Facet selectivity of binding on quartz surfaces: Free energy calculations of amino-acid analogue adsorption

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 116, Issue 4, 2012, Pages 2933-2945

  Wright, Louise B ^a   Walsh, Tiffany R ^a  

^a UNIVERSITY OF WARWICK   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ADSORPTION STRENGTH; AQUEOUS CONDITION; BINDING PROPERTIES; CONSTRAINT FORCES; FREE ENERGY OF ADSORPTION; FREE ENERGY OF BINDING; FREE-ENERGY CALCULATIONS; HYDROPHOBIC REGIONS; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; PEPTIDE CONFORMATION; POSITIVELY CHARGED; QUARTZ SURFACES; SMALL MOLECULES; SURFACE BINDING;

ADSORBATES; ADSORPTION; AMMONIUM COMPOUNDS; FREE ENERGY; HYDROGEN; HYDROGEN BONDS; HYDROPHOBICITY; METHANE; METHANOL; MOLECULAR DYNAMICS; PEPTIDES; QUARTZ;

BINDING ENERGY;

EID: 84856552013     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp209554g     Document Type: Review

References (127)

1. Niemeyer, C. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 4128
2. Sarikaya, M.; Tamerler, C.; Jen, A. K.; Schulten, K.; Baneyx, F. Nat. Mater. 2003, 2, 577
3. Sarikaya, M.; Tamerler, C.; Schwartz, D. T.; Baneyx, F. O. Annu. Rev. Mater. Res. 2004, 34, 373
4. Dickerson, M. B.; Sandhage, K. H.; Naik, R. R. Chem. Rev. 2008, 108, 4935
5. Tamerler, C.; Sarikaya, M. ACS Nano 2009, 3, 1606
6. Perry, C. C.; Patwardhan, S. V.; Deschaume, O. Biochem. Soc. Trans. 2009, 37, 687
7. Tamerler, C.; Khatayevich, D.; Gungormus, M.; Kacar, T.; Oren, E. E.; Hnilova, M.; Sarikaya, M. Biopolymers 2010, 94, 78
8. Slocik, J. M.; Naik, R. R. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3454
9. Seker, U. O. S.; Demir, H. V. Molecules 2011, 16, 1426
10. Mayer, G.; Sarikaya, M. Exp. Mech. 2002, 42, 395
11. Fong, H.; White, S. N.; Paine, M. L.; Luo, W.; Snead, M. L.; Sarikaya, M. J. Bone Miner. Res. 2003, 18, 2052
12. Fu, G.; Valiyaveettil, S.; Wopenka, B.; Morse, D. E. Biomacromolecules 2005, 6, 1289
13. Yang, M.; Stipp, S. L. S.; Harding, J. Cryst. Growth Des. 2008, 8, 4066
14. Metzler, R. A.; Evans, J. S.; Killian, C. E.; Zhou, D.; Churchill, T. H.; Appathurai, N. P.; Coppersmith, S. N.; Gilbert, P. U. P. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6329
15. Amos, F. F.; Destine, E.; Ponce, C. B.; Evans, J. S. Cryst. Growth Des. 2010, 10, 4211
16. Amos, F. F.; Ponce, C. B.; Evans, J. S. Biomacromolecules 2011, 12, 1883
17. Kroger, N.; Deutzmann, R.; Sumper, M. Science 1999, 286, 1129
18. Kroger, N.; Deutzmann, R.; Sumper, M. J. Biol. Chem. 2001, 276, 26066
19. Kroger, N.; Lorenz, S.; Brunner, E.; Sumper, M. Science 2002, 298, 584
20. Tilburey, G. E.; Patwardhan, S. V.; Huang, J.; Kaplan, D. L.; Perry, C. C. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 4630
21. Sumper, M.; Brunner, E. Chem. Bio. Chem. 2008, 9, 1187
22. Mieszawska, A. J.; Nadkarni, L. D.; Perry, C. C.; Kaplan, D. L. Chem. Mater. 2010, 22, 5780
23. Blakemore, R. P.; Frankel, R. B. Iron Biomaterials; Plenum: New York, 1991.
24. Arakaki, A.; Masuda, F.; Amemiya, Y.; Tanaka, T.; Matsunaga, T. J. Colloid Interface Sci. 2010, 343, 65
25. Seeman, N. C.; Belcher, A. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 6451
