Abstract
Owing to the assortment of functional groups, peptides are capable of self-assembly and formation of regularly patterned supramolecular complexes. Peptide-based nanomaterials offer promise for medicine, engineering, and bioimaging. The present review surveys the structure and characteristics of filaments formed by peptides of various secondary structures and their further assembly into 2D and 3D nanomaterials. Possible application areas of self-assembling peptide systems, including the synthesis of inorganic nanomaterials, are considered.
Similar content being viewed by others
References
M. R. Sawaya, S. Sambashivan, R. Nelson, M. I. Ivanova, S. A. Sievers, M. I. Apostol, M. J. Thompson, M. Balbirnie, J. J. Wiltzius, H. T. McFarlane, A. Madsen, C. Riekel, and D. Eisenberg, Nature (London) 47, 453 (2007).
T. Fukuma, A. S. Mostaert, L. C. Serpell, and S. P. Jarvis, Nanotechnology 19, 384010 (2008).
E. Gazit, Prion 1, 32 (2007).
A. Aggeli, I. A. Nyrkova, M. Bell, R. Harding, L. Carrick, T. C. McLeish, A. N. Semenov, and N. Boden, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98, 11857 (2001).
S. Sharpe, K. Simonetti, J. Yau, and P. Walsh, Biomacromolecules 12, 1546 (2011).
A. K. Mehta, K. Lu, W. S. Childers, Y. Liang, S. N. Dublin, J. Dong, J. P. Snyder, S. V. Pingali, P. Thiyagarajan, and D. G. Lynn, J. Am. Chem. Soc. 130, 9829 (2008).
L. L. Del Mercato, P. P. Pompa, G. Maruccio, A. Della Torre, S. Sabella, A. M. Tamburro, R. Cingolani, and R. Rinaldi, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 18019 (2007).
U. L. Lao, M. Sun, M. Matsumoto, A. Mulchandani, and W. Chen, Biomacromolecules 8, 3736 (2007).
A. Aggeli, M. Bell, N. Boden, J. N. Keen, P. F. Knowles, T. C. B. McLeish, M. Pitkeathly, and S. E. Radford, Nature (London) 386, 259 (1997).
V. Dinka, E. Kasotakis, J. Catherine, A. Mourka, A. Ranella, A. Ovsianikov, B. N. Chichkov, M. Farsari, A. Mitraki, and C. Fotakis, Nano Lett. 8, 538 (2008).
S. Zhang, T. Holmes, C. Lockshin, and A. Rich, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 90, 3334 (1993).
A. Pandit, N. Fay, L. Bordes, C. Valery, R. CherifCheikh, B. Robert, F. Artzner, and M. Paternostre, J. Pept. Sci. 14, 66 (2008).
M. O. Steinmetz, I. Jelezarov, W. M. Matousek, S. Honnappa, W. Jahnke, J. H. Missimer, S. Frank, A. T. Alexandrescu, and R. A. Kammerer, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 7062 (2007).
K. Kuhnel, T. Jarchau, E. Wolf, I. Schlichting, U. Walter, A. Wittinghofer, and S. V. Strelkov, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 101, 17027 (2004).
D. Papapostolou, A. M. Smith, E. D. T. Atkins, S. J. Oliver, M. G. Ryadnov, L. C. Serpell, and D. N. Woolfson, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 10853 (2007).
A. M. Smith, E. F. Banwell, W. R. Edwards, M. J. Pandya, and D. N. Woolfson, Adv. Funct. Mater. 16, 1022 (2006).
M. J. Pandya, G. M. Spooner, M. Sunde, J. R. Thorpe, A. Rodger, and D. N. Woolfson, Biochemistry 39, 8728 (2000).
N. Sal-Man, D. Gerber, and Y. Shai, J. Biol. Chem. 280, 27449 (2005).
D. E. Wagner, C. L. Phillips, W. M. Ali, G. E. Nybakken, E. D. Crawford, A. D. Schwab, W. F. Smith, and R. Fairman, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 12656 (2005).
