Characterization of proteins structures using the QCM method

Lizozym (LSZ) wykazuje silne działanie przeciwbakteryjne, dzięki czemu znalazł szerokie zastosowanie w medycynie i przemyśle farmaceutycznym. W pracy omówiono najważniejsze właściwości fizykochemiczne tego białka. Z uwagi na to, że bardzo ważne jest poznanie mechanizmów jego oddziaływania z różnymi powierzchniami, zbadano proces adsorpcji LSZ na powierzchni złota oraz krzemu. Zastosowano dwie metody: mikrowagę kwarcową z monitorowaniem dyssypacji energii (QCM-D) oraz wieloparametrowy powierzchniowy rezonans plazmonów (MP-SPR). Na podstawie badań stwierdzono, iż efektywność procesu adsorpcji białka zależy zarówno od rodzaju powierzchni jak i pH roztworu. Maksymalny stopień pokrycia otrzymano w zakresie pH 10, w pobliżu punktu izoelektrycznego białka. Zależność pomiędzy strukturą warstw tworzonych na powierzchni adsorpcyjnej a zmianami konformacji białek w roztworze określono dodatkowo poprzez symulacje z zastosowaniem dynamiki molekularnej (MD). Porównywanie danych QCM-D oraz MP-SPR z metodami teoretycznymi (MD) poszerzyło interpretacje procesu adsorpcji LSZ na powierzchniach modelowych.

Lysozyme (LSZ) exhibits strong antibacterial activity against gram-positive bacteria. This property has found practical applications in the medicinal and pharmaceutical industries. Elucidating protein orientation on a nanoscale surface has important implications for integrating proteins into micro- and nano-fabricated devices. We performed analysis of conformational changes of proteins by quartz crystal microbalance (QCM-D) and surface plasmon resonance MP-SPR. Furthermore, QCM-D can be used to study the adsorption behavior (kinetics, adsorbed amount and the thickness of protein film layer). Effect of solution concentration, pH and electrolyte type was studied to elucidate the nature of the association processes. Effect of contact time and applied load was related to the viscoelastic properties of the protein matrix on the surface, formed under different conditions. MP-SPR was used to study structural effects such as changes in the thickness/density of the protein layer. Using molecular dynamics (MD) we can able to observe in details changes during adsorption of a single protein macromolecules. Basing on the atomistic resolution of MD results on the one hand, and good agreement with experimental data on the other, the nature of protein interactions with solid surfaces can be elucidated.