26. Naik, R. R.; Stringer, S. J.; Agarwal, G. A.; Jones, S. E.; Stone, M. O. Nat. Mater. 2002, 1, 169
27. Zuo, R. J.; Ornek, D.; Wood, T. K. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2005, 68, 505
28. Hnilova, M.; Oren, E. E.; Seker, U. O. S.; Wilson, B. R.; Collino, S.; Evans, J. S.; Tamerler, C.; Sarikaya, M. Langmuir 2008, 24, 12440
29. Cui, Y.; Kim, S. N.; Jones, S. E.; Wissler, L. L.; Naik, R. R.; McAlpine, M. C. Nano Lett. 2010, 10, 4559
30. Sano, K.-I.; Shiba, K. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14234
31. Tamerler, C.; Kacar, T.; Sahin, D.; Fong, H.; Sarikaya, M. Mater. Sci. Eng., C 2007, 27, 558
32. Whaley, S. R.; English, D. S.; Hu, E. L.; Barbara, P. F.; Belcher, A. M. Nature 2000, 405, 665
33. Pender, M. J.; Sowards, L. A.; Hartgerink, J. D.; Stone, M. O.; Naik, R. R. Nano Lett 2006, 6, 40
34. Arai, Y.; Okabe, K.-I.; Sekiguchi, H.; Hayashi, T.; Hara, M. Langmuir 2011, 27, 2478
35. Heinz, H.; Farmer, B. L.; Pandey, R. B.; Slocik, J. M.; Patnaik, S. S.; Pachter, R.; Naik, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9704
36. Coppage, R.; Slocik, J. M.; Briggs, B. D.; Frenkel, A. I.; Heinz, H.; Naik, R. R.; Knecht, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12346
37. Masica, D. L.; Ash, J. T.; Ndao, M.; Drobny, G. P.; Gray, J. J. Structure 2010, 18, 1678
38. Brott, L. L.; Naik, R. R.; Pikas, D. J.; Kirkpatrick, S. M.; Tomlin, D. W.; Whitlock, P. W.; Clarson, S. J.; Stone, M. O. Nature 2001, 413, 291
39. Patwardhan, S. V.; Clarson, S. J. Silicon Chem. 2002, 1, 207
40. Lutz, K.; Groger, C.; Sumper, M.; Brunner, E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 2812
41. Soto-Cantu, E.; Turksen-Selcuk, S.; Qiu, J. H.; Zhou, Z.; Russo, P. S.; Henk, M. C. Langmuir 2010, 26, 15604
42. Xia, L.; Li, Z. Langmuir 2011, 27, 1116
43. Patwardhan, S. V. Chem. Commun. 2011, 47, 7567
44. Naik, R. R.; Brott, L. L.; Clarson, S. J.; Stone, M. O. J. Nanosci. Nanotechnol. 2002, 2, 95
45. Etesholae, E.; Brillson, L. J.; Lee, S. C. Biomol. Eng. 2005, 22, 201
46. Sano, K.-I.; Sasaki, H.; Shiba, K. Langmuir 2005, 21, 3090
47. Chen, H.; Su, X.; Neoh, K.-G.; Choe, W.-S. Anal. Chem. 2006, 78, 4872
48. Brunner, E.; Lutz, K.; Sumper, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 854
49. Hayashi, T.; Sano, K. I.; Shiba, K.; Iwahori, K.; Yamashita, I.; Hara, M. Langmuir 2009, 25, 10901
50. Skelton, A. A.; Liang, T. N.; Walsh, T. R. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 1482
51. Oren, E. E.; Notman, R.; Kim, I. W.; Evans, J. S.; Walsh, T. R.; Samudrala, R.; Tameler, C.; Sarikaya, M. Langmuir 2010, 26, 11003
52. Notman, R.; Oren, E. E.; Tamerler, C.; Sarikaya, M.; Samudrala, R.; Walsh, T. R. Biomacromolecules 2010, 11, 3266
53. Goede, K.; Busch, P.; Grundmann, M. Nano Lett. 2004, 4, 2115
54. Bachmann, M.; Goede, K.; Beck-Sickinger, A. G.; Grundmann, M.; Irback, A.; Janke, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 9530
55. Oren, E. E.; Tamerler, C.; Sahin, D.; Hnilova, M.; Seker, U. O. S.; Sarikaya, M.; Samudrala, R. Bioinformatics 2007, 23, 2816
56. Alaeddine, S.; Nygren, H. Colliods Surf., B 1996, 6, 71
57. Zimmerman, A. R.; Goyne, K. W.; Chorover, J.; Komarneni, S.; Brantley, S. L. Org. Geochem. 2004, 35, 355
58. Churchill, H.; Teng, H.; Hazen, R. M. Am. Mineral. 2004, 89, 1048
