Mycket olika nanostrukturer bildas genom självmontering av en polypeptid beroende på vilken av två samlösningsmedel som tillsätts till reaktionsblandningen, tre RIKEN -kemister har visat. Denna upptäckt är av grundläggande intresse-ger ny inblick i hur naturen styr självmontering av komplexa strukturer som proteiner. Det kan också ha praktiska tillämpningar-vilket föreslår nya möjligheter för att kontrollera strukturer och egenskaper hos syntetiska självmonteringssystem.

Inom biologin, naturliga småmolekylära samlösningsmedel som kallas osmolyter spelar en nyckelroll i många reaktioner. Specifikt, de hjälper till att styra självmonteringen av många strukturer, såsom vikning av proteiner till deras funktionella tredimensionella former. Osmolyter antas förändra den relativa stabiliteten i vissa vikta eller utfällda tillstånd, men de exakta molekylära mekanismerna med vilka de fungerar är ofta oklara.

För att klargöra några möjliga mekanismer, Motoki Ueda och två kollegor vid RIKEN Center for Emergent Matter Science har undersökt hur samlösningsmedel påverkar självmonteringen av en polypeptid, S ₃₀ L ₁₂ , som har både vattendragande (hydrofila) och vattenavvisande (hydrofoba) delar.

"Molekylära sammansättningar av peptider kan betraktas som en slags proteinmodell, "Säger Ueda. Självmonteringen av S ₃₀ L ₁₂ in i en nanorörsstruktur drivs endast av den hydrofoba interaktionen mellan närliggande peptider. "Vi förväntade oss att denna polypeptid skulle möjliggöra en enkel diskussion om förhållandet mellan samlösnings-effekten och självmonteringsbeteendet, "Säger Ueda.

Trion jämförde påverkan av två samlösningsmedel, etanol och acetonitril, på S30L12:s nanorörbildande beteende i vatten.

"Etanol stärker vätebindningsnätverket av vattenmolekyler, vilket förbättrar den hydrofoba interaktionen, "Säger Ueda. Att tillsätta etanol främjar således bildandet av nanorörstrukturen. Däremot kan acetonitril bromsade bildandet av nanorör, främja en mellanliggande "vriden nanoribbon" -struktur istället. "Acetonitril försvagar vätebindningsnätet av vattenmolekyler, som fångar en metastabil mellanstruktur, "Säger Ueda.

Teamet var tvungen att observera det självmonterande systemet under flera månader för att förstå de subtila krafterna som spelas. "Eftersom dessa krafter är små, vi var tvungna att upptäcka de minsta morfologiska förändringarna genom att tålmodigt observera tillväxten eller dissociationen av enheten, "Ueda -anteckningar. Till exempel, laget fick vänta en månad för att visa att tillsats av 10% etanol producerade längre nanorör än att tillsätta 1% etanol.

"Våra resultat hjälper till att korrelera osmolyternas mekanistiska beteende på proteiner, "Ueda förklarar. De kan också öppna nya möjligheter att använda små organiska molekyler som samlösningsmedel för att påverka biomimetisk polypeptidsammansättning." Vi kan utveckla ett brett spektrum av samlösningsmedel för att finjustera storleken, längd och fysikaliska egenskaper hos polypeptidsammansättningar, säger Ueda.

Teamet fortsätter att undersöka samlösningsmedel för att undersöka andra aspekter av osmolyternas biologiska funktioner.