分享一篇发表在Science上的文章，文章标题“De novo design of porphyrin-containing proteins as efficient and stereoselective catalysts”，文章的通讯作者是来自匹兹堡大学的Peng Liu，以及来自加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的Yang Yang以及来自加利福尼亚大学的William F. DeGrado教授。其中DeGrado课题组主要从事蛋白质设计方面的研究。

从头设计具有催化功能的蛋白质大大拓展了天然蛋白质催化剂的特性和使用场景，比如更高的催化效率和立体选择性，以及蛋白尺寸更小、热稳定性更高、适用于乙醇等有机溶剂等等其它特性。但是，目前鲜有综合以上多种特性的蛋白质催化剂设计案例。本文，作者从先前设计的卟啉结合蛋白MPP1与铁-二苯基卟啉（FeDPP）的复合物Fe-MPP1出发，通过一系列的设计优化，最终得到催化环丙烷化反应的、具有高立体选择性的蛋白质催化剂，同时还证明该蛋白具有高热稳定性、耐受高浓度有机溶剂等优异特性。

作者以苯乙烯的环丙烷化反应作为研究对象。反应体系中使用重氮作为卡宾前体；该反应将产生两个立体中心，即四种可能的立体异构体。初始蛋白Fe-MPP1给出较低的立体选择性，作者分析可能是结合位点太小，无法容纳底物和过渡态。通过截断C端螺旋的一部分、重新设计序列骨架，得到PNC1。然而实验解析的晶体结构表明，N端螺旋已经展开，采用更延展的结构，阻碍了小分子进入活性位点；这与设计意图和预测结果均存在偏差。于是，作者进一步搜索了蛋白质骨架以得到更有利的螺旋发夹结构，同时使用LigandMPNN重新设计蛋白质序列。最终选择10种具有高置信预测结合位点的蛋白质进行表达和测试。

通过比较筛选，作者得到PNC2蛋白，它实现了更高的产率和更高的立体选择性。并且，作者还发现该蛋白在乙醇中高度稳定，在70%乙醇浓度时仍保持天然结构和高催化性能。同时，它也具有高热稳定性，Tm值大于90摄氏度。后续，作者开发了适用于细胞内定向进化的从头设计蛋白，并拓展优化了硅烷化反应的反应性。

本文作者：ZF

责任编辑：WYQ

DOI：10.1126/science.adt7268

原文链接：https://doi.org/10.1126/science.adt7268