатами для различных датчиков, исполнительных механизмов, что открывает новые возможности для разработки интеллектуальной микроэлектроники. Было показано влияние исходной хиральности дипептидов FF (L-FF, D-FF) на формирование спиральных вторичных структур разной хиральности со сменой знака хиральности, и влияние хиральности на физические свойства [30][31][32]. Есть данные о возможном применении их для адресной доставки лекарственных препаратов [33,34].…”

“…Дополнительное силовое воздействие «диаметральная растяжка».Второй тип пружин будет обеспечивать цилиндрическую связку спирали, шаг спирали, то есть соединять первую аминокислоту с 13, вторую с 14, третью с 15 и т.д. Длина пружины должна была бы составлять 5.44 Å, аналогично[29][30][31][32] (см. Рис.…”