ACS Nano:蛋白胨序列对二维组装机制和动力学的影响

蛋白胨是一类序列明确的仿生物聚合物，它们组装成各种有序结构的能力已得到广泛研究。二维（2D）超分子材料在催化、能源生产与储存、传感和生物医学等应用领域具有潜在优势。这些材料通常通过自组装获得，其结果取决于溶液条件和基质性质。由于疏水相互作用和疏水核心内广泛的 π-π 堆积，两亲性蛋白胨序列可以很容易地在溶液-固体界面上进行二维组装。然而对于大多数生物聚合物体系来说，二维组装机制、组装动力学的控制，尤其是二者对生物聚合物序列的依赖性，仍然是未知的，而且由于以足够高的空间和时间分辨率直接观察和量化组装的研究数量有限，因此很难预测。

近段时间，来自华盛顿大学材料科学与工程系的Sakshi Yadav Schmid教授及其团队使用原位原子力显微镜（AFM）直接观察了一组密切相关序列的两亲性蛋白胨在云母表面的吸附和二维组装，分析了每个序列的组装率与浓度的函数关系，提取出类胨的平衡溶解度以及类胨附着到不断生长的二维孤岛上的动力学系数，旨在研究蛋白胨二维组装的分子序列与组装途径和动力学之间的关系，填补这一认识空白。

结果显示，生物分子序列的微小变化都会对超分子组装产生巨大影响，改变组装的溶解度和动力学。关于蛋白质和肽在表面组装的研究表明，与基质的相互作用会导致二维相位的产生，这种二维相位在溶液中无法实现，但由于与表面的静电相互作用（可减轻生长单元之间的排斥作用）以及与吸附水从基质中释放有关的组装熵驱动力，这种二维相位会在界面上产生。即使最终产物的结构与块状溶液中获得的结构基本相同，生长单元与基底之间相互作用引起的结合自由能的变化也会改变附着和脱离的障碍，从而导致溶解度的急剧变化和动力学系数的序列特异性变化。

装配过程中三个时间戳的静态实验 XRD

总之，该实验研究了蛋白胨二维组装的分子序列与组装途径和动力学之间的关系，填补这一认识空白，以及预测了未来的挑战是通过精确的分子模拟来发展预测这些底物和序列依赖性变化的能力，通过数据驱动的方法进行增强。

参考文献：

Yadav Schmid S, Ma X, et. Influence of Peptoid Sequence on the Mechanisms and Kinetics of 2D Assembly. ACS Nano. 2024 Jan 12. doi: 10.1021/acsnano.3c10810. Epub ahead of print. PMID: 38215492.