Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
โครงสร้างและสมบัติไฮเดรชันของกรดไฮยาลูโรนิกมวลโมเลกุลต่ำโดยการจำลองพลวัตเชิงโมเลกุล
Year (A.D.)
2019
Document Type
Thesis
First Advisor
Pornthep Sompornpisut
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemistry (ภาควิชาเคมี)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Chemistry
DOI
10.58837/CHULA.THE.2019.118
Abstract
Hyaluronic acid (HA) is a biopolymer of disaccharide with two alternate glycosidic bonds, β(1,3) and β(1,4). It has a wide-range of applications in medicine, nutrition and cosmetics. A molecular dynamics (MD) study in aqueous condition presented here unveiled conformational variability in association with the flexibility of the glycosidic linkers, which depends on the number of disaccharide units. HA chain maintains a rigid rod-like conformation with short chain lengths i.e. with 1 to 10 disaccharide units. Crossover from a rod-like to a random-coil conformation is observed with increasing the chain length i.e. with 20-50 disaccharide units. MD and DFT calculations demonstrated that a disaccharide unit with the β(1,4) linkage has more conformational flexibility than that with the β(1,3) linkage. Variation of the radius of gyration and conformational fluctuation showed that the β(1,4) linkers along with the HA chain length enhance the overall conformational flexibility and therefore elastic response of the polymer chain. Besides the inter-saccharide hydrogen bonding, Na+ binds preferably at the β(1,4) site. The hydration number of HA increases as an increase in the chain length while the hydration per disaccharide unit remains constant with the chain length. Moreover, free energy calculations indicated an energy barrier for HA transferring across biological membranes.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
กรดไฮยาลูโรนิก (HA) เป็นไบโอพอลิเมอร์ของน้ำตาลโมเลกุลคู่ที่เชื่อมกันด้วยพันธะไกลโคซิดิกแบบบีตา (1,3) และบีตา (1,4) ซึ่งมีการประยุกต์ใช้งานอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ โภชนาการ และเครื่องสำอาง การศึกษาด้วยการจำลองพลวัตเชิงโมเลกุล (MD) ในสภาวะสารละลายน้ำเปิดเผยถึงความผันแปรของคอนฟอร์เมชันที่มีความเกี่ยวเนื่องกับความยืดหยุ่นของการเชื่อมพันธะไกลโคซิดิกซึ่งขึ้นอยู่กับจำนวนหน่วยซ้ำของน้ำตาลโมเลกุลคู่ สายของ HA ที่มีความสั้นประมาณ 1-10 หน่วยจะดำรงอยู่ด้วยคอนฟอร์เมชันรูปแท่งที่มีความแข็งเกร็ง การเปลี่ยนแปลงคอนฟอร์เมชันจากรูปแท่งเป็นคอยด์อิสระถูกพบเมื่อสายของโมเลกุลยาวขึ้นประมาณ 20-50 หน่วย ผลการคำนวณจาก MD และ DFT แสดงให้เห็นว่าน้ำตาลโมเลกุลคู่ที่มีตัวเชื่อมแบบบีตา (1,4) มีความยืดหยุ่นของคอนฟอร์เมชันมากกว่าตัวเชื่อมแบบบีตา (1,3) การแปรผันของรัศมีไจเรชันและการผันผวนของคอนฟอร์เมชันแสดงให้เห็นว่า ตัวเชื่อมแบบบีตา (1,4) พร้อมด้วยความยาวของสาย HA เป็นสิ่งที่เพิ่มความโค้งงอของคอนฟอร์เมชันทั้งหมดและทำให้เกิดความยืดหยุ่นของสายพอลิเมอร์ นอกจากพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำตาลแล้ว ยังพบว่าโซเดียมไอออนชอบที่จะยึดเหนี่ยวกับพันธะบีตา (1,4) มากกว่า ปริมาณน้ำที่ล้อมรอบโมเลกุล HA จะเพิ่มขึ้นตามความยาวของสาย HA แต่ปริมาณน้ำที่ล้อมรอมต่อหนึ่งหน่วยน้ำตาลโมเลกุลคู่จะยังคงมีปริมาณคงที่ ณ ความยาวต่างๆ นอกจากนี้การคำนวณพลังงานเสรีชี้ให้เห็นถึงกำแพงพลังงานศักย์สำหรับ HA ที่ต้องใช้เพื่อข้ามผ่านชั้นเมมเบรนของสิ่งมีชีวิต
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Taweechat, Panyakorn, "Structure and hydration property of low molecular weight hyaluronic acid by molecular dynamics simulations" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 8494.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/8494