59. Vlasova, N. N.; Golovkova, L. P. Colloid J. 2004, 66, 657
60. Gao, Q.; Xu, W. J.; Xu, Y.; Wu, D.; Sun, Y. H.; Deng, F.; Shen, W. L. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2261
61. Kitadai, N.; Yokoyama, T.; Nakashima, S. J. Colloid Interface Sci. 2009, 329, 31
62. Lopes, I.; Piao, L.; Stievano, L.; Lambert, J.-F. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 18163
63. Kosmulski, M. J. Col. Inter. Sci. 2002, 253, 77
64. Holinga, G. J.; York, R. L.; Onorato, R. M.; Thompson, C. M.; Webb, N. E.; Yoon, A. P.; Somorjai, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6243
65. Nonella, M.; Seeger, S. Chem. Phys. Chem. 2008, 9, 414
66. Costa, D.; Tougerti, A.; Tielens, F.; Gervais, C.; Stievano, L.; Lambert, J. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 6360
67. Han, J. W.; James, J. N.; Sholl, D. S. Surf. Sci. 2008, 602, 2478
68. Rimola, A.; Civalleri, B.; Ugliengo, P. Langmuir 2008, 24, 14027
69. Han, J. W.; Sholl, D. S. Langmuir 2009, 25, 10737
70. Rimola, A.; Sodupe, M.; Ugliengo, P. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 5741
71. Han, J. W.; Sholl, D. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 8024
72. Gambino, G. L.; Lombardo, M. G.; Grassi, A.; Marletta, G. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 2600
73. Gambino, G. L.; Grassi, A.; Marletta, G. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 4836
74. Zhao, Y. L.; Koppen, S.; Frauenheim, T. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 9615
75. Skelton, A. A.; Walsh, T. R. Mol. Simulat. 2007, 33, 379
76. Jena, K. C.; Hore, D. K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 14383
77. Lopes, P. E. M.; Murahsov, V.; Tazi, M.; Demchuk, E.; MacKerell, A. D. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 2782
78. Du, Z.; de Leeuw, N. H. Dalton Trans. 2006, 22, 2623
79. Notman, R.; Walsh, T. R. Langmuir 2009, 25, 1638
80. Argyris, D.; Cole, D. R.; Striolo, A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 19591
81. Argyris, D.; Cole, D. R.; Striolo, A. Langmuir 2009, 25, 8025
82. Skelton, A. A.; Fenter, P.; Kubicki, J. D.; Wesolowski, D. J.; Cummings, P. T. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 2076
83. Ho, T. A.; Argyris, D.; Papvassiliou, C. V.; Striolo, A.; Lee, L. L.; Cole, D. R. Mol. Simul. 2011, 37, 172
84. Freeman, C. L.; Harding, J. H.; Quigley, D.; Rodger, P. M. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 8175
85. Skelton, A. A.; Wesolowski, D. J.; Cummings, P. T. Langmuir 2011, 27, 8700
86. Cygan, R. T.; Liang, J. J.; Kalinichev, A. G. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 1255
87. Hill, J. R.; Sauer, J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 1238
88. Cruz-Chu, E. R.; Aksimentiev, A.; Schulten, K. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 21497
89. Lorenz, C. D.; Crozier, P. S.; Anderson, J. A.; Travesset, A. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 10222
90. Brodka, A.; Zerda, T. W. J. Chem. Phys. 1996, 104, 6319
91. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R. E.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1983, 4, 187
92. Sermon, P. A. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1980, 76, 885
