蛋白质工程已经发展成为一种利用改变酶活性位点和结构来研究生物分子功能的强有力工具。从头设计金属蛋白提供了金属活性中心结构与电子转移或催化反应之间详细的关联性。

含血红素的蛋白质参与多种基础生命过程，如氧化代谢、氧的储存和运输、信号转导和药物代谢。这种蛋白的功能多样性依赖于血红素配位（即His、Tyr、Cys或Met轴向配体）的变化，以及血红素环境的显著调节（第二配位球和氢键网络）。利用突变分析、结构生物学和分子光谱学对血红素活性位点进行研究，可以提供自然系统中催化过程的必要信息。然而，自然系统的复杂性往往掩盖了金属辅因子的特殊行为。因此，人们开发了能够在特定位置结合血红素的小型人工蛋白质对血红素配位进行研究。

近期，美国密歇根大学Vincent L. Pecoraro与法国艾克斯-马赛大学Anabella Ivancich合作，使用GRAND肽形成的a-螺旋支架提供连接到血红素的辅助因子，以探索血红素轴向配体的选择性。

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

作者认为，由此产生的GRAND 迷你血红素蛋白最好是反平行2SSCs的二聚体。因此，血红素与3SSCs GRAND肽的络合物诱导转化为4SCCs，血红素位于每个反平行二聚体的螺旋界面。

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氯化血红素滴定到GRW-L16CL30H肽中形成的络合物，经紫外检测后表明该络合物是二聚体肽包含一分子血红素。

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进一步地，结合紫外/可见光谱和电子顺磁共振（EPR）光谱来表征血红素与GRWL16CL30H肽二聚体在pH 6-11的特定配位模式。结果表明，pH可诱导血红素与肽结合的构象变化，且这种变化是可逆的。

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此外，在pH 10.1时对GRW-L16CL30H mini血红素蛋白的循环伏安研究证明它能催化O₂还原，这与cytP450血红素结构域催化还原O₂的催化循环实验结果一致，这一步骤是底物氧化反应的关键步骤。

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综上，该研究确定了一个简单的a-螺旋支架设计为探索血红素酶化学提供了思路。通过使用一个短的、重复的氨基酸序列和两个不同的铁结合残基（His和Cys），在血红素络合后折叠成反平行2SCC的二聚体，开发了一种以血红素为氧化还原辅因子的具有可逆pH诱导的血红素轴向配体开关的微型蛋白质。

参考文献：The pH-Induced Selectivity Between Cysteine or Histidine CoordinatedHeme in an Artificial a-Helical Metalloprotein

Angew. Chem. Int. Ed

DOI: 10.1002/anie.202012673

原文作者：Karl J. Koebke, Toni Khl, Elisabeth Lojou,Borries Demeler, Barbara Schoepp-Cothenet, Olga Iranzo, Vincent L. Pecoraro,* and Anabella Ivancich*