Dette notatet beskriver dannelsen av svært bestilt peptid-baserte strukturer ved den spontane prosessen med selv-montering. Framgangsmåten benytter kommersielt tilgjengelige peptider og vanlig laboratorieutstyr. Denne teknikken kan anvendes på et stort utvalg av peptider og kan føre til oppdagelse av nye peptid-baserte sammenstillinger.
I naturen er komplekse funksjonelle strukturer som er dannet av selvbygging av biomolekyler under milde betingelser. Å forstå hvilke krefter som styrer selvbygging og etterligne denne prosessen in vitro vil føre til store fremskritt i de områder av materialvitenskap og nanoteknologi. Blant de tilgjengelige biologiske byggeklosser, peptider har flere fordeler som de presenterer betydelig mangfold, deres syntese i stor skala er grei, og de kan enkelt endres med biologiske og kjemiske enheter 1,2. Flere klasser av peptider er utformet slik som cykliske peptider, amfifil peptider og peptid-konjugater selv montere inn bestilte strukturer i oppløsning. Homoaromatic dipeptider, er en klasse av korte selv-sammensatte peptider som inneholder all den molekylære informasjon som trengs for å danne bestilt strukturer som nanorør, sfærer og fibriller 3-8. Et stort utvalg av disse peptidene er kommersielt tilgjengelig.
<pclass = "jove_content"> presenterer Dette papiret en prosedyre som fører til dannelsen av bestilte strukturer ved selvbygging av homoaromatic peptider. Protokollen krever bare kommersielle reagenser og grunnleggende laboratorieutstyr. I tillegg beskriver papiret noen av de fremgangsmåter som er tilgjengelige for karakterisering av peptid-baserte sammenstillinger. Disse metodene inkluderer elektron og atomic force mikroskopi og Fourier-transform infrarød (FT-IR). Videre demonstrerer manuskriptet blanding av peptider (coassembly) og dannelsen av en "perler på en snor"-lignende struktur av denne prosess. 9. Protokollene som presenteres her kan tilpasses andre klasser av peptider eller biologisk byggeklosser og kan potensielt lede til oppdagelsen av nye peptid-baserte strukturer og for å bedre kontrollen av deres montering.Natur former bestilt og funksjonelle strukturer av prosessen med biomolekylære selv-montering. Å forstå hvilke krefter som styrer denne spontane prosessen kan føre til at evnen til å etterligne selvbygging in vitro og dermed til store fremskritt i området for materialvitenskap 10,11. Peptides, spesielt, holder meget lovende som et biomolekylære byggesten, siden de presenterer store strukturelle mangfold, enkel kjemisk syntese, og kan lett bli funksjonalisert med biologiske og kjemiske enheter. Feltet av peptid selvbygging ble utviklet av Ghadiri og hans kolleger, som demonstrerte selvbygging av peptid nanorør ved sykliske peptider med vekslende D-og L-aminosyrer 12. Andre vellykkede tilnærminger til utformingen av peptid forsamlinger omfatter lineære bolaamphiphile peptider 5, amphiphiles (AP) 6, nonconjugated selv utfyllende ioniske peptider 13, overflate-lignende peptider <sup> 4,14, og diblock copolypeptides 15.
En nyere tilnærming innebærer selv-montering av korte aromatiske peptider, kalt homoaromatic dipeptider. Disse peptider omfatte bare to aminosyrer med aromatisk natur (f.eks Phe-Phe, tert-butyl dikarbonat (Boc)-Phe-Phe) 7,8,16-21. De strukturer som er dannet av disse homoaromatic peptider omfatter rørformede strukturer, kuler, flak-lignende sammenstillinger og fibre 6,8,15,21-32. Fibrene i noen tilfeller gi en fibril mesh som gir et hydrogel 33-37. Disse forsamlingene har blitt utnyttet for anvendelser av biosensing, levering av legemidler, molekylær elektronikk, etc. 38-45
Dette notatet beskriver de eksperimentelle skritt som trengs for å starte spontane selvbygging av homoaromatic peptider. I tillegg presenterer den prosessen med peptid coassembly. Denne prosessen innebærer at selv-montering av flere enn en type peptidmonomer.
