MOLECULAR MODELING APPROACH TO VEGETABLE TANNING: PRELIMINARY RESULTS FOR GALLOTANNIN INTERACTIONS WITH THE COLLAGEN MICROFIBRIL

Abstract

Tanning of animal hides produces leather, a durable, flexible material that is stabilized against putrefaction. Chrome-tanned wet blue, aldehyde crosslinked wet white, and vegetable tanned hides are major contributors to current leather production. Although the chemistries involved are significantly different, the product in each case is leather. Vegetable tanning, the oldest of these technologies is, from a mechanistic perspective, the least well understood. To explore possible vegetable tanning mechanisms, we have applied molecular modeling techniques to the study of interactions of gallotannin, a component of chestnut tannins, with the collagen microfibril. A model gallotannin molecule was constructed and energy minimized. This model was docked into several energetically favorable positions on a fragment of the ERRC collagen microfibril model, generally with a good fit at a proline or hydroxyproline residue. The alpha carbon backbone of collagen was kept immobile during molecular dynamics simulations at 400 - 800K with and without an added layer of water for solvation to identify possibly more favorable interactions sites for the gallotannin molecules. Both inter and intra chain interactions were possible, and several potential sites for hydrogen bonding via arginine residues or hydrophobic interactions with alanine or isoleucine residues were identified. The information gained from this model study is an early step in the development of a vegetable-tanning model. ResumenEl curtido de las pieles de animales produce el cuero, un material flexible y durable, que es estable a la putrefacción. Wet blue curtido al cromo, wet white reticulado por aldehído, y pieles curtidas al vegetal son los procesos principales contribuyentes hoy en día a la producción del cuero. Aunque las químicas involucradas sean significativamente distintas, el producto en cada caso es cuero. Curtido al vegetal, siendo la más vieja de estas tecnologías, es desde la perspectiva de la comprensión del mecanismo químico, la menos comprendida. Para la exploración de los mecanismos más probables para la curtición al vegetal, hemos aplicado técnicas de modelado molecular al estudio de las interacciones con tanino pirogálico, un componente de curtientes derivados del Castaño [Castanea Vesca], con un microfibrilo colagénico. Un modelo de la molécula del tanino pirogálico fue construido y su energía minimizada. Este modelo fue introducido entre varias posiciones favorables en un fragmento del modelo ERRC del microfibrilo colágenico, generalmente encajando donde hubiese un residuo de prolina o hidróxiprolina. La columna conformada por los alfa carbonos del colágeno, se mantuvo inmóvil durante las simulaciones moleculares dinámicas entre 400-800?K, con y sin una capa añadida de agua de solventación para así lograr identificar los sitios más favorables de interacción para las moléculas de tanino pirogálico. Tanto interacciones inter como intra con las cadenas colagenicas se encontraron factibles, y varios sitios aptos para formar puentes de hidrógeno vía residuos de arginina, así como también sitios para posibles interacciones hidrofóbicas con residuos de alanina o isoleucina, fueron identificados. La información obtenida de este estudio por modelación es un primer paso en el desarrollo de un modelo describiendo el curtido vegetal.