Megamolecule Self-Assembly Networks: A Combined Computational and Experimental Design Strategy

化学 纳米技术 材料科学
作者
Jiangbo Wu,Zhaoyi Gu,Justin A. Modica,Sijia Chen,Milan Mrksich,Gregory A. Voth
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (44): 30553-30564 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.4c11892
摘要

This work describes the use of computational strategies to design megamolecule building blocks for the self-assembly of lattice networks. The megamolecules are prepared by attaching four Cutinase-SnapTag fusion proteins (CS fusions) to a four-armed linker, followed by functionalizing each fusion with a terpyridine linker. This functionality is designed to participate in a metal-mediated self-assembly process to give networks. This article describes a simulation-guided strategy for the design of megamolecules to optimize the peptide linker in the fusion protein to give conformations that are best suited for self-assembly and therefore streamlines the typically time-consuming and labor-intensive experimental process. We designed 11 candidate megamolecules and identified the most promising linker, (EAAAK)2, along with the optimal experimental conditions through a combination of all-atom molecular dynamics, enhanced sampling, and larger-scale coarse-grained molecular dynamics simulations. Our simulation findings were validated and found to be consistent with the experimental results. Significantly, this study offers valuable insight into the self-assembly of megamolecule networks and provides a novel and general strategy for large biomolecular material designs by using systematic bottom-up coarse-grained simulations.
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