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Entangled proteins have attracted significant research interest. Herein, we report the first rationally designed lasso proteins, or protein [1]rotaxanes, by using a p53dim-entwined dimer for intramolecular entanglement and a SpyTag-SpyCatcher reaction for side-chain ring closure. The lasso structures were confirmed by proteolytic digestion, mutation, NMR spectrometry, and controlled ligation. Their dynamic properties were probed by experiments such as end-capping, proteolytic digestion, and heating/cooling. As a versatile topological intermediate, a lasso protein could be converted to a rotaxane, a heterocatenane, and a "slide-ring" network. Being entirely genetically encoded, this robust and modular lasso-protein motif is a valuable addition to the topological protein repertoire and a promising candidate for protein-based biomaterials.

Hierarchical self-assembly of building blocks over multiple length scales is ubiquitous in living organisms. Microtubules are one of the principal cellular components formed by hierarchical self-assembly of nanometer-sized tubulin heterodimers into protofilaments, which then associate to form micron-length-scale, multi-stranded tubes. This peculiar biological process is now mimicked with a fully synthetic molecule, which forms a 1:1 host-guest complex with cucurbit[7]uril as a globular building block, and then polymerizes into linear poly-pseudorotaxanes that associate laterally with each other in a self-shape-complementary manner to form a tubular structure with a length over tens of micrometers. Molecular dynamic simulations suggest that the tubular assembly consists of eight poly-pseudorotaxanes that wind together to form a 4.5 nm wide multi-stranded tubule.

Es existieren über 100 Hydrophobieskalen für Aminosäuren, die auf unterschiedlichen Ansätzen basieren und einheitlich in kondensierter Phase ermittelt werden. Ein Vergleich der Hydrophobiewerte aus verschiedenen Methoden und die Ermittlung ihrer relativen Rangfolge sind jedoch anspruchsvoll, da die Wechselwirkungen zwischen der Umgebung und der Aminosäure in jeder Methode spezifisch sind. Hier überwinden wir diese Einschränkung, indem wir die Eigenschaften von Aminosäuren in der Reinraumumgebung der Gasphase untersuchen. In der Gasphase bleiben standardmäßig entropische Beiträge des hydrophoben Effektes aus, und nur die Polarität der Seitenkette ist für die Selbstorganisation entscheidend. Dies ermöglicht die Ableitung einer neuartigen Hydrophobieskala, die ausschließlich auf der Interaktion einzelner Aminosäureeinheiten innerhalb des Clusters basiert und somit die Eigenschaften der Seitenketten besser abbildet. Dieses Prinzip kann für die Klassifizierung von nicht‐natürlichen Derivaten angewendet werden, wie hier für fluorierte Aminosäurevarianten gezeigt ist.