Catechol redox maintenance in mussel adhesion

儿茶酚 贻贝 氧化还原 粘附 化学 生物物理学 生物化学 生物 渔业 有机化学
作者
Stephanie X. Wang,J. Herbert Waite
出处
期刊:Nature Reviews Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:9 (3): 159-172 被引量:82
标识
DOI:10.1038/s41570-024-00673-4
摘要

Catechol-functionalized proteins in mussel holdfasts are essential for underwater adhesion and cohesion and have inspired countless synthetic polymeric materials and devices. However, as catechols are prone to oxidation, long-term performance and stability of these inventions awaits effective antioxidation strategies. In mussels, catechol-mediated interactions are stabilized by 'built-in' homeostatic redox reservoirs that restore catechols oxidized to quinones. Mussel byssus has a typical 'core-shell' architecture in which the core is a degradable fibrous block copolymer consisting of collagen and fibroin coated by robust protein networks stabilized by bis-catecholato-metal and tris-catecholato-metal ion complexes. The coating is well-adapted to protect the core against abrasion, hydrolysis and microbial attack, but it is not impervious to oxidative damage, which, during function, is promptly repaired by redox poise via coacervated catechol-rich and thiol-rich reducing interlayers and inclusions. However, when the e- and H+ equivalents from these reducing reservoirs are depleted, coating damage accumulates, leading to exposure of the vulnerable core to environmental attack. Heeding and translating these strategies is essential for deploying catechols with longer service lifetimes and designing more sustainable next-generation polymeric adhesives.
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