综述：从头设计金属肽作为定制化模拟酶的最新进展

本文聚焦于过去四年从头设计金属肽模拟天然金属酶的研究进展。将过渡金属整合到定制肽支架上，可实现氧化还原（redox）和非氧化还原催化功能，效率媲美甚至超越天然金属酶，为生物催化开辟新方向。

　　

引言

普遍认为，聚合形成肽的简单有机分子是早期生化系统的基础，推动了生命起源。近年来金属肽设计取得显著进展，长度约 40 - 50 个氨基酸的小肽能自发自组装成特定对称蛋白折叠结构，并结合铜、铁、锌等金属离子。这些金属肽可模拟现代金属酶的催化和结构功能，为探索酶的进化路径提供线索，暗示类似的原始系统可能是天然酶的早期原型。

本综述重点关注过去四年金属肽作为天然金属酶功能模拟物设计方面的进展，旨在利用与天然酶差异显著的简化支架，复制其催化效率。2024 年诺贝尔化学奖强调了计算方法对蛋白质设计的推动作用，有望加速金属肽设计，助力开发高效模拟酶和创新催化体系。

非氧化还原活性

金属酶的功能之一是催化不改变底物氧化态的反应，金属水解酶（单核或双核）可结合多种金属离子发挥作用。Pecoraro 实验室设计出首个基于肽的碳酸酐酶（CA），其使用的支架（α - 螺旋而非 β - 折叠）不同于天然 CA。该设计将对称的 Zn (II) His₃OH 催化位点嵌入三链卷曲螺旋（3SCCs）中，开创了此类研究的先河。

还原化学

氢化酶在早期生物驱动的能量生成反应中至关重要，例如可逆地将质子还原为分子氢（H₂），因此在可再生能源生产领域极具潜力。受此启发，Chakraborty 及其同事开发了人工金属酶，通过将四硫醇镍中心引入从头设计的卷曲螺旋中，模拟 [NiFe] - 氢化酶的镍中心。

结论

本综述展示了金属肽作为天然金属酶有效模拟物设计的最新进展。研究人员将过渡金属整合到定制肽支架上，拓展了催化活性范围，涵盖氧化还原和非氧化还原反应，实现了与天然金属酶相似甚至更优的功能。这些金属肽组件的多功能性、可调节性和稳定性，为其在多领域的应用带来希望。