设计具有所需催化特性的蛋白质不仅为理解酶催化的基本原理提供了学习基础，同时也是一项重大的科学挑战。此外，对酶机制的详细了解有助于深入了解化学催化反应。近年来，利用计算方法设计各种反应的酶取得了重大进展，包括逆羟醛缩合反应、Kemp消除反应、Diels-Alder反应和酯水解反应。

法国斯特拉斯堡大学VladimirTorbeev和加州大学旧金山分校WilliamF. DeGrado致力于开发一种肽连接酶，催化酰胺键的形成且对连接处的氨基酸组成没有严格的限制。近期，他们成功地完成了这个长期项目的第一步，建立了一个完全从头设计的具有预期酰基转移催化活性的蛋白质。

图片来源：J. Am. Chem. Soc.

该研究应用了一个极简主义的方法理性设计了氧阴离子洞，腔体中包含相邻的巯基亲核残基。

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利用具有未配对氢键供体的N-末端α-螺旋作为结构基序来稳定酰基上的亲核加成-消除反应中带负电荷的四面体中间体。基于结构信息学预测，在设计的3-α-螺旋蛋白质中，N-末端α-螺旋的第二个残基位置引入半胱氨酸作为主要催化残基。研究表明，这一最小的功能元件集足以在从头设计蛋白质中表现出催化活性。

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该研究还证明，以肽-^α硫酯为酰基供体，从头设计蛋白催化的酰胺化反应伴随着水解反应，并且证明了催化部位的环境对反应结果有重要影响。这些结果为开发高效的蛋白质标记、结合和肽连接催化剂提供了一个有希望的起点。

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参考文献：AcylTransfer Catalytic Activity in De Novo Designed Protein with N‑Terminus of α‑Helix AsOxyanion-Binding Site

J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 3330−3339

原文作者：EliseA. Naudin, Alastair G. McEwen, Sophia K. Tan, Pierre Poussin-Courmontagne,Jean-Louis Schmitt, Catherine Birck, William F. DeGrado,* and Vladimir Torbeev*