Nanostrutture molto diverse si formano attraverso l'autoassemblaggio di un polipeptide a seconda di quale dei due cosolventi viene aggiunto alla miscela di reazione, tre chimici RIKEN hanno dimostrato. Questa scoperta è di fondamentale interesse, poiché offre nuove intuizioni sui modi in cui la natura guida l'autoassemblaggio di strutture complesse come le proteine. Potrebbe anche avere applicazioni pratiche, suggerendo nuove possibilità per controllare le strutture e le proprietà dei sistemi sintetici autoassemblanti.

In biologia, i cosolventi naturali a piccole molecole chiamati osmoliti svolgono un ruolo chiave in molte reazioni. Nello specifico, aiutano a dirigere l'autoassemblaggio di molte strutture, come il ripiegamento delle proteine ​​nelle loro forme tridimensionali funzionali. Si pensa che gli osmoliti alterino le stabilità relative di certi stati piegati o spiegati, ma gli esatti meccanismi molecolari con cui funzionano sono spesso poco chiari.

Per chiarire alcuni potenziali meccanismi, Motoki Ueda e due colleghi del RIKEN Center for Emergent Matter Science hanno esaminato il modo in cui i cosolventi influenzano l'autoassemblaggio di un polipeptide, S ₃₀ l ₁₂ , che ha sia parti che attraggono l'acqua (idrofile) che che respingono l'acqua (idrofobe).

"Gli assemblaggi molecolari di peptidi possono essere considerati come una sorta di modello proteico, " Dice Ueda. L'autoassemblaggio di S ₃₀ l ₁₂ in una struttura di nanotubi è guidato solo dall'interazione idrofobica tra peptidi vicini. "Abbiamo anticipato che questo polipeptide avrebbe consentito una semplice discussione sulla relazione tra l'effetto del cosolvente e il comportamento di autoassemblaggio, " dice Ueda.

Il trio ha confrontato l'influenza di due cosolventi, etanolo e acetonitrile, sul comportamento di formazione di nanotubi di S30L12 in acqua.

"L'etanolo rafforza la rete di legami idrogeno delle molecole d'acqua, che migliora l'interazione idrofobica, " dice Ueda. L'aggiunta di etanolo ha così favorito la formazione della struttura dei nanotubi. Al contrario, l'acetonitrile ha rallentato la formazione di nanotubi, promuovere invece una struttura intermedia a "nanonastri intrecciati". "L'acetonitrile indebolisce la rete di legami idrogeno delle molecole d'acqua, che intrappola una struttura intermedia metastabile, " dice Ueda.

Il team ha dovuto osservare il sistema di autoassemblaggio per diversi mesi per comprendere le forze sottili in gioco. "Dato che queste forze sono minuscole, abbiamo dovuto rilevare i minimi cambiamenti morfologici osservando pazientemente la crescita o la dissociazione dell'assieme, " Appunti di Ueda. Ad esempio, il team ha dovuto aspettare un mese per dimostrare che l'aggiunta del 10% di etanolo produceva nanotubi più lunghi rispetto all'aggiunta dell'1% di etanolo.

"I nostri risultati aiuteranno a correlare il comportamento meccanicistico degli osmoliti sulle proteine, " Spiega Ueda. Potrebbero anche aprire nuove possibilità per l'utilizzo di piccole molecole organiche come cosolventi per influenzare l'assemblaggio di polipeptidi biomimetici. "Potremmo sviluppare un'ampia gamma di molecole di cosolvente per regolare con precisione le dimensioni, lunghezza e proprietà fisiche degli assemblaggi polipeptidi, "dice Ueda.

Il team sta continuando a esaminare i cosolventi per sondare altri aspetti delle funzioni biologiche degli osmoliti.