Structure and Dynamics of Hydrated Biopolymers

QC 2023-05-22

Abstract

Hydrerade polysackaridsystem som primärt använde xylaner, mutaner och alternaner studerades med hjälp av långa atomistiska simuleringar under några mikrosekunder för att analysera struktur-funktionsförhållanden och interaktioner med fukt i nanoskala. Inverkan av olika strukturella och kemiska faktorer såsom placering, karaktären av glykosidbindning, effekten avfukt/kemiska substitutioner undersöktes med fokus på struktur-dynamiska korrelationer för att hjälpa till med en effektiv funktionalisering av biomaterial för utvecklingen av en grön, cirkulär bioekonomi. Effekten av initial geometri i termer av placering av xylan-kedjorna observerades påverka xylan-kedjeförlängningen och vattendynamiken signifikant. Xylaninteraktionen medfukt studerades vid höga och låga fukthalter och visade kompression tillsammans med strukturell låsning och utveckling till segregerade vattenrika och polymerrika faser respektive. Effekten av kemisk heterogenitet i termer av substitutioner verkade förbättra dispersionen av xylan i vatten vilket resulterade i snabbare dynamik för substituerade delar jämfört med osubstituerade delar längs en given polymerkedja. Dessutom observerades signifikanta korrelationer mellan lokal hydratisering och polymerdynamik/struktur i termer av relaxationstider och ordningsparametrar över olika substituerade hydratiserade xylansystem, så att polymerdynamiken kunde uttryckas som en lokal hydreringsvattenberoende komponent och en andra delvis stokastisk komponent. Dessutom klargjorde den molekylära strukturen av blandad koppling (1,3 och 1,6) såväl som 1,3 länkade glukaner effekten av glykosidkopplingens natur på molekylstrukturen hos glukanoligosackarider. En kombination av glukanbindningar och förhållandet mellan olika konformationstillstånd för den hydroximetyldiedriska vinkeln observerades i linjära, vridna och utsträckta strukturer som i mutaner, eller som spiralformade spolar med varierande stigningsstorlekar i alternaner. Ytterligare modellering av struktur-dynamiska beroenden i hydratiserade xylansystem och analys av effekten av inriktning/kemiska substitutioner på nanoskala ska korreleras med spridning av relaterade experimentella tekniker i framtiden för att förstå dynamiken hos hydratiserade xylanaggregat i typiskt vattenhaltiga lösningar vid varierande medellängd /tidsskalor. Dessutom kan de metoder som härrör från detta arbete för att identifiera atomspecifika, tidsmässigt känsliga, strukturella/dynamiska parametrar för analys av strukturella/dynamiska variationer på nanoskala, utvidgas till att studera andra hydratiserade biopolymera system. Substitutionernas roll, som involverar dess polära natur och interaktioner med andra xylaner, kan utvidgas till neutrala grupper som arabinossocker för att bredda kunskapen inom kolhydratvetenskap samt analyseras ytterligare för att förbättra effektiv funktionalisering för att skräddarsy fysiska egenskaper som påverkar fenomen som aggregering / dispersion.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-327198