偏光変調によって分解されたモデルインプラント表面に吸着されたコラーゲンの構造赤外線反射吸収分光法

チタニア表面に吸着されたコラーゲンの赤外線赤外線反射吸収スペクトルと量子化学計算は、分子レベルでタンパク質構造にアミドIモードの成分を記述するために使用されます。この研究では、コラーゲン分子全体を表すイミノ酸が豊富で、貧弱な断片が考慮されています。コラーゲントリプルヘリックスのアミドIモードは、次の3つの吸収帯で構成されています。イミー酸とグリシンのカルボニル基でのCOストレッチングは、NH2およびタンパク質の両方でH原子と分子内の水素結合を形成し、隣接鎖でグリシンでCH2基である（III）（〜1640cm（-1））Co Stretingで伸びるカルボニル基は、ヘリックス全体に沿って水に水素結合だけでなく、頻繁に帯電した2つのアミノ酸と水素結合を形成します。希釈溶液（C <50μgml（-1））から調製されたフィルムのIRスペクトルは、溶液スペクトルに対応して、天然のコラーゲン分子がチタニア表面に吸着された水と相互作用することを示しています。ソリューション（C⩾50μgml（-1））から調製されたフィルムでは、コラーゲン多層が形成されています。アミドIモードは18cm（-1）で青側にシフトされており、イミノ酸が豊富な断片の分子内水素結合が弱体化していることを示しています。アミドの同時赤方偏移Aモードは、イミノ酸の低い断片での水素結合の強度が増加することを意味します。タイタニア表面への吸着時のコラーゲン構造の理論的に予測される歪みが実験的に確認されています。

The polarization modulation infrared reflection-absorption spectra of collagen adsorbed on a titania surface and quantum chemical calculations are used to describe components of the amide I mode to the protein structure at a sub-molecular level. In this study, imino acid rich and poor fragments, representing the entire collagen molecule, are taken into account. The amide I mode of the collagen triple helix is composed of three absorption bands which involve: (i) (∼1690cm(-1)) the CO stretching modes at unhydrated groups, (ii) (1655-1673cm(-1)) the CO stretching at carbonyl groups at imino acids and glycine forming intramolecular hydrogen bonds with H atoms at both NH2 and, unusual for proteins, CH2 groups at glycine at a neighbouring chain and (iii) (∼1640cm(-1)) the CO stretching at carbonyl groups forming hydrogen bonds between two, often charged, amino acids as well as hydrogen bonds to water along the entire helix. The IR spectrum of films prepared from diluted solutions (c<50μgml(-1)) corresponds to solution spectra indicating that native collagen molecules interact with water adsorbed on the titania surface. In films prepared from solutions (c⩾50μgml(-1)) collagen multilayers are formed. The amide I mode is blue-shifted by 18cm(-1), indicating that intramolecular hydrogen bonds at imino acid rich fragments are weakened. Simultaneous red-shift of the amide A mode implies that the strength of hydrogen bonds at the imino acid poor fragments increases. Theoretically predicted distortion of the collagen structure upon adsorption on the titania surface is experimentally confirmed.