核苷酸结合基序促成了最早酶的折叠

蛋白质进化的最早阶段仍然是一个谜：最初蛋白质形式的性质、它们在新兴生物系统中的作用，以及塑造它们的驱动力，在很大程度上仍属未知。在此，我们结合代谢建模、蛋白质结构空间的组织方式以及蛋白质折叠机制等方面的见解，探究两类普遍存在的辅因子结合折叠——Rossmann 折叠和 P-loop NTPase 折叠——的出现。尽管这两类折叠对于当代生命都至关重要，但我们表明，Rossmann 折叠所催化的反应位于代谢核心更深层的位置，并且在结构空间中的中心性高于 P-loop NTPase 折叠。对折叠机制的分析进一步揭示，尽管 P-loop NTPase 折叠可能需要非局部相互作用才能完成折叠，Rossmann 折叠却可以由位于该折叠核心、包含核苷酸结合基序的一个结构模块引发。由于这一基序还直接介导生物化学活性，这一结果提示了早期蛋白质可能如何以紧凑的方式同时满足折叠需求和生物化学活性需求。我们的结果意味着，折叠约束促使早期酶形式倾向于具有紧凑结合基序和较为有限催化作用的特征。我们得出结论认为，Rossmann 折叠的早期出现反映了蛋白质折叠的化学与物理约束，这也解释了它为何具有极其久远的起源并能够持续长期存在。

蛋白质演化的最早期阶段仍然是一个谜：最初蛋白质形式的性质、它们在新兴生物系统中的作用，以及塑造它们的驱动力，在很大程度上仍不为人知。本文结合代谢建模、蛋白质结构空间的组织以及蛋白质折叠机制等方面的见解，探讨两类普遍存在的辅因子结合折叠——Rossmann折叠和P-loop NTP酶折叠——的出现。尽管这两类折叠对当代生命都至关重要，我们表明，Rossmann折叠催化的反应位于代谢核心更深层的位置，并且在结构空间中比P-loop NTP酶折叠更为中心。

对折叠机制的分析进一步揭示，尽管P-loop NTP酶折叠可能需要非局部相互作用才能完成折叠，Rossmann折叠的起始则可由位于该折叠核心、包含核苷酸结合基序的一个结构模块来成核。由于这一基序还直接介导生化活性，这一结果提示了早期蛋白质可能如何以紧凑的方式同时满足折叠与生化活性的需求。我们的结果表明，折叠约束促使早期酶形式偏向于具有紧凑结合基序且催化作用相对有限的特征。我们得出结论，Rossmann折叠的早期出现反映了蛋白质折叠所受的化学与物理约束，这也解释了其极其古老的起源及其持久延续性。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.08.743454v1?rss=1

🏷️ Rossmann折叠 P-loop NTP酶 蛋白质折叠 核苷酸结合基序 早期酶进化