Simulation der Adhäsion von kleinen Biomolekülen (Di- und Tripeptiden) auf Titandioxidoberflächen

• Applicant: Dr. Susan Köppen
• Subject Area: Materials Science
• Term: from 2008 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 98732647

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

Schwerpunkt dieses Projektes war es, die Adsorptionskonfigurationen von reaktiven Aminosäuren im Peptid gebunden auf verschiedenen Titandioxidoberflächen zu identifizierenden und den Einfluss benachbarter geladener Seitenketten auf die Adsorptionsreaktion zu untersuchen. Da die Simulationen dazu nicht wie ursprünglich geplant lokal durchgeführt werden konnten, sondern externe Rechenzeit beantragt werden musste, hat die Vorbereitungsphase bis zum Start der Tripeptidsimulationen mehr Zeit in Anspruch genommen, als im Projektplan vorgesehen. Für die quantenchemischen Rechungen zu große Systeme konnten durch die Einführung von Schutzgruppen an den geladenen Peptidenden vermieden werden. Es konnten mit Hilfe der externen Rechenzeit am HLRN für alle drei Oberflächen stabile Adsorptionskonfigurationen verschiedener Aminosäuren ausgewertet werden und der Einfluss auf die Konformation des Peptidrückgrates diskutiert werden. Überraschender Weise wurden bei der Simulation der Dipeptide nur in wenigen Systemen interne Wechselwirkungen im Peptid beobachtet. In dem meisten Fällen adsorbierten beide Seitenketten für sich, mit Konfigurationen, wie sie auch bei den isolierten Seitenketten beobachtet wurden. Wurde jedoch eine interne Wechselwirkung beobachtet, hatte diese Einfluss auf die Adsorptionskonfiguration und es konnte eine stärkere Polarisierung der funktionellen Gruppen beobachtet werden. Die Bearbeitung dieses Projektes führt zu voraussichtlich zwei neuen Veröffentlichungen, von denen ein Manuskript schon in Bearbeitung ist. Während der Projektdurchführung konnten nicht nur vorhandene Kooperationen vertieft werden, sondern es sind auch neue Zusammenarbeiten mit theoretischen und experimentellen Arbeitsgruppen in Bremen und im Ausland entstanden. Die Zusammenarbeit mit Dr. Laura Treccani und Prof. Kurosch Rezwan motiviert z.B. ein nächstes Forschungsprojekt, das bei der DFG von der Antragstellerin im Juni als erster Vollantrag eingereicht wird.

Publications

• “Simulation of the interface of (100) rutile with aqueous ionic solution”, Surf. Sci. 600, 2040-2050 (2006)
  S. Köppen, W. Langel
  
• “Adsorption of Collagen Fragments on Titanium Dioxide Surfaces: A Molecular Dynamics Study”, Z. Phys. Chem. 221, 3-20 (2007)
  S. Köppen, B. Ohler, W. Langel
  
• Adsorption Configurations and Energies of Amino Acids on Anatase and Rutile Surfaces“, J. Phys. Chem. C 112, 13600-13606 (2008)
  S. Köppen, O. Bronkalla, W. Langel
  
• Adsorption of Small Organic Molecules on Anatase and Rutile Surfaces: A Theoretical Study“, Phys. Chem. Chem. Phys. 10, 1907-1915 (2008)
  S. Köppen, W. Langel
  
• “Atomistische Simulation der Wechselwirkung von Kollagen mit Titanimplantaten in biologischer Lösung”, 4. Workshop “Biomaterialien”, 6.-7.10.2008, Halle
  S. Köppen, W. Langel
  
• „Titanium-Biological interface: a theoretical study”, Gordon Research Conference "Biointerface Science", September 2008, Aussois, Frankreich
  S. Köppen, B. Ohler, W. Friedrichs, W. Langel
  
• “Collagen adhesion on titanium dioxide surfaces“, 3rd International Symposium “INTERFACE BIOLOGY OF IMPLANTS”, 13.-15.05.2009, Rostock
  W. Friedrichs, S. Köppen, W. Langel
  
• “Collagen on Titanium Dioxide Surfaces: A Refined Computer Model for the Interaction of Triplehelix and Telopeptide with Titanium Dioxide Layers”, 3rd International Symposium “INTERFACE BIOLOGY OF IMPLANTS”, 13.-15.05.2009, Rostock
  S. Köppen, W. Friedrichs, B. Ohler, S. Monti, W. Langel
  
• “Collagen on Titanium Implant Surfaces: A Refined Model for the Interaction of Triple Helix and Peptides with Titanium Dioxide Layers”, ESF workshop “Challenges in modelling the interface between biomolecules and inorganic surfaces”, 16.-18.03.2009, Mainz
  W. Langel, W. Friedrichs, S. Köppen, B. Ohler, S. Monti
  
• “Collagen on Titanium Implant Surfaces: A Refined Model for the Interaction of Triple Helix and Telopeptide with Titanium Dioxide Layers”, PROSURF workshop: Protein Surface Interactions, 04.-06.06.2009, Sestri Levante, Italien
  W. Friedrichs, S. Köppen, S. Monti, B. Ohler, W. Langel
  
• “Energetics of Peptide Adsorption on Titanium Dioxide Surfaces “, PROSURF workshop: Protein Surface Interactions, 04.-06.06.2009, Sestri Levante, Italien
  S. Köppen, L. Colombi Ciacchi, W. Langel
  
• “Simulations on the Adhesion Energetics of Peptides and Titanium Dioxide Surfaces”, ESF workshop “Challenges in modelling the interface between biomolecules and inorganic surfaces”, 16.-18.03.2009, Mainz
  S. Köppen, W. Langel
  
• „Simulation of Adhesion Forces and Energies of Peptides on Titanium Dioxide Surfaces“
  S. Köppen, W. Langel