K. L. Lazar, H. Miller-Auer, G. S. Getz, J. Orgel, and S. C. Meredith, Biochemistry 44, 12681 (2005).
T. Xu and J. Shu, Soft Matter 6, 212 (2010).
M. G. Ryadnov and D. N. Woolfson, Nature Mater. 2, 329 (2003).
M. G. Ryadnov and D. N. Woolfson, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 42, 3021 (2003).
M. G. Ryadnov and D. N. Woolfson, J. Am. Chem. Soc. 126, 7454 (2004).
A. Nagai, Y. Nagai, H. Ou, and S. Zhang, J. Nanosci. Nanotechnol. 7, 2246 (2007).
J. D. Hartgerink, E. Beniash, and S. I. Stupp, Science (Washington, D. C.) 294, 1684 (2001).
S. Vauthey, S. Santoso, H. Gong, N. Watson, and S. Zhang, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99, 5355 (2002).
S. Cavalli, F. Albericio, and A. Kros, Chem. Soc. Rev. 39, 241 (2010).
M. R. Ghadiri, J. R. Granja, R. A. Milligan, D. E. McRee, and N. Khazanovich, Nature (London) 366, 324 (1993).
J. D. Hartgerink, J. R. Granja, R. A. Milligan, and M. R. Ghadiri, J. Am. Chem. Soc. 118, 43 (1996).
H. S. Kim, J. D. Hartgerink, and M. R. Ghadiri, J. Am. Chem. Soc. 120, 4417 (1998).
K. Rosental-Aizman, G. Svensson, and A. Unden, J. Am. Chem. Soc. 126, 3372 (2004).
V. Dartois, J. Sanchez-Quesada, E. Cabezas, E. Chi, C. Dubbelde, C. Dunn, J. Granja, C. Gritzen, D. Weinberger, M. R. Ghadiri, and T. R. Parr, Antimicrob. Agents Chemother. 49, 3302 (2005).
L. Motiei, S. Rahimipour, D. A. Thayer, C.-H. Wong, and M. R. Ghadiri, Chem. Commun. 7, 3693 (2009).
C. H. Gorbitz, Chem.-Eur. J. 13, 1022 (2007).
P. Tamamis, L. Adler-Abramovich, M. Reches, K. Marshall, and P. Sikirski, Biophys. J. 96, 5020 (2009).
U. S. Raghavender, S. Aravinda, N. Shamala, and P. Balaram, J. Am. Chem. Soc. 132, 1075 (2010).
M. A. Cejas, W. A. Kinney, C. Chen, J. Vinter, Jr., H. R. Almond, K. M. Balss, C. A. Maryanoff, U. Schmidt, M. Breslav, A. Mahan, E. Lacy, and B. E. Maryanoff, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105, 8513 (2008).
F. W. Kotch and R. T. Raines, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 103, 3028 (2006).
R. Martin, L. Waldmann, and D. L. Kaplan, Biopolymers 70, 435 (2003).
T. Koide, Philos. Trans. R. Soc. London B 362, 1281 (2007).
T. Kishimoto, Y. Morihara, M. Osanai, S. Ogata, M. Kamitakahara, C. Ohtsuki, and M. Tanihara, Biopolymers 79, 163 (2005).
H. Rapaport, K. Kjaer, T. R. Jensen, L. Leiserowitz, and D. A. Tirrell, J. Am. Chem. Soc. 122, 12523 (2000).
H. Yokoi, T. Kinoshita, and S. Zhang, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 8414 (2005).
A. Mahler, M. Rechter, S. Cohen, M. Reches, and E. Gazit, Adv. Mater. (Weinheim, Fed. Repub. Ger.) 18, 1365 (2006).
C. Veerman, K. Rajagopal, C. S. Palla, D. J. Pochan, J. P. Schneider, and E. M. Furst, Macromolecules 39, 6608 (2006).
K. Trabbic-Carlson, L. A. Setton, and A. Chikotti, Biomacromolecules 4, 572 (2003).
M. Zhou, A. M. Smith, A. K. Das, N. W. Hodson, R. F. Collins, R. V. Ulijn, and J. E. Gough, Biomaterials 30, 2523 (2009).
J. Shi, Y. Gao, Z. Yang, and B. Xu, Beilstein J. Org. Chem. 7, 167 (2011).
R. Orbach, L. Adler-Abramovich, S. Zigerson, I. Mironi-Harpaz, D. Seliktar, and E. Gasit, Biomacromolecules 10, 2646 (2009).
