作者米歇尔·富兰克林，加州大学圣地亚哥分校
所设计的金属蛋白的结构具有选择性金属结合位点
鸣谢:于忠瑞 对许多人来说，这似乎是违反直觉的，但是金属离子在生命中起着至关重要的作用，进行一些最重要的生物过程
想想血红蛋白——一种金属蛋白，负责通过红细胞向身体器官输送氧气
金属蛋白是由至少一种金属离子结合的蛋白质
对于血红蛋白来说，这种金属就是铁
为了使金属蛋白正常工作，它们必须与正确的金属离子配对——血红蛋白只能与铁结合。然而，蛋白质与金属的结合通常受严格的顺序控制，称为欧文-威廉姆斯系列，该系列规定铜离子应比其他金属与蛋白质结合
换句话说，如果一个细胞含有等量的不同金属离子，大多数细胞蛋白质和其他成分会与铜结合，在这个过程中堵塞细胞机制
这就是为什么生物体花费大量的能量来严格控制细胞中游离铜的含量
现在，加州大学圣地亚哥分校物理科学部的研究人员报告了一种新的蛋白质设计策略，以避开欧文-威廉姆斯系列
这些发现发表在本周早些时候的《自然》杂志上
化学和生物化学教授Akif Tezcan和博士后学者Tae Su Choi设计了一种柔性蛋白质，它可以选择性地结合铜以外的其他金属离子，为设计新型功能蛋白质和金属螯合剂铺平了道路
Choi和Tezcan发现，与非铜金属的选择性结合需要人工蛋白质呈现非常特殊的氨基酸和几何结构组合，以区别铜
这一发现需要一种不寻常的设计方法
“蛋白质设计通常包括试图制造一种离散的蛋白质结构，这种结构可以执行某种功能，如催化作用
这种方法本质上是确定性的，遵循一个设计-一个结构-一个功能的顺序，”Tezcan说
“最好的情况是，你获得了设计的结构和功能
然而，这种方法没有为发现新的设计原则或意想不到的结果留下多少空间，这些可能比最初计划的更有意义
" Tezcan和Choi采用了一种概率方法
一开始，他们设计的蛋白质并没有被设计成拥有一种可以选择性结合某种金属的单一结构
他们创造了一个灵活的系统，可以以多种方式排列自己，以不同的几何形状结合不同的金属离子
正是这种灵活性导致了他们最初没有预料到的结果
“在分析这些系统时，我们看到蛋白质先与钴和镍离子结合，然后才与铜结合，这不是事物的自然规律，”Choi说
“我们创造了一个假设，并测试了新的变体
经过广泛的分析，我们意识到我们可以构建一个铜不受欢迎的蛋白质环境
" “这是一个设计途径而不是目标的例子，”Tezcan解释说
“我个人认为这是解决蛋白质设计问题的一种更令人兴奋的方式
通过在设计中加入灵活性的元素，我们为不同的结果和新的设计原则留下了可能性，而这些是我们事先无法知道的
" 选择性金属结合和蛋白质设计的研究具有超越更好地理解生命基础的重要性
它还可以为环境修复过程中更有效的过程奠定基础，例如当某些金属需要被隔离在受污染的水中时
蛋白质设计也是药物研发的关键部分
“我们对‘我们能否设计出能够选择性结合金属或以进化尚未发明的方式进行催化反应的蛋白质’这一问题很感兴趣。””崔说
“生物学不这样做，并不意味着不可能
"
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