分享一篇发表在JACS上的文章: Design of Heme Enzymes with a Tunable Substrate Binding Pocket Adjacent to an Open Metal Coordination Site，通讯作者是来自华盛顿大学的David Baker教授、Anindya Roy研究员和曼彻斯特大学的Anthony P. Green教授，他们的研究方向都包括酶的设计与改造。
血红素结合蛋白执行广泛的化学反应，如细胞色素P450、过氧化物酶、珠蛋白活性等，这种催化多功能性的关键结构特征是位于开放底物结合口袋附近的五配位血红素铁辅因子。基于从头蛋白设计已经利用螺旋束生成了结合铁卟啉的催化酶，但此前的设计不能支持与过渡金属相邻的大型可定制活性位点空腔。
目前在蛋白设计领域的进步使得我们可与设计超越螺旋束以外的各种支架形状，因此作者试图设计一种具有大中心腔的卟啉结合蛋白，且具有可调整的侧链堆积，以适应各种催化底物的结合。这样的设计使得驱动折叠的力独立于中心腔之外，才能在不影响折叠和稳定性的情况下对中心腔残基进行优化和改造。基于这些判断，作者选择了2015年发表的封闭α螺旋螺线管重复结构(PDB id: 4YXX, DOI: 10.1038/nature16191)作为解决方案，这类超稳定蛋白具有很大的中央空腔，且其堆叠由重复单元链内的疏水相互作用所决定，因此活性腔内的残基几乎可以完全重新配置。
作者使用Rosetta Match将与组氨酸配位的血红素分子放入环形线圈，随后用Rosetta Design优化腔内其余残基，以促进血红素结合并支持组氨酸配位构象。测试的22个设计中，dnHEM1具有超高的稳定性和血红素结合能力，晶体结构与设计模型一致。考虑到活性位点的侧链排布与一种天然过氧化物酶相似，作者通过实验证实dnHEM1确实具有过氧化物酶活性，并可通过定向进化进一步增强。
为展示该血红素结合支架的强大催化潜力，作者通过DFT计算了铁卟啉催化烯烃环丙烷化反应的过渡态结构，并将之叠加到dnHEM1中，随后重新设计底物附近的序列，成功得到了催化烯烃环丙烷化的dnHEM1-SS19。总之，本文作者利用螺旋螺线管重复蛋白设计了高亲和力血红素结合蛋白，具有邻近金属配位点的大型可重构底物结合空腔，这种设计原理可创建各种类型的超稳定生物催化剂。
本文作者：WFZ
责任编辑：MB
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02742文章引用：DOI：10.1021/jacs.3c02742
目前评论：