Nature: 加州大學合成了新型防護材料——自適應蛋白質晶體

加州大學圣地亞哥分校的化學家合成了一種新型的“自適應蛋白質晶體”。這種材料具有一種違背我們正常認知的屬性：當我們沿一個方向對其進行拉伸時，在與拉伸方向垂直的方向上，材料非但沒有變薄，反而變得更厚。同樣的，當我們沿一個方向對其進行擠壓時，它在相垂直的方向上發生收縮而不是擴張，并且在這個過程中密度變大。

“自適應蛋白質晶體”這一“遇剛則剛”的反常屬性，使其具有很多的潛在應用。例如：用于跑鞋的鞋底，當鞋底與路面碰撞時，它會自動變厚從而具有更好的減震作用；用于防彈衣，當受到子彈射擊時，它會利用自身的自適應作用而變得更加強韌。

關于這種反常的蛋白質晶體的形成原理以及其膨脹的特性，我們借用文獻中的幾幅圖片為大家做簡單的說明。

圖文導讀

圖一：以RhuA（磷酸醛縮酶）或其二硫化物和金屬為媒介的自組裝模式

a圖為 C98-RhuA、H63 / H98-RhuA和F88 / C98-RhuA的結構示意圖（C98-RhuA、H63 / H98-RhuA和F88 / C98-RhuA為RhuA的三種不同的變異體）。圖中橙色和藍色分別代表RhuA的上半部分和下半部分，不同顏色是為了在b圖中突出強調這兩部分的相對分子取向。圖中的紅色和藍綠色分別代表半胱氨酸和組氨酸的殘留物在98和63中的插入位置。

b圖對C98-RhuA、H63 / H98-RhuA和F88 / C98-RhuA的平面分子的晶格結構進行了猜想。其中M2 +指Zn2+（鋅離子）或Cu2+（銅離子）。

圖二：RhuA的各種變體的片晶在透射電鏡下的特征

圖a為C98-RhuA；b為H63 / H98-RhuA(Zn2 +協調)；c為F88 / C98-RhuA。

圖中(i)低放大率下的視野；(ii)高倍率下的視野；(iii)將第二列經傅里葉變換后的圖像；(iv)重建后的平面晶圖像；(v)基于第四列重建后的平面晶圖像的結構模型（著色方案與圖一中的一致）。

第三列的高分辨率限制在大約14 ?。第五列中的黑色方塊代表的是單位晶胞(各個角分別在4次對稱軸線上)；晶胞常數(α=β，γ)分別為：C98-RhuA(114 ?，90°)，H63 / H98-RhuA(91 ?，90°)和F88 / C98-RhuA(115 ?，90°)。

圖三：平面C98-RhuA晶體的動態和膨脹性質

a為平面C98-RhuA 晶體的七個不同構象狀態 （圖I–VII） 的重建二維圖像；b為第二、 第五和第七種構象在高倍鏡下的視圖及其派生結構模型。

單位C98-RhuA 之間的單位晶胞及其鉸鏈角度 （α）分別以黑色和紅色突出顯示（對應圖一中的橙色和藍色）；c為在不同的懸浮/沉淀周期內，不同構象的C98-RhuA 晶體的分布狀態。n指的是每個分析面板中的點陣格子的總數； d為旋轉、 剛性塊的模型的示意圖，它反映了 C98-RhuA 的晶格動力學 （著色方案與圖 1 中的一致；為清楚起見還對所有板塊都做了編號）。Δx和 Δy表示四聚體之間的孔隙打開或關閉后其橫向和縱向的長度變化。e中，為測定 C98-RhuA 晶體的膨脹行為，對 C98-RhuA 晶體的重建透射電鏡圖像做了數字圖像分析。兩種極限構象狀態（I 和VII）晶格中的RVEs（代表性體積元）由紅色區域表示，頂點為 1至4號RVEs ，用于計算局部工程應力的向量 M，N（狀態I） 和向量m，n（狀態VII）由帶有藍綠色箭頭的線表示。晶格孔隙的邊緣——圖中紫色的線，可用來確定 RVE 頂部的位置。f為基于狀態I的晶格構象計算出的不同構象狀態的泊松比（ν）。誤差來源于數字圖像處理過程中對應選區內的像素的不確定性 。

感謝材料人編輯部小雨提供素材

原文參考鏈接：Self-assembly of coherently dynamic, auxetic, two-dimensional protein crystals