从头设计含卟啉蛋白：高效立体选择性催化剂的创新之路

《SCIENCE》：De novo design of porphyrin-containing proteins as efficient and stereoselective catalysts

为开发环境友好型催化剂，研究人员开展从头设计高效且立体选择性蛋白催化剂的研究。10 种设计蛋白中有 4 种催化环丙烷化对映体比例超 99:1，另一类蛋白经全细胞定向进化优化硅 - 氢插入反应。该成果对多种化学过程意义重大。

　　编辑总结：蛋白质设计的目标之一是开发最小化的支架，使其能够保持或提高更大蛋白质的活性。研究人员从一种能结合血红素衍生物的小型四螺旋束蛋白出发，重新设计活性位点，以便底物能轻松进入，同时增强苯乙烯环丙烷化反应的立体选择性和催化效率。研究人员还开发出一种适用于细胞内定向进化的蛋白质版本，能够进一步优化反应活性，并将其拓展至硅烷化反应。最终设计出的蛋白质即使在水 - 有机混合溶剂中也具有高活性。

摘要：从头设计具有高效性和立体选择性的蛋白质催化剂，为环境友好型催化剂的设计提供了一种有吸引力的方法。在本研究中，研究人员设计了整合组氨酸连接的合成卟啉和血红素配体的蛋白质。在 10 种设计的蛋白质中，有 4 种催化环丙烷化反应的对映体比例大于 99:1。另一类蛋白质被设计用于催化硅 - 氢插入反应，并通过全细胞定向进化进行优化。进化后的蛋白质包含仅靠计算设计不太可能产生的特征，例如 α 螺旋中的脯氨酸。分子动力学模拟显示，随着蛋白质进化为更高活性，其构象集合变窄，更倾向于产生更具催化活性的构象。这项研究表明，高效的从头设计蛋白质催化剂是可行的，并且应该对多种化学过程有用。