基于合成生物学启发的双核桨轮配位基序对一种金属蛋白的重新设计

《Journal of the American Chemical Society》：De Novo Design of a Metalloprotein with a Synthetically Inspired Dinuclear Paddlewheel Coordination Motif

人工金属蛋白设计新进展：基于合成启发的非生物金属中心成功构建四聚体蛋白组装体PW1，其晶体结构精准匹配预测模型，可整合Cu2?、Rh2?及三价稀土离子，铜蛋白的还原电位（-0.085 V, pH 7.0）创自然或人工蛋白之最，拓展了人工金属蛋白的应用边界并揭示新结构-功能关系。

　　

采用以金属为中心的设计方法构建了一种四聚体蛋白PW1，其金属中心的设计灵感来源于过渡金属桨轮复合物（如二铜(II)四醋酸盐）的结构。PW1的实际结构与理论预测完全一致，四个谷氨酸残基通过精确的原子排列形成了所需的二核铜(II)中心。值得注意的是，在pH 7.0的条件下，Cu-PW1的还原电位为-0.085伏，这一数值比任何天然或工程化的铜氧化还原蛋白都要低。除了铜(II)离子外，PW1还能在晶体结构中以二核桨轮几何形态承载铼(II)离子，并且能够以单核形式结合三价镧系离子。这些结果证明了围绕合成设计的非生物金属中心构建新型蛋白质结构的可行性，从而扩展了人工金属蛋白的研究范围，超越了基于现有蛋白质骨架的设计局限，并为探索超出自然进化框架下的结构-功能关系开辟了新的途径。