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浴枪林弹雨而重生!—新型防护材料"自适应蛋白质晶体"
发布:lee_9124   时间:2016/5/27 13:22:10   阅读:710 
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加州大学圣地亚哥分校的化学家合成了一种新型的"自适应蛋白质晶体".这种材料具有一种违背我们正常认知的属性:当我们沿一个方向对其进行拉伸时,在与拉伸方向垂直的方向上,材料非但没有变薄,反而变得更厚。同样的,当我们沿一个方向对其进行挤压时,它在相垂直的方向上发生收缩而不是扩张,并且在这个过程中密度变大。

"自适应蛋白质晶体"这一"遇刚则刚"的反常属性,使其具有很多的潜在应用。例如:用于跑鞋的鞋底,当鞋底与路面碰撞时,它会自动变厚从而具有更好的减震作用;用于防弹衣,当受到子弹射击时,它会利用自身的自适应作用而变得更加强韧。

关于这种反常的蛋白质晶体的形成原理以及其膨胀的特性,我们借用文献中的几幅图片为大家做简单的说明。

图文导读

图一:以RhuA(磷酸醛缩酶)或其二硫化物和金属为媒介的自组装模式
 

a图为 C98-RhuA、H63 / H98-RhuA和F88 / C98-RhuA的结构示意图(C98-RhuA、H63 / H98-RhuA和F88 / C98-RhuA为RhuA的三种不同的变异体)。图中橙色和蓝色分别代表RhuA的上半部分和下半部分,不同颜色是为了在b图中突出强调这两部分的相对分子取向。图中的红色和蓝绿色分别代表半胱氨酸和组氨酸的残留物在98和63中的插入位置。

b图对C98-RhuA、H63 / H98-RhuA和F88 / C98-RhuA的平面分子的晶格结构进行了猜想。其中M2 +指Zn2+(锌离子)或Cu2+(铜离子)。

图二:RhuA的各种变体的片晶在透射电镜下的特征
 

图a为C98-RhuA;b为H63 / H98-RhuA(Zn2 +协调);c为F88 / C98-RhuA.

图中(i)低放大率下的视野;(ii)高倍率下的视野;(iii)将第二列经傅里叶变换后的图像;(iv)重建后的平面晶图像;(v)基于第四列重建后的平面晶图像的结构模型(着色方案与图一中的一致)。

第三列的高分辨率限制在大约14 ?.第五列中的黑色方块代表的是单位晶胞(各个角分别在4次对称轴线上);晶胞常数(α=β,γ)分别为:C98-RhuA(114 ?,90°),H63 / H98-RhuA(91 ?,90°)和F88 / C98-RhuA(115 ?,90°)。

图三:平面C98-RhuA晶体的动态和膨胀性质
 

a为平面C98-RhuA 晶体的七个不同构象状态 (图I–VII) 的重建二维图像;b为第二、 第五和第七种构象在高倍镜下的视图及其派生结构模型。

单位C98-RhuA 之间的单位晶胞及其铰链角度 (α)分别以黑色和红色突出显示(对应图一中的橙色和蓝色);c为在不同的悬浮/沉淀周期内,不同构象的C98-RhuA 晶体的分布状态。n指的是每个分析面板中的点阵格子的总数; d为旋转、 刚性块的模型的示意图,它反映了 C98-RhuA 的晶格动力学 (着色方案与图 1 中的一致;为清楚起见还对所有板块都做了编号)。Δx和 Δy表示四聚体之间的孔隙打开或关闭后其横向和纵向的长度变化。e中,为测定 C98-RhuA 晶体的膨胀行为,对 C98-RhuA 晶体的重建透射电镜图像做了数字图像分析。两种极限构象状态(I 和VII)晶格中的RVEs(代表性体积元)由红色区域表示,顶点为 1至4号RVEs ,用于计算局部工程应力的向量 M,N(状态I) 和向量m,n(状态VII)由带有蓝绿色箭头的线表示。晶格孔隙的边缘--图中紫色的线,可用来确定 RVE 顶部的位置。f为基于状态I的晶格构象计算出的不同构象状态的泊松比(ν)。误差来源于数字图像处理过程中对应选区内的像素的不确定性。


来源:材料牛
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