Skip to main content
Log in

Nanomaterials based on peptides

  • Published:
Polymer Science Series C Aims and scope Submit manuscript

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.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Similar content being viewed by others

References

  1. 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).

    Article  Google Scholar 

  2. T. Fukuma, A. S. Mostaert, L. C. Serpell, and S. P. Jarvis, Nanotechnology 19, 384010 (2008).

    Article  Google Scholar 

  3. E. Gazit, Prion 1, 32 (2007).

    Article  Google Scholar 

  4. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  5. S. Sharpe, K. Simonetti, J. Yau, and P. Walsh, Biomacromolecules 12, 1546 (2011).

    Article  CAS  Google Scholar 

  6. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  7. 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).

    Article  Google Scholar 

  8. U. L. Lao, M. Sun, M. Matsumoto, A. Mulchandani, and W. Chen, Biomacromolecules 8, 3736 (2007).

    Article  CAS  Google Scholar 

  9. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  10. 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).

    Article  Google Scholar 

  11. S. Zhang, T. Holmes, C. Lockshin, and A. Rich, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 90, 3334 (1993).

    Article  CAS  Google Scholar 

  12. A. Pandit, N. Fay, L. Bordes, C. Valery, R. CherifCheikh, B. Robert, F. Artzner, and M. Paternostre, J. Pept. Sci. 14, 66 (2008).

    Article  CAS  Google Scholar 

  13. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  14. 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).

    Article  Google Scholar 

  15. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  16. A. M. Smith, E. F. Banwell, W. R. Edwards, M. J. Pandya, and D. N. Woolfson, Adv. Funct. Mater. 16, 1022 (2006).

    Article  CAS  Google Scholar 

  17. M. J. Pandya, G. M. Spooner, M. Sunde, J. R. Thorpe, A. Rodger, and D. N. Woolfson, Biochemistry 39, 8728 (2000).

    Article  CAS  Google Scholar 

  18. N. Sal-Man, D. Gerber, and Y. Shai, J. Biol. Chem. 280, 27449 (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  19. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  20. K. L. Lazar, H. Miller-Auer, G. S. Getz, J. Orgel, and S. C. Meredith, Biochemistry 44, 12681 (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  21. T. Xu and J. Shu, Soft Matter 6, 212 (2010).

    Article  CAS  Google Scholar 

  22. M. G. Ryadnov and D. N. Woolfson, Nature Mater. 2, 329 (2003).

    Article  CAS  Google Scholar 

  23. M. G. Ryadnov and D. N. Woolfson, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 42, 3021 (2003).

    Article  CAS  Google Scholar 

  24. M. G. Ryadnov and D. N. Woolfson, J. Am. Chem. Soc. 126, 7454 (2004).

    Article  CAS  Google Scholar 

  25. A. Nagai, Y. Nagai, H. Ou, and S. Zhang, J. Nanosci. Nanotechnol. 7, 2246 (2007).

    Article  CAS  Google Scholar 

  26. J. D. Hartgerink, E. Beniash, and S. I. Stupp, Science (Washington, D. C.) 294, 1684 (2001).

    Article  CAS  Google Scholar 

  27. S. Vauthey, S. Santoso, H. Gong, N. Watson, and S. Zhang, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99, 5355 (2002).

    Article  CAS  Google Scholar 

  28. S. Cavalli, F. Albericio, and A. Kros, Chem. Soc. Rev. 39, 241 (2010).

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. M. R. Ghadiri, J. R. Granja, R. A. Milligan, D. E. McRee, and N. Khazanovich, Nature (London) 366, 324 (1993).

