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呼吸、光合作用和同化复合体在进化中的出现，要求蛋白质能够结合多种催化辅因子和电子传递辅因子，同时对其空间排布施加精细控制。在天然体系中，这些辅因子优先定位于环区。相比之下，大多数蛋白质设计策略一直侧重于在螺旋结构元件内构建辅因子结合位点。本文表明，仅需在经典单链四螺旋束的螺旋间环区引入一对位置恰当的组氨酸配体，即足以形成新的、明确界定的高亲和力异源辅因子结合位点。这一简单修饰使得在单一设计结构域中，能够以位置特异性的方式自组装形成最多含有三种不同辅因子的复合物。利用这一策略，我们构建了含有一个或两个血红素，并与Zn(II)单磺酸酞菁、Zn-血红素以及集光型Zn(II)四磺酸四苯基卟啉组合的构建体。对含有后者的构建体进行的荧光测量表明，光活性供体辅因子之间发生了高效能量转移。通过证明嵌入环区的配体能够支持稳健、模块化且在进化上合理的辅因子募集，本研究为天然蛋白质中氧化还原辅因子和催化辅因子广泛分布于环区提供了机制性解释：仅需有限的堆积互补性，也就是说，仅靠少数几个突变即可引入一个功能性辅因子结合位点，随后再通过额外突变调节其亲和力、反应性和特异性。更重要的是，本研究确立了一条直接路径，用于构建在复杂性上可与生物能量转换体系结构相媲美的功能性蛋白质结构域。
rkoder{at}ccny.cuny.edu
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在进化过程中，呼吸、光合作用以及同化复合体的出现，要求蛋白质不仅能够结合多个催化辅因子和电子转移辅因子，还能够对其空间排布实施精细控制。在天然系统中，这些辅因子优先定位于环区。相比之下，大多数蛋白质设计策略一直侧重于将辅因子结合位点安装在螺旋元件内部。持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
本文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026年6月28日。
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环区导向的辅因子结合实现可编程的多辅因子蛋白质设计
Andrew C Mutter， Aleksandr Uvaydov， Eskil M.E. Andersen， Sara Morsi， Sarah Beck， Mohammad Khan， Bruce A Palfey， Carolyn Lubner， Ronald L Koder
bioRxiv 2026.06.27.734619； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.27.734619
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环区导向的辅因子结合实现可编程的多辅因子蛋白质设计
Andrew C Mutter， Aleksandr Uvaydov， Eskil M.E. Andersen， Sara Morsi， Sarah Beck， Mohammad Khan， Bruce A Palfey， Carolyn Lubner， Ronald L Koder
bioRxiv 2026.06.27.734619； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.27.734619
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.27.734619v1?rss=1
🏷️ 蛋白质设计 辅因子结合 四螺旋束 环区工程 能量转移