Developing Isomeric Peptides for Mimicking the Sequence–Activity Landscapes of Enzyme Evolution

超分子化学 序列(生物学) 材料科学 肽序列 纳米纤维 纳米结构 活动站点 纳米技术 组合化学 化学 生物化学 有机化学 分子 基因
作者
Yaling Wang,Tiezheng Pan,Jie Li,Lina Zou,Xuewen Wei,Qian Zhang,Tingting Wei,Li Xu,Rein V. Ulijn,Chunqiu Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (17): 22369-22378 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.4c00501
摘要

Enzymes catalyze almost all material conversion processes within living organisms, yet their natural evolution remains unobserved. Short peptides, derived from proteins and featuring active sites, have emerged as promising building blocks for constructing bioactive supramolecular materials that mimic native proteins through self-assembly. Herein, we employ histidine-containing isomeric tetrapeptides KHFF, HKFF, KFHF, HFKF, FKHF, and FHKF to craft supramolecular self-assemblies, aiming to explore the sequence–activity landscapes of enzyme evolution. Our investigations reveal the profound impact of peptide sequence variations on both assembly behavior and catalytic activity as hydrolytic simulation enzymes. During self-assembly, a delicate balance of multiple intermolecular interactions, particularly hydrogen bonding and aromatic–aromatic interactions, influences nanostructure formation, yielding various morphologies (e.g., nanofibers, nanospheres, and nanodiscs). Furthermore, the analysis of the structure–activity relationship demonstrates a strong correlation between the distribution of the His active site on the nanostructures and the formation of the catalytic microenvironment. This investigation of the sequence–structure–activity paradigm reflects how natural enzymes enhance catalytic activity by adjusting the primary structure during evolution, promoting fundamental research related to enzyme evolutionary processes.

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