    Article  CAS  Google Scholar 

  30. J. D. Hartgerink, J. R. Granja, R. A. Milligan, and M. R. Ghadiri, J. Am. Chem. Soc. 118, 43 (1996).

    Article  CAS  Google Scholar 

  31. H. S. Kim, J. D. Hartgerink, and M. R. Ghadiri, J. Am. Chem. Soc. 120, 4417 (1998).

    Article  CAS  Google Scholar 

  32. K. Rosental-Aizman, G. Svensson, and A. Unden, J. Am. Chem. Soc. 126, 3372 (2004).

    Article  Google Scholar 

  33. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  34. L. Motiei, S. Rahimipour, D. A. Thayer, C.-H. Wong, and M. R. Ghadiri, Chem. Commun. 7, 3693 (2009).

    Article  Google Scholar 

  35. C. H. Gorbitz, Chem.-Eur. J. 13, 1022 (2007).

    Article  Google Scholar 

  36. P. Tamamis, L. Adler-Abramovich, M. Reches, K. Marshall, and P. Sikirski, Biophys. J. 96, 5020 (2009).

    Article  CAS  Google Scholar 

  37. U. S. Raghavender, S. Aravinda, N. Shamala, and P. Balaram, J. Am. Chem. Soc. 132, 1075 (2010).

    Article  CAS  Google Scholar 

  38. 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).

    Google Scholar 

  39. F. W. Kotch and R. T. Raines, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 103, 3028 (2006).

    Article  CAS  Google Scholar 

  40. R. Martin, L. Waldmann, and D. L. Kaplan, Biopolymers 70, 435 (2003).

    Article  CAS  Google Scholar 

  41. T. Koide, Philos. Trans. R. Soc. London B 362, 1281 (2007).

    Article  CAS  Google Scholar 

  42. T. Kishimoto, Y. Morihara, M. Osanai, S. Ogata, M. Kamitakahara, C. Ohtsuki, and M. Tanihara, Biopolymers 79, 163 (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  43. H. Rapaport, K. Kjaer, T. R. Jensen, L. Leiserowitz, and D. A. Tirrell, J. Am. Chem. Soc. 122, 12523 (2000).

    Article  CAS  Google Scholar 

  44. H. Yokoi, T. Kinoshita, and S. Zhang, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 8414 (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  45. A. Mahler, M. Rechter, S. Cohen, M. Reches, and E. Gazit, Adv. Mater. (Weinheim, Fed. Repub. Ger.) 18, 1365 (2006).

    Article  CAS  Google Scholar 

  46. C. Veerman, K. Rajagopal, C. S. Palla, D. J. Pochan, J. P. Schneider, and E. M. Furst, Macromolecules 39, 6608 (2006).

    Article  CAS  Google Scholar 

  47. K. Trabbic-Carlson, L. A. Setton, and A. Chikotti, Biomacromolecules 4, 572 (2003).

    Article  CAS  Google Scholar 

  48. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  49. J. Shi, Y. Gao, Z. Yang, and B. Xu, Beilstein J. Org. Chem. 7, 167 (2011).

    Article  CAS  Google Scholar 

  50. R. Orbach, L. Adler-Abramovich, S. Zigerson, I. Mironi-Harpaz, D. Seliktar, and E. Gasit, Biomacromolecules 10, 2646 (2009).

    Article  CAS  Google Scholar 

  51. D. M. Ryan, T. M. Doran, S. B. Anderson, and B. L. Nilsson, Langmuir 27, 4029 (2011).

    Article  CAS  Google Scholar 

  52. M. Reches and E. Gazit, Phys. Biol. 3, 10 (2006).

    Article  Google Scholar 

  53. Y. Zhao, H. Yokoi, M. Tanaka, T. Kinoshita, and T. W. Tan, Biomacromolecules 9, 1511 (2008).

    Article  CAS  Google Scholar 

  54. T. Kajino, H. Takahashi, M. Hirai, and Y. Yamada, Appl. Environ. Microbiol. 66, 304 (2000).

    Article  CAS  Google Scholar 

  55. E. Yu. Kramarenko, O. E. Filippova, and A. R. Khokhlov, Polymer Science, Ser. C 48, 1 (2006) [Vysokomol. Soedin., Ser. C 48, 1216 (2006)].

