操控納米級(jí)構(gòu)筑基元組裝成高度有序的晶體結(jié)構(gòu)已引起科研人員的研究興趣。通過(guò)優(yōu)化無(wú)機(jī)納米顆粒的類型、尺寸、晶格參數(shù)和晶體對(duì)稱性，可在熱力學(xué)或動(dòng)力學(xué)上調(diào)控其自組裝過(guò)程，進(jìn)而獲得一元、二元和三元的晶體結(jié)構(gòu)。源于高度有序排列所產(chǎn)生的新興特性和多樣的化學(xué)功能，這些自組裝結(jié)構(gòu)在催化、磁學(xué)、光學(xué)和功能生物材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。以功能蛋白為基元結(jié)構(gòu)精確構(gòu)建結(jié)構(gòu)可調(diào)的周期陣列是有趣的研究方向，然而，蛋白質(zhì)表面的化學(xué)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，特別是對(duì)于非球形蛋白質(zhì)模塊而言，如何將各向異性的蛋白質(zhì)基元可控組裝成具有可調(diào)結(jié)構(gòu)特性的蛋白質(zhì)晶體仍是主要挑戰(zhàn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員強(qiáng)斌團(tuán)隊(duì)利用一種各向異性的L-鼠李樹膠糖-1-磷酸醛縮酶（RhuA）作為構(gòu)筑基元，通過(guò)在蛋白質(zhì)三維（3D）空間位點(diǎn)引入組氨酸殘基并精確調(diào)控其相互作用，實(shí)現(xiàn)了將各向異性的非球形RhuA蛋白質(zhì)自組裝成高度有序的、具有不同形態(tài)和結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)晶體?；诮M氨酸的π -π作用，通過(guò)熱力學(xué)調(diào)控RhuA的自組裝過(guò)程，獲得了3D納米帶和3D四方相晶體結(jié)構(gòu)；通過(guò)引入強(qiáng)的金屬離子-組氨酸螯合作用，從動(dòng)力學(xué)上調(diào)控了RhuA自組裝成3D四方相晶體結(jié)構(gòu)。此外，通過(guò)在RhuA模塊表面上設(shè)計(jì)另一種組氨酸的排布，進(jìn)一步構(gòu)建出RhuA蛋白質(zhì)雙螺旋3D超結(jié)構(gòu)。利用熒光顯微鏡、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）和小角度X射線散射（SAXS）測(cè)定了它們的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和動(dòng)態(tài)組裝性質(zhì)。該研究旨在拓展可調(diào)控、高度有序的蛋白質(zhì)超結(jié)構(gòu)可編程的工具盒，有助于理解蛋白質(zhì)界面相互作用機(jī)制。

相關(guān)研究成果以Noncovalent Self-Assembly of Protein Crystals with Tunable Structures為題，發(fā)表在Nano Letters上（DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04587）。

3D納米帶、3D蛋白質(zhì)晶體和雙螺旋蛋白質(zhì)超結(jié)構(gòu)形成的示意圖。（A）設(shè)計(jì)^H47RhuA-C(2H) 變體，在非共價(jià)相互作用的介導(dǎo)下自組裝形成3D納米帶和兩種類型3D晶體結(jié)構(gòu)；（B）設(shè)計(jì)^H47/^H157RhuA-C(2H)-N(2H) 變體，在非共價(jià)相互作用介導(dǎo)下自組裝形成雙螺旋3D超結(jié)構(gòu)