Vår demonstrasjon omfatter coassembly av to kommersielt tilgjengelige peptider: Den diphenylalanine peptid (NH2-Phe-Phe-COOH) og dens Boc beskyttede analog (Boc-Phe-Phe-OH). Hvert av peptidene selv setter sammen til en supermolecular struktur: diphenylalanine peptid danner rørformede sammenstillinger og Boc-Phe-Phe-OH Peptid selv setter sammen til enten kuler eller fibre, avhengig av det løsningsmiddel 7,17,46. Vi blandet de to peptider i visse forhold, og det resulterende sammenstillinger karakterisert ved elektronmikroskopi, kraft mikroskopi, og FT-IR-spektroskopi. Metodene viste dannelse av et peptid-basert struktur som består av sfæriske elementer med en diameter av flere mikron (1-4 mm) som er forbundet med langstrakte monteringer med en diameter på noen få hundre nanometer (~ 300-800 nm) . Systemene likne perle strengene i deres morfologi, som de sfæriske strukturer synes å være tredd pålangstrakte forsamlinger. Vi har derfor kalt disse forsamlinger "biomolekylære hals". De "biomolekylære halskjeder" kan tjene som et nytt biomateriale, som et stoff levering agent eller som et stillas for elektroniske søknader. Videre kan fremgangsmåten som fører til selv-sammenstillingen av peptider anvendes med andre klasser av peptider og biomolekyler. Det kan føre til en bedre forståelse av de krefter som er involvert i selvbygging og dannelse av nye bestilt strukturer.
Oppsummert viser dette papiret den enkle der peptid-baserte forsamlinger kan dannes in vitro. Prosessen omfatter kommersielt tilgjengelige peptider og oppløsningsmidler, og det skjer spontant under omgivelsesbetingelser, ved tilsetning av et polart oppløsningsmiddel til testrøret. Det er viktig å bruke HFP som et oppløsningsmiddel av peptidene, på grunn av den lave oppløselighet av peptidene i andre organiske løsningsmidler. Dessuten er på grunn av den høye flyktighet av HFP det nødvendig å forbered…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av Marie Curie International Reintegrering Grant og ved den tysk-Israel Foundation. Vi erkjenner Mr. Yair Razvag for AFM analyse.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
NH2-Phe-Phe-OH | Bachem | G-2925.0001 | |
Boc-Phe-Phe-OH | Bachem | A-3205.0005 | |
1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol | Sigma-Aldrich | 52512-100ML | |
Ethanol absolute (Dehydrated) AR sterile | Bio-Lab Ltd. | 52555 | Blending with TDW for the preparation of 50% solution |
Uranyl acetate | Sigma-Aldrich | 73943 | For negative staining. It is possible to work without it. |
glass cover slip | Marienfeld Laboratory Glassware | 110590 | |
TEM grids | Electron Microscopy Sciences | FCF200-Cu-50 | Formvar/Carbon 200 Mesh, Cu |
Quantitive filter paper | Whatman | 1001055 | |
Deuterium Oxide (D2O) | Sigma-Aldrich | 151882-100G | 99.9 atom % D |
CaF2 window | PIKE Technologies | 160-1212 | 25 mm x 2 mm window. For FT-IR measurments |
AFM tips | NanoScience Instruments | CFMR | Aspire probes, CFMR-25 series |
Filter units | Millipore | SLGV033RS | Millex-GV, 0.22 μm, PVDF, 33 mm, gamma sterilized |
SEM | FEI | Quanta 200 ESEM | |
TEM | FEI | Tecnai T12 G2 Spirit | |
AFM | JPK Instruments | A JPK NanoWizard3 | |
FT-IR | Thermo Fisher Scientific | Nicolet 6700 advanced gold spectrometer | |
FT-IR Purge | Parker | BALSTON FT-IR Purge Gas Generator model 75-52 | |
OMNIC (Nicolet) software | Thermo Nicolet Corporation | For FT-IR spectra analysis | |
Vortex mixer | Wisd Laboratory Equipment | ViseMix VM | |
Weight | Mettler Toledo | NewClassic MS | |
Sputter coater | Polaron | SC7640 Sputter Coater |