Это первый случай, когда синтез кристаллического каркаса, в котором белки, а также ионы металлов и органические молекулы являются важными компонентами конструкции. Этот новый путь производства функциональных материалов имеет потенциальные применения, такие как хранение водородного топлива и улавливание углерода.
Формирование трехмерного (3D) пористого кристаллического каркасного материала, образованного сферическими белками, которые собираются посредством направленных взаимодействий между этими белками, ионами металлов и органическими линкерами, было реализовано впервые. Белки обладают огромным потенциалом в качестве строительных блоков для кристаллических материалов из-за их широкого диапазона доступных химических и структурных мотивов в сочетании с прекрасными возможностями катализа и переноса электронов.
Однако успешный дизайн и синтез 3D-кристаллов белка — редкость.Значительно больший успех в синтезе кристаллических материалов был достигнут с использованием небольших органических и неорганических строительных блоков, особенно универсальных металлоорганических каркасов (MOF) для очистки и каталитических применений. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего сконструировали сферический, похожий на клетку белок (ферритин), чтобы симметрично отображать восемь ионов цинка на его поверхности.Эти поверхностные ионы цинка были аналогичны небольшим металлическим концентраторам в MOF.
Затем бифункциональные органические линкеры связали ионы цинка между двумя белками, заставляя наноразмерные металлические хабы самоорганизовываться в предсказанную трехмерную структуру кристаллической решетки. Полученные кристаллы были высокопористыми, имели очень высокое содержание растворителя и позволяли белкам проявлять свою природную ферментативную активность (преобразовывать растворимые ионы железа в кристаллические оксиды железа). Эта новая стратегия самосборки может привести к появлению новых материалов для катализа и разделения.
Эта работа была поддержана Министерством энергетики США, Управлением науки, Управлением фундаментальных энергетических наук для рационального дизайна и синтеза белковых кристаллов, а также биологических и экологических исследований, вместе с Национальными институтами здравоохранения, поддержала канал структурной молекулярной биологии (BL12). -2) в SSRL, учреждении для пользователей Управления науки Министерства энергетики США.