Interaction of amino acids and peptides with TiO2 surfaces: adsorption and reactivity

Abstract

Cómo inició la vida es uno de los problemas más intrigantes y sin respuesta de la ciencia. La cascada de eventos que permite la formación de sistemas complejos de macromoléculas poliméricas como proteínas, DNA, RNA, azucares, etc. , partiendo de moléculas simples y pequeñas tales como H2O, CH4, CO, CO2, NH3, H2 es actualmente objeto intenso de estudios. Uno de los pasos cruciales del origen de la vida es la reacción de condensación entre aminoácidos para formar péptidos. La formación del enlace peptídico es termodinámicamente y cinéticamente no favorable en fase gaseosa, así como en agua. Considerando la reacción entre dos moléculas de glicina:

Gly + Gly ⇄ Digly + H2O

la constante de equilibro es cercana a 10-5, y es claro que en ambiente acuoso, la reacción se desplaza hacia los reactivos, ya que el agua es uno de los productos. De acuerdo con la hipotesis original propuesta por Bernal, este paso crucial para la formación de la vida pudo ocurrir en la interfase de una superficie mineral. Por lo tanto, en esta tesis nos enfocaremos en la interacción de aminoácidos con superficies de TiO2 elucidando el mecanismo de formación del enlace peptídico sobre estas superficies. Luego analizaremos la adsorción de estructuras secundarias (α-helices y β-sheets) y el rol de la superficie mineral en el doblamiento de péptidos.

How life began is one of the most intriguing and unsolved problems of science. The events cascade that led to the formation of complex systems such as polymeric macromolecules like proteins, DNA, RNA, sugars, etc., starting from small and simple molecules like H2O, CH4, CO, CO2, NH3, H2, is already an object of intense studies. One of the crucial steps of the origin of life is the condensation reaction between amino acids to form peptides. The peptide bond formation reaction is thermodynamically and kinetically unfavourable in gas phase, but also in water. Considering the reaction between two glycine molecules:

Gly + Gly ⇄ Digly + H2O

the equilibrium constant is around 10-5, and it is clear that in a water environment, for the Le Chatelier's principle, the reaction goes back to reagents, since water is one of the products. According to the seminal hypothesis proposed by Bernal, this crucial step for life formation could have seen the light at the interface with mineral surfaces. Therefore, in this thesis we will focus on the interaction of amino acids with TiO2 surfaces elucidating the peptide bond formation mechanism occurring on these surfaces. Then we will analyse the adsorption of secondary structures (α-helices and β-sheets), and the role of the mineral surface in the peptide folding.