De novo metalloprotein design

金属蛋白 蛋白质设计 配体(生物化学) 功能(生物学) 蛋白质结构 合理设计 化学 活动站点 计算生物学 生物化学 纳米技术 生物 材料科学 受体 遗传学
作者
Matthew J. Chalkley,Samuel I. Mann,William F. DeGrado
出处
期刊:Nature Reviews Chemistry [Springer Nature]
卷期号:6 (1): 31-50 被引量:86
标识
DOI:10.1038/s41570-021-00339-5
摘要

Natural metalloproteins perform many functions - ranging from sensing to electron transfer and catalysis - in which the position and property of each ligand and metal, is dictated by protein structure. De novo protein design aims to define an amino acid sequence that encodes a specific structure and function, providing a critical test of the hypothetical inner workings of (metallo)proteins. To date, de novo metalloproteins have used simple, symmetric tertiary structures - uncomplicated by the large size and evolutionary marks of natural proteins - to interrogate structure-function hypotheses. In this Review, we discuss de novo design applications, such as proteins that induce complex, increasingly asymmetric ligand geometries to achieve function, as well as the use of more canonical ligand geometries to achieve stability. De novo design has been used to explore how proteins fine-tune redox potentials and catalyse both oxidative and hydrolytic reactions. With an increased understanding of structure-function relationships, functional proteins including O2-dependent oxidases, fast hydrolases, and multi-proton/multi-electron reductases, have been created. In addition, proteins can now be designed using xeno-biological metals or cofactors and principles from inorganic chemistry to derive new-to-nature functions. These results and the advances in computational protein design suggest a bright future for the de novo design of diverse, functional metalloproteins.
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