アルギン酸ナトリウムとアルギン酸カルシウムの構造特性

アルギン酸塩は、陽イオンの存在下で物理的なゲルを容易に凝集させ、形成します。チェーンの関連、そして最終的にはゲル構造とメカニズムは、イオンの種類だけでなく、最終的にその剛性を決定するアルギン酸鎖の配列と組成にも依存します。鎖の柔軟性は一般に、グルロニック残基の含有量とともに減少すると考えられていますが、ポリマンヌル酸塩とポリグルロン酸ブロックの両方がヘテロポリマーブロックよりも硬いことも知られています。この作業では、原子分子動力学シミュレーションを使用して、さまざまなCa（2+）濃度の下での異なるアルギン酸鎖の関連性と凝集構造を主に調査し、さまざまなアルギン酸鎖組成について調査します。Ca（2+）イオンが一般に鎖の凝集とゲル化を促進することを示します。しかし、凝集は主にアルギン酸モノマーの組成によって影響を受けます。これは、特定の溶液条件下で鎖剛性と相関することがわかります。一般に、マンヌロニックモノマーのより大きな画分は、ヘテロポリマー鎖の鎖の柔軟性を高めることがわかっています。さらに、チェーングルロン酸含有量の違いは、横方向の関連性、ジッパーメカニズム、エンタングルメントなど、異なる視線関連メカニズムにつながることが示されています。ここでは、マンヌロニック残基が弾性モデレーターとして動作し、したがって連鎖関連を促進することが示されています。

Alginate readily aggregates and forms a physical gel in the presence of cations. The association of the chains, and ultimately gel structure and mechanics, depends not only on ion type, but also on the sequence and composition of the alginate chain that ultimately determines its stiffness. Chain flexibility is generally believed to decrease with guluronic residue content, but it is also known that both polymannuronate and polyguluronate blocks are stiffer than heteropolymeric blocks. In this work, we use atomistic molecular dynamics simulation to primarily explore the association and aggregate structure of different alginate chains under various Ca(2+) concentrations and for different alginate chain composition. We show that Ca(2+) ions in general facilitate chain aggregation and gelation. However, aggregation is predominantly affected by alginate monomer composition, which is found to correlate with chain stiffness under certain solution conditions. In general, greater fractions of mannuronic monomers are found to increase chain flexibility of heteropolymer chains. Furthermore, differences in chain guluronic acid content are shown to lead to different interchain association mechanisms, such as lateral association, zipper mechanism, and entanglement, where the mannuronic residues are shown to operate as an elasticity moderator and therefore promote chain association.