    Article  Google Scholar 

  56. O. E. Filippova, Polymer Science, Ser. C 42, 208 (2000) [Vysokomol. Soedin., Ser. C 42, 2328 (2000)].

    Google Scholar 

  57. S. Dublin, Y. Zimenkov, and V. P. Conticello, Biochem. Soc. Trans. 37, 653 (2009).

    Article  CAS  Google Scholar 

  58. A. Aggeli, M. Bell, N. Boden, L. M. Carrick, and A. E. Strong, Angew. Chem. 42, 5603 (2003).

    Article  CAS  Google Scholar 

  59. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  60. M. Altman, P. Lee, A. Rich, and S. G. Zhang, Protein Sci. 9, 1095 (2000).

    Article  CAS  Google Scholar 

  61. A. F. Dexter, A. S. Malcolm, and A. P. Middelberg, Nature Mater. 5, 502 (2006).

    Article  CAS  Google Scholar 

  62. 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).

    Google Scholar 

  63. D. W. Urry, J. Phys. Chem. B 101, 11007 (1995).

    Article  Google Scholar 

  64. D. E. Meyer, K. Trabbic-Carlson, and A. Chilkoti, Biotechnol. Prog. 17, 720 (2001).

    Article  CAS  Google Scholar 

  65. D. E. Meyer, G. A. Kong, M. W. Dewhirst, M. R. Zalutsky, and A. Chilkoti, Cancer Res. 61, 1548 (2001).

    CAS  Google Scholar 

  66. B. Adhikari, G. Palui, and A. Banerjee, Soft Matter 5, 3452 (2009).

    Article  CAS  Google Scholar 

  67. Z. M. Yang, M. L. Ma, and B. Xu, Soft Matter 5, 2546 (2009).

    CAS  Google Scholar 

  68. A. K. Das, R. Collins, and R. V. Ulijn, Small 4, 279 (2008).

    Article  CAS  Google Scholar 

  69. S. Toledano, R. J. Williams, V. Jayawarna, and J. Ulijn, J. Am. Chem. Soc. 128, 1070 (2006).

    Article  CAS  Google Scholar 

  70. L. A. Haines, K. Rajagopal, B. Ozbas, D. A. Salick, D. J. Pochan, and J. P. Schneider, J. Am. Chem. Soc. 127, 17025 (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  71. F. C. Zhang, F. Zhang, H. N. Su, H. Li, Y. Zhang, and J. Hu, ACS Nano 4, 5791 (2010).

    Article  CAS  Google Scholar 

  72. 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).

    Article  CAS  Google Scholar 

  73. R. R. Naik, S. J. Stringer, G. Agarwal, S. E. Jones, and M. O. Stone, Nature Mater. 1, 169 (2002).

    Article  CAS  Google Scholar 

  74. L. M. Forbes, A. P. Goodwin, and J. N. Cha, Chem. Mater. 22, 6524 (2010).

    Article  CAS  Google Scholar 

  75. S.-Y. Lee, X. Gao, and H. Matsui, J. Am. Chem. Soc. 129, 2954 (2007).

    Article  CAS  Google Scholar 

  76. R. Djalali, Y.-F. Chen, and H. Matsui, J. Am. Chem. Soc. 124, 13660 (2002).

    Article  CAS  Google Scholar 

  77. O. Carny, D. E. Shalev, and E. Gazit, Nano Lett. 6, 1594 (2006).

    Article  CAS  Google Scholar 

  78. Y. Zhou, M. Kogiso, C. He, Y. Shimizu, N. Koshizaki, and T. Shimizu, Adv. Mater. (Weinheim, Fed. Repub. Ger.) 19, 1055 (2007).

    Article  CAS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to E. V. Rodina.

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

Reprints 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

Download citation

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1134/S1811238212050025

Keywords

Navigation