D. M. Ryan, T. M. Doran, S. B. Anderson, and B. L. Nilsson, Langmuir 27, 4029 (2011).
M. Reches and E. Gazit, Phys. Biol. 3, 10 (2006).
Y. Zhao, H. Yokoi, M. Tanaka, T. Kinoshita, and T. W. Tan, Biomacromolecules 9, 1511 (2008).
T. Kajino, H. Takahashi, M. Hirai, and Y. Yamada, Appl. Environ. Microbiol. 66, 304 (2000).
E. Yu. Kramarenko, O. E. Filippova, and A. R. Khokhlov, Polymer Science, Ser. C 48, 1 (2006) [Vysokomol. Soedin., Ser. C 48, 1216 (2006)].
O. E. Filippova, Polymer Science, Ser. C 42, 208 (2000) [Vysokomol. Soedin., Ser. C 42, 2328 (2000)].
S. Dublin, Y. Zimenkov, and V. P. Conticello, Biochem. Soc. Trans. 37, 653 (2009).
A. Aggeli, M. Bell, N. Boden, L. M. Carrick, and A. E. Strong, Angew. Chem. 42, 5603 (2003).
Y. Zimenkov, S. N. Dublin, R. Ni, R. S. Tu, V. Breedveld, R. P. Apkarian, and V. P. Conticello, J. Am. Chem. Soc. 128, 6770 (2006).
M. Altman, P. Lee, A. Rich, and S. G. Zhang, Protein Sci. 9, 1095 (2000).
A. F. Dexter, A. S. Malcolm, and A. P. Middelberg, Nature Mater. 5, 502 (2006).
T. D. Martins, M. I. De Souza, B. B. Cunha, P.M. Takahashi, F. F. Ferreira, J. A. Souza, E. E. Fileti, and W. A. Alves, J. Phys. Chem. 115, 7906 (2009).
D. W. Urry, J. Phys. Chem. B 101, 11007 (1995).
D. E. Meyer, K. Trabbic-Carlson, and A. Chilkoti, Biotechnol. Prog. 17, 720 (2001).
D. E. Meyer, G. A. Kong, M. W. Dewhirst, M. R. Zalutsky, and A. Chilkoti, Cancer Res. 61, 1548 (2001).
B. Adhikari, G. Palui, and A. Banerjee, Soft Matter 5, 3452 (2009).
Z. M. Yang, M. L. Ma, and B. Xu, Soft Matter 5, 2546 (2009).
A. K. Das, R. Collins, and R. V. Ulijn, Small 4, 279 (2008).
S. Toledano, R. J. Williams, V. Jayawarna, and J. Ulijn, J. Am. Chem. Soc. 128, 1070 (2006).
L. A. Haines, K. Rajagopal, B. Ozbas, D. A. Salick, D. J. Pochan, and J. P. Schneider, J. Am. Chem. Soc. 127, 17025 (2005).
F. C. Zhang, F. Zhang, H. N. Su, H. Li, Y. Zhang, and J. Hu, ACS Nano 4, 5791 (2010).
M. Umetsu, M. Mizuta, K. Tsumoto, S. Ohara, S. Takami, H. Watanabe, I. Kumagai, and T. Adschiri, Adv. Mater. (Weinheim, Fed. Repub. Ger.) 17, 2571 (2005).
R. R. Naik, S. J. Stringer, G. Agarwal, S. E. Jones, and M. O. Stone, Nature Mater. 1, 169 (2002).
L. M. Forbes, A. P. Goodwin, and J. N. Cha, Chem. Mater. 22, 6524 (2010).
S.-Y. Lee, X. Gao, and H. Matsui, J. Am. Chem. Soc. 129, 2954 (2007).
R. Djalali, Y.-F. Chen, and H. Matsui, J. Am. Chem. Soc. 124, 13660 (2002).
O. Carny, D. E. Shalev, and E. Gazit, Nano Lett. 6, 1594 (2006).
Y. Zhou, M. Kogiso, C. He, Y. Shimizu, N. Koshizaki, and T. Shimizu, Adv. Mater. (Weinheim, Fed. Repub. Ger.) 19, 1055 (2007).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
Original Russian Text © E.V. Rodina, 2012, published in Vysokomolekulyarnye Soedineniya, Ser. C, 2012, Vol. 54, No. 7, pp. 1056–1064.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Rodina, E.V. Nanomaterials based on peptides. Polym. Sci. Ser. C 54, 88–95 (2012). https://doi.org/10.1134/S1811238212050025
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1134/S1811238212050025