Polypeptid selvsamling styret ved tilsætning af co-opløsningsmidler

Meget forskellige nanostrukturer dannes ved selvsamling af et polypeptid afhængigt af hvilken af ​​to co-opløsningsmidler der tilsættes reaktionsblandingen, tre RIKEN -kemikere har vist. Denne opdagelse er af grundlæggende interesse-giver ny indsigt i de måder, naturen styrer selvsamlingen af ​​komplekse strukturer såsom proteiner. Det kan også have praktiske anvendelser-hvilket tyder på nye muligheder for at styre strukturer og egenskaber ved syntetiske selvsamlingssystemer.

I biologi, naturlige småmolekylære cosolventer kaldet osmolytter spiller en nøglerolle i mange reaktioner. Specifikt, de hjælper med at styre selvsamlingen af ​​mange strukturer, såsom foldning af proteiner til deres funktionelle tredimensionelle former. Osmolytter menes at ændre den relative stabilitet i visse foldede eller udfoldede tilstande, men de nøjagtige molekylære mekanismer, hvormed de virker, er ofte uklare.

For at afklare nogle potentielle mekanismer, Motoki Ueda og to kolleger på RIKEN Center for Emergent Matter Science har undersøgt den måde, cosolventer påvirker selvsamlingen af ​​et polypeptid, S ₃₀ L ₁₂ , der har både vandtrækkende (hydrofile) og vandafvisende (hydrofobe) dele.

"Molekylære samlinger af peptider kan betragtes som en slags proteinmodel, "Siger Ueda. Selvsamlingen af ​​S ₃₀ L ₁₂ ind i en nanorørstruktur drives kun af den hydrofobe interaktion mellem nabopeptider. "Vi forventede, at dette polypeptid ville muliggøre en simpel diskussion om forholdet mellem cosolvent-effekten og selvmonteringsadfærden, "Siger Ueda.

Trioen sammenlignede indflydelsen fra to co -opløsningsmidler, ethanol og acetonitril, om S30L12s nanorørdannende adfærd i vand.

"Ethanol styrker hydrogenbindingsnetværket af vandmolekyler, som forbedrer den hydrofobe interaktion, "Siger Ueda. Tilføjelse af ethanol fremmer således dannelsen af ​​nanorørstrukturen. I modsætning hertil er acetonitril bremsede dannelsen af ​​nanorør, at fremme en mellemliggende 'snoet nanoribbon' -struktur i stedet. "Acetonitril svækker hydrogenbindingsnetværket af vandmolekyler, som fanger en metastabil mellemstruktur, "Siger Ueda.

Holdet måtte observere det selvsamlende system over flere måneder for at forstå de subtile kræfter, der spilles. "Da disse kræfter er små, vi var nødt til at opdage de mindste morfologiske ændringer ved tålmodigt at observere væksten eller dissociationen af ​​forsamlingen, "Ueda noter. F.eks. holdet måtte vente en måned med at vise, at tilsætning af 10% ethanol producerede længere nanorør end tilsætning af 1% ethanol.

"Vores resultater hjælper med at korrelere osmolytternes mekanistiske adfærd på proteiner, "Ueda forklarer. De åbner måske også nye muligheder for at bruge små organiske molekyler som co -opløsningsmidler til at påvirke biomimetisk polypeptidsamling." Vi kunne udvikle en lang række cosolventmolekyler til at finjustere størrelsen, længde og fysiske egenskaber af polypeptidsamlinger, «siger Ueda.

Teamet fortsætter med at undersøge cosolventer for at undersøge andre aspekter af osmolyters biologiske funktioner.