93. Aarts, I. M. P.; Pipino, A. C. R.; Hoefnagels, J. P. M; Kessels, W. M. M.; van de Sanden, M. C. M. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 166104
94. Stalgren, J. J. R.; Boschkova, K.; Ericsson, J. C.; Frank, C. W.; Knoll, W.; Satija, S.; Toney, M. F. Langmuir 2007, 23, 11943
95. Verdaguer, A.; Weis, C.; Oncins, G.; Ketteler, G.; Bluhm, H.; Salmeron, M. Langmuir 2007, 23, 9699
96. Bermudez, V. M. Langmuir 2010, 26, 18144
97. Feng, J.; Pandey, R. B.; Berry, R. J.; Farmer, B. L.; Naik, R. R.; Heinz, H. Soft Matter 2011, 7, 2113
98. Raut, V. P.; Agashe, M. A.; Stuart, S. J.; Latour, R. A. Langmuir 2005, 21, 1629
99. Wang, F.; Stuart, S. J.; Latour, R. A. Biointerphases 2008, 3, 9
100. OBrien, C. P.; Stuart, S. J.; Bruce, D. A.; Latour, R. A. Langmuir 2008, 24, 14115
101. Monti, S.; Alderighi, M.; Duce, C.; Solaro, R.; Tine, M. R. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 2433
102. Vellore, N. A.; Yancey, J. A.; Collier, G.; Latour, R. A. Langmuir 2010, 26, 7396
103. Monti, S.; Walsh, T. R. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 22197
104. Hoefling, M.; Iori, F.; Corni, S.; Gottschalk, K.-E. Langmuir 2010, 26, 8347
105. Mezei, M.; Beveridge, D. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1986, 482, 1
106. Eggleston, C. M.; Jordan, G. Geochim. Cosmochim. Acta 1998, 62, 1919
107. de Leeuw, N. H.; Higgins, F. M.; Parker, S. C. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 1270
108. Rignanese, G.-M.; De Vita, A.; Charlier, J.-C.; Gonze, X.; Car, R. Phys. Rev. B 2000, 61, 13250
109. Lindahl, E.; Hess, B.; van der Spoel, D. J. Mol. Model. 2001, 7, 306
110. Hockney, R. W.; Goel, S. P.; Eastwood, J. J. Comput. Phys. 1974, 14, 148
111. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952
112. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926
113. Neria, E.; Fischer, S.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1902
114. MacKerell, A. D.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L.; Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586
115. Hess, B. J. Chem. Phys. 2002, 116, 209
116. Jedlovszky, P.; Brodholt, J. P.; Bruni, F.; Ricci, M. A.; Soper, E. U.; Vallauri, R. J. Chem. Phys. 1998, 108, 8528
117. Chanda, J.; Bandyopadhyay, S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 23443
118. Leuty, G. M.; Tsige, M. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 13970
119. Marrink, S. J.; Berendsen, H. J. C. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4155
120. Cheng, A.; Merz, K. M. Biophys. J. 1997, 73, 2851
121. Haymet, A. D. J.; Ward, L. G.; Harding, M. M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 941
122. Wierzbicki, A.; Dalal, P.; Cheatham, T. E.; Knickelbein, J. E.; Haymet, A. D. J.; Madura, J. D. Biophys. J. 2007, 93, 1442
123. Fang, Y.; Poulson, N.; Dickerson, M. B.; Cai, Y.; Jones, S. E.; Naik, R. R.; Kroger, N.; Sandhage, K. H. J. Mater. Chem. 2008, 18, 3871
124. Liang, T.; Walsh, T. R. Mol. Simul. 2007, 33, 337
125. Jorgensen, W. L.; Severance, D. L. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4768
126. Liang, T.; Walsh, T. R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 4410
127. Walsh, T. R.; Liang, T. J. Comput. Chem. 2009, 30, 893