中大新聞網(wǎng)訊（通訊員陳國(guó)勝）在自然界中蛋白質(zhì)被精準(zhǔn)折疊成三維結(jié)構(gòu)，發(fā)揮獨(dú)特的生理功能。例如，在細(xì)胞色素c (Cyt c)中，血紅素中心通過二硫鍵與多肽骨架共價(jià)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(jià)相互作用固定在多肽骨架，僅包含一個(gè)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(xì)胞氧化損傷。
在細(xì)胞內(nèi)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)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(cuò)誤折疊或非折疊的蛋白質(zhì)，并在ATP作用下介導(dǎo)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(lái)科學(xué)家致力于設(shè)計(jì)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(jī)框架、共價(jià)有機(jī)框架等多孔材料在蛋白質(zhì)封裝方面取得了系列的進(jìn)展，但目前仍未有有效策略來(lái)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(xué)化學(xué)學(xué)院陳國(guó)勝副教授和歐陽(yáng)鋼鋒教授團(tuán)隊(duì)提出一種氫鍵有機(jī)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(zhǎng)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(qiáng)烈的氫鍵界面作用，從而將Cyt c血紅素構(gòu)象介導(dǎo)成類似CAT的結(jié)構(gòu)（圖1b）。得到的Cytc@HOF-101生物納米復(fù)合體系可在苛刻的非生理?xiàng)l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(shì)。
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(guó)際著名期刊Nature Communications（Nat. Commun. 2022, 13, 4816），并被編輯選為亮點(diǎn)論文（https://www.nature.com/collections/wdzvyhgxft）。中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳國(guó)勝副教授和童琳凈博士生為該論文的第一作者，陳國(guó)勝副教授和歐陽(yáng)鋼鋒教授為通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
