Nature: 加州大学合成了新型防护材料——自适应蛋白质晶体

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 Å。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 Å，90°)，H63 / H98-RhuA(91 Å，90°)和F88 / C98-RhuA(115 Å，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 。

感谢材料人编辑部小雨提供素材

原文参考链接：Self-assembly of coherently dynamic, auxetic, two-dimensional protein crystals