A versatile synthetic protocol is reported that allows high concentrations of functionally active membrane proteins to be incorporated in mesostructured silica materials. Judicious selections of solvent, surfactant, silica precursor species, and synthesis conditions enable membrane proteins to be stabilized in solution and during subsequent coassembly into silica-surfactant composites with nano- and mesoscale order. This was demonstrated by using a combination of nonionic ( n-dodecyl-β-d-maltoside or Pluronic P123), lipid-like (1,2-diheptanoyl- s n-glycero-3-phosphocholine), and perfluoro-octanoate surfactants under mild acidic conditions to coassemble the light-responsive transmembrane protein proteorhodopsin at concentrations up to 15 wt % into the hydrophobic regions of worm-like mesostructured silica materials in films. Small-angle X-ray scattering, electron paramagnetic resonance spectroscopy, and transient UV-visible spectroscopy analyses established that proteorhodopsin molecules in mesostructured silica films exhibited native-like function, as well as enhanced thermal stability compared to surfactant or lipid environments. The light absorbance properties and light-activated conformational changes of proteorhodopsin guests in mesostructured silica films are consistent with those associated with the native H+-pumping mechanism of these biomolecules. The synthetic protocol is expected to be general, as demonstrated also for the incorporation of functionally active cytochrome c, a peripheral membrane protein enzyme involved in electron transport, into mesostructured silica-cationic surfactant films.

中文翻译：

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掺入介孔结构二氧化硅膜中的功能活性膜蛋白

据报道，一种多功能合成方案允许将高浓度的功能活性膜蛋白纳入介孔结构二氧化硅材料中。溶剂、表面活性剂、二氧化硅前体种类和合成条件的明智选择使膜蛋白能够在溶液中稳定，并在随后共组装成具有纳米级和中级顺序的二氧化硅-表面活性剂复合材料。这通过使用非离子型（正十二烷基-β-d-麦芽糖苷或 Pluronic P123）、类脂（1,2-二庚酰基-s n-甘油-3-磷酸胆碱）和全​​氟辛酸酯表面活性剂的组合来证明在温和的酸性条件下，将浓度高达 15 wt% 的光响应性跨膜蛋白原视紫红质共组装到薄膜中蠕虫状介孔结构二氧化硅材料的疏水区域中。小角度 X 射线散射、电子顺磁共振光谱和瞬态紫外-可见光谱分析表明，与表面活性剂或脂质环境相比，介孔结构二氧化硅膜中的原视紫红质分子表现出类似天然的功能，以及增强的热稳定性。介观结构二氧化硅膜中视紫红质客体的光吸收特性和光激活构象变化与这些生物分子的天然 H+ 泵浦机制相关。预计合成方案是通用的，正如将功能活性细胞色素 c（一种参与电子传输的外周膜蛋白酶）结合到介孔结构的二氧化硅 - 阳离子表面活性剂薄膜中所证明的那样。和瞬态紫外-可见光谱分析表明，与表面活性剂或脂质环境相比，介观结构二氧化硅膜中的原视紫红质分子表现出类似天然的功能，以及增强的热稳定性。介观结构二氧化硅膜中视紫红质客体的光吸收特性和光激活构象变化与这些生物分子的天然 H+ 泵浦机制相关。预计合成方案是通用的，正如将功能活性细胞色素 c（一种参与电子传输的外周膜蛋白酶）结合到介孔结构的二氧化硅 - 阳离子表面活性剂薄膜中所证明的那样。和瞬态紫外-可见光谱分析表明，与表面活性剂或脂质环境相比，介观结构二氧化硅膜中的原视紫红质分子表现出类似天然的功能，以及增强的热稳定性。介观结构二氧化硅膜中视紫红质客体的光吸收特性和光激活构象变化与这些生物分子的天然 H+ 泵浦机制相关。预计合成方案是通用的，正如将功能活性细胞色素 c（一种参与电子传输的外周膜蛋白酶）结合到介孔结构的二氧化硅 - 阳离子表面活性剂薄膜中所证明的那样。以及与表面活性剂或脂质环境相比增强的热稳定性。介观结构二氧化硅膜中视紫红质客体的光吸收特性和光激活构象变化与这些生物分子的天然 H+ 泵浦机制相关。预计合成方案是通用的，正如将功能活性细胞色素 c（一种参与电子传输的外周膜蛋白酶）结合到介孔结构的二氧化硅 - 阳离子表面活性剂薄膜中所证明的那样。以及与表面活性剂或脂质环境相比增强的热稳定性。介观结构二氧化硅膜中视紫红质客体的光吸收特性和光激活构象变化与这些生物分子的天然 H+ 泵浦机制相关。预计合成方案是通用的，正如将功能活性细胞色素 c（一种参与电子传输的外周膜蛋白酶）结合到介孔结构的二氧化硅 - 阳离子表面活性剂薄膜中所证明的那样。介观结构二氧化硅膜中视紫红质客体的光吸收特性和光激活构象变化与这些生物分子的天然 H+ 泵浦机制相关。预计合成方案是通用的，正如将功能活性细胞色素 c（一种参与电子传输的外周膜蛋白酶）结合到介孔结构的二氧化硅 - 阳离子表面活性剂薄膜中所证明的那样。介观结构二氧化硅膜中视紫红质客体的光吸收特性和光激活构象变化与这些生物分子的天然 H+ 泵浦机制相关。预计合成方案是通用的，正如将功能活性细胞色素 c（一种参与电子传输的外周膜蛋白酶）结合到介孔结构的二氧化硅 - 阳离子表面活性剂薄膜中所证明的那样。