标准蛋白质氨基酸被选择的进化基础仍不明确，尤其是赖氨酸和精氨酸这两种长侧链阳离子氨基酸，它们在前生物环境中可能十分稀缺。相比之下，鸟氨酸（Orn）和2,4-二氨基丁酸（Dab）等较短侧链阳离子氨基酸被认为更为丰富。本研究结合计算蛋白质设计、生物物理学与晶体学分析以及分子动力学（MD）模拟，探究这些前生物阳离子氨基酸能否支持蛋白质三级结构的形成。我们使用鸟氨酸和可能存在于前生物环境中的氨基酸集合，针对一种古老的蛋白质折叠——双Ψ β桶（DPBB）——设计了序列。尽管所有设计序列在标准稀水溶液条件下均未发生折叠，但其中一种含Orn的变体在高度浓缩条件下发生了折叠。晶体学分析表明，该肽及其以Dab替代Orn的衍生物均采用双Z β桶（DZBB）折叠，该折叠可能是现存β桶折叠之间的进化中间态。因此，在赖氨酸和精氨酸被纳入遗传密码之前，Orn和Dab可能已支持原始蛋白质的折叠。
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摘要
标准蛋白质组成氨基酸被选择的进化基础仍不明确，尤其是长链阳离子氨基酸赖氨酸和精氨酸，它们在前生命环境中可能较为稀缺。相比之下，鸟氨酸（Orn）和 2,4-二氨基丁酸（Dab）等较短链的阳离子氨基酸被认为更为丰富。本研究结合计算蛋白质设计、生物物理学与晶体学分析以及分子动力学（MD）模拟，探究这些前生命阳离子氨基酸能否支持蛋白质三级结构的形成。我们利用鸟氨酸及合理推测的前生命氨基酸组合，针对一种古老的蛋白质折叠——双 Ψ β 桶（DPBB）——设计了氨基酸序列。尽管所有设计序列在标准稀水溶液条件下均处于未折叠状态，但其中一种含 Orn 的变体在高浓度条件下发生了折叠。晶体学分析表明，该肽及其以 Dab 替代 Orn 的衍生物均采用双 Ζ β 桶（DZBB）折叠，这种折叠可能是现存 β 桶折叠之间的进化中间体。因此，在赖氨酸和精氨酸被纳入遗传密码之前，Orn 和 Dab 可能已能够支持原始蛋白质的折叠。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助信息
日本学术振兴会
，22H01346
，24K07206
日本自然科学研究机构天体生物学中心计划
，AB0713
JGC 实吉研究资助计划
，2419
印度政府科学与工程研究委员会
，SRG/2023/000167
印度政府人力资源开发部及印度理工学院（贝拿勒斯印度大学）
版权
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保留所有权利。未经许可，不得重复使用。
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发布于2026年7月29日。
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前生物阳离子氨基酸支持古老蛋白质折叠的形成
Sota
Yagi
，
Aditya K.
Padhi
，
Khushboo
Bhagat
，
Kam Y. J.
Zhang
，
Shunsuke
Tagami
bioRxiv
2026.07.28.741362；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.07.28.741362
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前生物阳离子氨基酸支持古老蛋白质折叠的形成
Sota
Yagi
，
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Padhi
，
Khushboo
Bhagat
，
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Shunsuke
Tagami
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2026.07.28.741362；
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https://doi.org/10.64898/2026.07.28.741362
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关键词：前生物氨基酸 · 原始蛋白质折叠 · 鸟氨酸 · 2,4-二氨基丁酸 · β桶结构 · 蛋白质结构演化
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.28.741362v1?rss=1