Zeer verschillende nanostructuren worden gevormd door de zelfassemblage van een polypeptide, afhankelijk van welke van de twee co-oplosmiddelen aan het reactiemengsel wordt toegevoegd, drie RIKEN-chemici hebben aangetoond. Deze ontdekking is van fundamenteel belang en biedt nieuwe inzichten in de manieren waarop de natuur de zelfassemblage van complexe structuren zoals eiwitten stuurt. Het zou ook praktische toepassingen kunnen hebben:het suggereert nieuwe mogelijkheden voor het beheersen van de structuren en eigenschappen van synthetische zelfassemblerende systemen.

In de biologie, natuurlijke co-oplosmiddelen met kleine moleculen, osmolyten genaamd, spelen een sleutelrol in veel reacties. specifiek, ze helpen om de zelfassemblage van vele structuren te sturen, zoals het vouwen van eiwitten in hun functionele driedimensionale vormen. Men denkt dat osmolyten de relatieve stabiliteit van bepaalde gevouwen of ongevouwen toestanden veranderen, maar de exacte moleculaire mechanismen waarmee ze werken zijn vaak onduidelijk.

Om enkele mogelijke mechanismen te verduidelijken, Motoki Ueda en twee collega's van het RIKEN Center for Emergent Matter Science hebben onderzocht hoe co-oplosmiddelen de zelfassemblage van een polypeptide beïnvloeden, S ₃₀ L ₁₂ , dat zowel wateraantrekkende (hydrofiele) als waterafstotende (hydrofobe) delen heeft.

"Moleculaire samenstellingen van peptiden kunnen worden beschouwd als een soort eiwitmodel, " zegt Ueda. De zelfmontage van S ₃₀ L ₁₂ in een nanobuisstructuur wordt alleen aangedreven door de hydrofobe interactie tussen naburige peptiden. "We verwachtten dat dit polypeptide een eenvoudige discussie mogelijk zou maken over de relatie tussen het co-oplosmiddeleffect en het zelfassemblagegedrag, ' zegt Oeda.

Het trio vergeleek de invloed van twee co-oplosmiddelen, ethanol en acetonitril, op het nanobuisvormende gedrag van S30L12 in water.

"Ethanol versterkt het waterstofbruggennetwerk van watermoleculen, die de hydrofobe interactie verbetert, ", zegt Ueda. Het toevoegen van ethanol bevorderde dus de vorming van de nanobuisstructuur. acetonitril vertraagde de vorming van nanobuisjes, in plaats daarvan een tussenliggende 'twisted nanoribbon'-structuur promoten. "Acetonitril verzwakt het netwerk van waterstofbruggen van watermoleculen, die een metastabiele tussenstructuur opsluit, ' zegt Oeda.

Het team moest het zelfassemblerende systeem gedurende enkele maanden observeren om de subtiele krachten die in het spel zijn te begrijpen. "Omdat deze krachten klein zijn, we moesten de kleinste morfologische veranderingen detecteren door geduldig de groei of dissociatie van de assemblage te observeren, "Ueda merkt op. Bijvoorbeeld, het team moest een maand wachten om aan te tonen dat het toevoegen van 10% ethanol langere nanobuisjes produceerde dan het toevoegen van 1% ethanol.

"Onze resultaten zullen helpen om het mechanistische gedrag van osmolyten op eiwitten te correleren, Ueda legt uit. Ze kunnen ook nieuwe mogelijkheden openen voor het gebruik van kleine organische moleculen als co-oplosmiddelen om de biomimetische polypeptide-assemblage te beïnvloeden. lengte en fysieke eigenschappen van polypeptideassemblages, ', zegt Oeda.

Het team blijft co-oplosmiddelen onderzoeken om andere aspecten van de biologische functies van osmolyten te onderzoeken.