通过从头蛋白质设计调控金属碳酸盐的相态、形态与功能

生物矿化使生命系统能够通过蛋白质及其他生物分子控制无机晶体的位置、取向和多晶型，从而构建杂化材料。尽管这一过程已被研究数十年，其背后的分子原理仍然难以在工程材料中加以利用，部分原因在于天然生物矿化蛋白通常具有内在无序性、异质性或不溶性。 在此，我们表明，从头设计的蛋白质界面可以组装成可重构的二维阵列，并以此为模板形成方解石纳米晶体。通过在重复蛋白支架上对 RFdiffusion2 进行精细调优，我们进一步实现了蛋白质结构的设计，使其能够在原本会产生混合物相的成核条件下，选择性地形成文石——一种亚稳态的碳酸钙多晶型。 进一步地，超越生物系统中发现的无机物范围，我们证明了与晶格匹配的蛋白质设计能够模板化碳酸钴的形成：平坦的螺旋重复蛋白界面促进非受限生长，而可溶性的 D3 笼状组装体则生成更均一、且受限于笼体内部的碳酸钴纳米晶体。这些蛋白笼-碳酸钴杂化材料可作为碱性水分解的电催化剂发挥作用。我们的结果表明，基于深度学习的方法有望释放蛋白质-矿物复合材料的结构与功能活性潜力。

生物矿化使生物系统能够通过蛋白质及其他生物分子控制无机晶体的位置、取向和多晶型，从而构建杂化材料。尽管经过了数十年的研究，这些过程所依据的分子原理仍然难以在工程材料中加以利用，部分原因在于天然生物矿化蛋白通常具有内在无序性、异质性或不溶性。

本文表明，从头设计的蛋白质界面可以组装成可重构的二维阵列，并作为方解石纳米晶体的模板。通过在重复蛋白支架上对 RFdiffusion2 进行精细调优，我们进一步实现了蛋白质结构的设计，使其能够选择性形成文石——一种亚稳态的碳酸钙多晶型——而在原本会产生混合物相的成核条件下仍能实现该选择性。

进一步地，超越生物系统中常见的无机材料，我们表明晶格匹配的蛋白质设计能够模板化碳酸钴的形成：平坦的螺旋重复蛋白界面促进非受限生长，而可溶性的 D3 笼状组装体则生成更加均一、并受限于笼体内部的碳酸钴纳米晶体。这些蛋白质笼—碳酸钴杂化材料可作为碱性水分解的电催化剂发挥作用。我们的结果表明，基于深度学习的方法有望释放蛋白质—矿物复合材料在结构与功能活性方面的潜力。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.10.730916v1?rss=1

🏷️ 从头蛋白质设计 生物矿化 金属碳酸盐 晶体成核调控 蛋白质-矿物复合材料 电催化