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Proteinaceous Nanoshells with Quasicrystalline Local Order
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2024-08-05 , DOI: 10.1103/physrevx.14.031019 Sergei B. Rochal 1 , Aleksey S. Roshal 1 , Olga V. Konevtsova 1 , Rudolf Podgornik 2, 3, 4
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2024-08-05 , DOI: 10.1103/physrevx.14.031019 Sergei B. Rochal 1 , Aleksey S. Roshal 1 , Olga V. Konevtsova 1 , Rudolf Podgornik 2, 3, 4
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Among various proteinaceous nanocontainers and nanoparticles, the most promising ones for various applications in nano- and medical science appear to be those whose structures differ fundamentally from icosahedral viral capsids described by the paradigmatic Caspar-Klug model. By analyzing such anomalous assemblies represented in the Protein Data Bank, we identify a series of shells with square-triangular local order and find that most of them originate from short-period approximants of a dodecagonal tiling consisting of square and triangular tiles. Examining the nonequilibrium assembly of such packings, we propose a new method for obtaining periodic square-triangle approximants and then construct the simplest models of tetragonal, octahedral, and icosahedral shells based on cubic and icosahedral nets cut from the approximant structures. Since gluing the nets can change the distances between adjacent vertices of the resulting shell, we introduce an effective energy, the minimization of which equalizes these distances. While the obtained spherical polyhedra reproduce the structures of experimentally observed protein shells and nanoparticles, the principles of protein organization that we lay out, and the ensuing structural models, can help to discover and investigate similar systems in the future. Published by the American Physical Society 2024
中文翻译:
具有准晶局部顺序的蛋白质纳米壳
在各种蛋白质纳米容器和纳米颗粒中,在纳米和医学科学中各种应用中最有前途的似乎是那些其结构与范式 Caspar-Klug 模型描述的二十面体病毒衣壳根本不同的容器和纳米颗粒。通过分析蛋白质数据库中表示的这种异常组装,我们确定了一系列具有方三角局部顺序的壳,并发现它们中的大多数来自由方形和三角形瓦片组成的十二边形平铺的短周期近似值。通过检查这种堆积的非平衡组装,我们提出了一种获得周期性方三角形近似的新方法,然后基于从近似结构中切割的立方和二十面体网络构建最简单的四方、八面体和二十面体壳模型。由于粘合网络可以改变所得壳的相邻顶点之间的距离,因此我们引入了一种有效能量,其最小化使这些距离相等。虽然获得的球形多面体再现了实验观察到的蛋白质壳和纳米颗粒的结构,但我们提出的蛋白质组织原理以及随后的结构模型可以帮助将来发现和研究类似的系统。 美国物理学会 2024 年出版
更新日期:2024-08-05
中文翻译:
具有准晶局部顺序的蛋白质纳米壳
在各种蛋白质纳米容器和纳米颗粒中,在纳米和医学科学中各种应用中最有前途的似乎是那些其结构与范式 Caspar-Klug 模型描述的二十面体病毒衣壳根本不同的容器和纳米颗粒。通过分析蛋白质数据库中表示的这种异常组装,我们确定了一系列具有方三角局部顺序的壳,并发现它们中的大多数来自由方形和三角形瓦片组成的十二边形平铺的短周期近似值。通过检查这种堆积的非平衡组装,我们提出了一种获得周期性方三角形近似的新方法,然后基于从近似结构中切割的立方和二十面体网络构建最简单的四方、八面体和二十面体壳模型。由于粘合网络可以改变所得壳的相邻顶点之间的距离,因此我们引入了一种有效能量,其最小化使这些距离相等。虽然获得的球形多面体再现了实验观察到的蛋白质壳和纳米颗粒的结构,但我们提出的蛋白质组织原理以及随后的结构模型可以帮助将来发现和研究类似的系统。 美国物理学会 2024 年出版