Новости химической науки > Первый металлоорганический каркас с белками

Химикам впервые удалось получить белок, который способен к самоассоциации с ионами цинка и низкомолекулярными органическими соединениями с образованием первой металлоорганической каркасной структуры [metal-organic framework (MOF)] на белковой основе.

Внедрение белков в состав металлоорганических каркасных структур может объединить в одном материале биокаталитические, электронно-транспортные и сенсорные способности белков и традиционные способности металлоорганических каркасных структур к разделению, хранению и катализу.

Традиционные металлоорганические каркасные структуры, которые привлекают все большее внимание как химиков-теоретиков, так и химиков-практиков, состоят из низкомолекулярных органических линкеров, связывающих ионы металлов. Акиф Тезкан (Akif Tezcan) из Университета Калифорнии (Сан-Диего) в настоящий момент освоил способ получения более разнообразных металлоорганических каркасов, продемонстрировав, что такие материалы могут быть синтезированы с участием белковых молекул.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2015, DOI: 10.1021/jacs.5b07463

Исследователи модифицировали ферритин человека, добившись от белка возможности связывать поверхностью восемь ионов цинка. При смешении модифицированного белка с солью цинка и бензолгидроксамовой кислотой белок связывается с ионами цинка, а бензолгидроксамовая кислота играет роль линкера, связывающего ионы цинка на отдельных молекулах ферритина. Такая самоорганизация приводит к образованию кристалла металлоорганического каркасного соединения, в котором каждая несущая цинк молекула ферритина связана еще с восемью соседними молекулами.

Тезкан отмечает, что помимо создания типа новой металлоорганической каркасной структуры работа демонстрирует новую стратегию направленного дизайна белковых кристаллов. Самоорганизующиеся структуры получали и ранее, но прежние структуры получали из двух компонентов, а не из трех, причем ранее описанные примеры самоорганизации давали случайные структуры, а не кристаллы. Введение третьего компонента позволяет добавить разнообразия в дизайн новых материалов, причем кристаллы представляют собой более регулярные объекты с более точно определяемой структурой, чем прежние примеры самоорганизации. Также ранее были получены металлоорганические каркасные структуры с пептидами, но никогда – с функциональными белками, к каким относится отвечающий за накопление в организме железа ферритин.

Как отмечает эксперт по металлоорганическим каркасным соединениям из Университета Калифорнии Омар Яги (Omar Yaghi), новый материал сочетает способности дизайна, направленной подстройки свойств и кристаллическое состояние металлоорганических каркасных структур с химическим и структурным разнообразием белков. Используя белки в качестве структурных элементов металлоорганических каркасных структур можно получить системы с предопределенным строением и свойствами, которые можно будет применять для реакций и для контроля динамически протекающих процессов.

Сеон Ху (Seong Huh) из Университета Ханкук (Южная Корея), в свое время получивший модифицированные белками металлоорганические каркасные структуры первого поколения, отмечает, что исследователи разработали уникальный подход для иммобилизации белков на неорганической матрице. Ху предполагает, что новые металлоорганические каркасы могут быть полезны для адресной доставки белковых лекарственных препаратов, биокатализа и молекулярных электронных устройств.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2015, DOI: 10.1021/jacs.5b07463

метки статьи: #биохимия, #неорганическая химия, #новые материалы, #элементоорганическая химия