Living/controlled supramolecular protein polymerization

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作者
Hao Ren,Qianhui Zhang,Kai Wang,Siqi Xu,Wei Liu,Fei Tao,Qian Han,Shuting Miao,Yingying Zhang,Yonggang Liu,Peng Yang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (40): e2510077122-e2510077122 被引量:5
标识
DOI:10.1073/pnas.2510077122
摘要

With the learning from living protein polymerization in nature, achieving living/controlled supramolecular assembly of biopolymers such as proteins in vitro is a longstanding challenge for material design. Herein, we provide a thiol-regulated interfacial protein aggregation (TRIPA) for unfolded protein systems with typical living polymerization features. By triggering globule proteins into the unfolded state through a reversible exchange reaction of disulfide bonds and sulfhydryl agents (R-SH), protein monomers are partially unfolded and assembled at the air-water/solid-water interface (AWI/SWI) through the entropy-driven adsorption and conformation transition. The process could be well repeated over time to form a two-dimensional (2D) nanofilm at the interface by following a pathway of monomer-oligomer-2D assembly. Similar to living polymerization, the film thickness exhibited a linear increase with the assembly conversion ratio of the monomers. With the stepwise addition of native protein into the reaction system, the thickness periodically increased in a linear manner. Such living/controlled supramolecular polymerization (LCSP) of protein at the interface leads to the synthesis of a nanofilm with well-defined flat morphology, ultrahigh modulus, and nano- to macroscale controlled thickness. The resultant protein nanofilm could then attach onto a variety of flexible and rigid material surfaces to produce a stable structural color coating. Compelling evidence in the present work thus underlines a demonstration of LCSP of biopolymers in vitro. It may hold a solid impact by opening a window for living/controlled polymerization of versatile biospecies such as proteins, saccharides, nucleic acids, and cells.
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