晶体学揭示了金颗粒的纳米笼

东京工业大学的科学家们利用高分辨率晶体学揭示了蛋白质辅助合成金纳米粒子的机制，为设计适合生物医学应用的纳米材料提供了平台。

在生物体中，游离的金属离子通过称为生物矿化的反应被储存并通过蛋白质组装成高度有序的结构如蛋白质笼子。这种复杂的生物策略引起了生物技术专家的注意，他们推测天然离子储存蛋白笼可用于生长具有所需特性的金属纳米粒子。

金纳米粒子(AuNPs)因其在催化，生物成像，药物递送和治疗方面的优异功能而闻名;因此，具有可控尺寸和形状的AuP的合成对于它们在纳米医学中的应用非常重要。在蛋白质支架中，AuNP通过包括Au沉积和聚集成小纳米团簇的顺序过程形成，所述小纳米团簇充当AuNP生长的成核中心。然而，在蛋白质环境中形成Au纳米团簇的动力学机制仍然不清楚。

为了揭示蛋白质纳米笼中AuNP生长背后的分子过程，由Takafumi Ueno领导的东京工业大学的一组生物分子工程师使用高分辨率晶体学并分析了铁蛋白中Au纳米团簇的形成。由几乎所有生物体产生的通用细胞内铁储存蛋白铁蛋白形成具有两个特定金属结合位点的自组装24亚基纳米笼：3倍轴通道和积累中心。

由于Au离子对硫具有高亲和力，科学家们通过引入额外的含硫半胱氨酸残基来改善积聚中心，以增强对蛋白质笼的Au吸收。然后，他们通过在戊二醛中交联来增强含Au铁蛋白晶体(图)，以保持其晶格结构。这些修饰使得能够减少晶体中的Au离子并通过高分辨率晶体学确定铁蛋白笼内Au离子的结合位置。

在下一步骤中，使用还原剂(NaBH 4)将固定的Au离子还原成Au(0)原子。因此，科学家们可以观察到，还原的Au凝聚成3个对称通道和金属聚集中心形成的纳米团簇(图)，这是由于Au的逐渐运动和周围氨基酸的构象变化。

Ueno教授和他的同事们获得的结果揭示了Au纳米团簇形成背后的机制，Au纳米团簇被认为是独特蛋白质环境中随后AuNP生长的成核中心，为生物分子支架中生物矿化和纳米粒子合成的未来研究提供了平台。

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