中大新聞網(wǎng)訊（通訊員陳國勝）在自然界中蛋白質(zhì)被精準折疊成三維結(jié)構(gòu)，發(fā)揮獨特的生理功能。例如，在細胞色素c (Cyt c)中，血紅素中心通過二硫鍵與多肽骨架共價結(jié)合，軸向配位氨基酸分別為組氨酸(H18)和蛋氨酸(M80)，是一種高度穩(wěn)定的六配位低自旋血紅素蛋白，在線粒體電子傳遞過程中發(fā)揮重要作用；而過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶等氧化還原酶，其血紅素中心則通過弱的非共價相互作用固定在多肽骨架，僅包含一個軸向氨基酸，形成具有高氧化還原活性的五配位高自旋Fe中心。這些氧化還原酶可有效清除活性氧及其高活性分解產(chǎn)物，防止細胞氧化損傷。
在細胞內(nèi)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的精準折疊通常需要依賴分子伴侶的功能。分子伴侶是一種具有籠狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)多聚體，籠狀空腔可封裝錯誤折疊或非折疊的蛋白質(zhì)，并在ATP作用下介導蛋白質(zhì)折疊成正確的結(jié)構(gòu)（圖1a）。受啟發(fā)于此，近年來科學家致力于設計人工多孔材料，通過類似的封裝作用調(diào)控蛋白質(zhì)構(gòu)象。盡管金屬有機框架、共價有機框架等多孔材料在蛋白質(zhì)封裝方面取得了系列的進展，但目前仍未有有效策略來調(diào)控蛋白質(zhì)的構(gòu)象，并賦予蛋白質(zhì)非天然的本征活性。
近日，中山大學化學學院陳國勝副教授和歐陽鋼鋒教授團隊提出一種氫鍵有機框架仿生封裝策略，調(diào)控Cyt c構(gòu)象并賦予其類CAT的生物催化功能。鑒于HOF材料溫和的結(jié)晶條件，研究人員首先在Cyt c表面原位生長一層HOF材料（HOF-101）；原位形成的剛性HOF-101框架與Cyt c表面氨基酸殘基形成強烈的氫鍵界面作用，從而將Cyt c血紅素構(gòu)象介導成類似CAT的結(jié)構(gòu)（圖1b）。得到的Cytc@HOF-101生物納米復合體系可在苛刻的非生理條件下執(zhí)行CAT的催化功能，并具有良好的循環(huán)利用性。該研究提出利用人工氫鍵支架調(diào)控蛋白質(zhì)構(gòu)象的概念，并突出HOF納米技術(shù)在調(diào)節(jié)、穩(wěn)定酶活性方面的優(yōu)勢。
圖1.（a）GroEL-GroES分子伴侶折疊蛋白質(zhì)的原理圖;（b）HOF仿生封裝調(diào)控Cyt c構(gòu)象的示意圖
相關(guān)研究成果以“Hydrogen-bonded organic framework biomimetic entrapment allowing non-native biocatalytic activity in enzyme”為題發(fā)表在國際著名期刊Nature Communications（Nat. Commun. 2022, 13, 4816），并被編輯選為亮點論文（https://www.nature.com/collections/wdzvyhgxft）。中山大學化學學院陳國勝副教授和童琳凈博士生為該論文的第一作者，陳國勝副教授和歐陽鋼鋒教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金，廣東省自然科學基金等項目的資助。
