撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
近日，蛋白质设计先驱David Baker教授团队在Nature Chemical Biology期刊接连发表了两篇研究论文，在蛋白质从头设计领域再获新进展。
自然光合作用系统通过使用一种特殊的叶绿素分子对来耦合光捕获与电荷分离，这种分子被称为“特殊偶对” （special pair） ，它接收激发能量并启动电子转移级联反应。
为了独立研究特殊偶对的光物理特性，并作为创建用于新能量转换技术的人工光合作用系统的第一步，研究团队设计了具有C 2 对称性的蛋白质，其中包含两个紧密排列的叶绿素分子。 X射线晶体学证实，其中一种设计的蛋白质将两个叶绿素分子以与天然特殊偶对相同的取向结合在一起，而另一种设计的蛋白质则将它们置于以前未见过的几何结构中。光谱学揭示了叶绿素之间的激子耦合，荧光寿命成像显示了能量的转移。该研究设计的24个叶绿素八面体笼状纳米笼的冷冻电镜结构与设计模型非常吻合，其中每个边缘都有一个特殊偶对。
这项研究表明，利用当前的计算方法设计人工光合作用系统是可行的。
在天然蛋白质中，结构化的环状结构在分子识别、信号转导和酶催化等功能位点中发挥核心作用。然而，由于环状区域的固有灵活性和不规则性，通过蛋白质从头设计在蛋白质功能位点组织多个结构化环状结构一直是非常困难的。
这项研究中，研究团队描述了一种解决这一问题的方法，设计出由结构化环状结构（9-14个氨基酸残基）组成的串联重复蛋白质，并由广泛的氢键相互作用进行支撑。实验表征表明，该设计具有单分散性、高可溶性、折叠性和热稳定性，其晶体结构与设计模型高度吻合，环状结构和支撑与设计一致。通过设计和表征与长肽的结合位点一侧的环状结构来展示环状结构支撑所提供的功能性。
该研究表明，设计多个结构化环的能力通常有助于设计新的蛋白质功能。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41589-024-01626-0
https://www.nature.com/articles/s41589-024-01632-2