Naslov Mehanizam interakcije biotiola s nanočesticama zlata i srebra
Naslov (engleski) Mechanism of interaction of biothiols with silver and gold nanoparticles
Autor Barbara Pem
Mentor Ivana Vinković Vrček (mentor)
Mentor Valerije Vrček (komentor)
Član povjerenstva Mario Jug (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Ivana Perković (član povjerenstva)
Član povjerenstva Robert Vianello (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Zagrebu Farmaceutsko-biokemijski fakultet (Zavod za organsku kemiju) Zagreb
Datum i država obrane 2021-12-14, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana BIOMEDICINA I ZDRAVSTVO Farmacija Farmacija
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC ) 615 - Farmakologija. Terapeutika. Toksikologija
Sažetak Transformacije nanočestica zlata (AuNP) i srebra (AgNP) u biološkim sustavima utječu na njihov biološki identitet, ponašanje i biološke učinke. Zbog svojeg velikog afiniteta prema sumporu, AgNP i AuNP lako stupaju u interakcije s endogenim biotiolima, pa je razumijevanje takvih interakcija preduvjet njihove uspješne biomedicinske primjene. Cilj ove doktorske disertacije bio je utvrditi mehanizam interakcije i vezanja biotiola s AgNP i AuNP kombiniranom primjenom eksperimentalnih i računalnih metoda. Nanočestice su pripremljene metodom redukcije, te su karakterizirane obzirom na oblik, raspodjelu veličina, zeta potencijal i koloidnu stabilnost pomoću mikroskopskih i spektroskopskih tehnika. Direktna interakcija s biotiolima praćena je nuklearnom magnetskom rezonancijskom spektroskopijom, a primjenom kvantno-kemijskih i molekulsko-dinamičkih metoda potvrđen je pretpostavljeni mehanizam tih interakcija. Utvrđeno je da se prilikom interakcije biotiola s atomima Ag i Au na nanopovršini događa njihova oksidativna dimerizacija u disulfide. Mehanizam oksidativne dimerizacije odvija se u dva koraka: 1) oksidacija tiolne skupine u sulfensku kiselinu posredovana reaktivnim kisikovim vrstama i 2) reakcija tiola i sulfenske kiseline uz oslobađanje vode, katalizirana s Ag i Au. Nastali disulfidi adsorbiraju na površinu AgNP i AuNP putem nekovalentnih interakcija, u kojima sudjeluju sve njihove funkcionalne skupine. Izračunom energije vezanja potvrđena je spontanost adsorpcije i veći afinitet vezanja disulfida u odnosu na tiole. Stoga je konačni produkt interakcija metalnih površina s tiolima nastanak AgNP i AuNP obloženih disulfidima. Ova saznanja pridonose razumijevanju transformacija nanočestica u prisutnosti biotiola što je važno za procjenu njihovih bioloških učinaka i sigurnosti primjene u biomedicini.
Sažetak (engleski) Transformations of gold and silver nanoparticles (AuNPs and AgNPs) impact their biological effects, behaviour and fate in the human body. Interaction of NPs with endogenous biothiols is one of the major events leading to those transformations, thus the understanding of their interplay is a prerequisite for biomedical applications of NPs. This study was conducted on a model system consisting of cysteine (CYS) or glutathione (GSH) and AgNPs or AuNPs, by combining experimental and theoretical approaches. NPs were prepared by the reduction method and their shape, size distribution, zeta potential and dissolution were determined by microscopy and spectroscopic techniques. Direct interaction of biothiols with Ag and Au was monitored during NP preparation by nuclear magnetic resonance spectroscopy, and the reaction mechanism and processes on the metal surface were determined by quantum-chemical and molecular dynamics methods. In the reaction mixture, simultaneously with the formation of nanoparticles, oxidative dimerization of biothiols occurs and disulphides bind to the nanoparticle surface. Mechanism of oxidative dimerization consists of two steps: 1) oxidation of the thiol group to sulfenic acid by reactive oxygen species, and 2) reaction of thiol with sulfenic acid involving the release of one water molecule (Ag and Au act as catalysts). Generated disulphides adsorb to the AgNP and AuNP surface through non-covalent interactions with participation from all functional groups. Binding energy calculations confirm the adsorption is spontaneous, and that disulphides bind with higher affinity compared to thiols. Thus, the final product of the interaction of metallic surfaces with thiols is the formation of disulphide-coated AgNPs and AuNPs. These findings contribute to the understanding of biotransformations of both biothiols and particles that are important for the application of nanoparticles in biomedicine.
Ključne riječi
nanočestice srebra
nanočestice zlata
cistein
glutation
nuklearna magnetska rezonancija
teorija funkcionala gustoće
molekulska dinamika
Ključne riječi (engleski)
silver nanoparticles
gold nanoparticles
cysteine
glutathione
nuclear magnetic resonance
density functional theory
molecular dynamics
Jezik hrvatski
URN:NBN urn:nbn:hr:163:721515
Datum promocije 2022
Studijski program Naziv: Farmaceutsko-biokemijske znanosti Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: poslijediplomski doktorski Akademski / stručni naziv: doktor znanosti (dr. sc.)
Vrsta resursa Tekst
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2022-11-07 14:12:18