一项最新研究表明，科学家们已成功开发出一种在蛋白质复合物中创建人工变构位点的方法，这种位点通过结合效应分子来调节远端活性位点的功能。这项研究的成果在工业、生物医学和农业等多个领域展现出广泛的应用潜力，相关论文已发表在《自然化学》期刊上。
蛋白质复合物，如血红蛋白和分子马达，依赖于其亚基之间的协同作用来实现功能，而这种协同作用是通过变构机制实现的。
变构效应是指通过效应分子与另一亚基的变构位点结合来调节亚基活性位点的功能，这一概念最早在20世纪60年代提出，至今仍是生物化学研究的重要课题。
一个研究团队提出了一种策略，旨在将人工变构位点设计进蛋白质复合物中，以调节其协同功能。大阪大学的古贺信康教授表示：“在蛋白质复合物中创造人工变构位点，可能揭示变构的基本原理，并为合成生物学提供新的工具。”
研究人员假设，蛋白质复合物中的变构位点可以通过恢复在进化过程中可能丢失的伪活性位点的功能来实现。多种蛋白质复合物中均包含具有伪活性位点的亚基。
研究表明，伪活性位点与其他亚基的活性位点之间存在变构联系。例如，一个亚基中的伪活性位点虽然失去了ATP酶活性，但仍能结合ATP，并在结合ATP时激活另一个亚基的活性位点。ATP在细胞中是能量的主要来源，而ATP酶则是指能够分解ATP的酶。这些研究支持了通过工程化伪活性位点来创建不同变构位点的观点。
研究团队利用计算设计恢复了旋转分子马达（V1-ATPase）b亚基伪活性位点失去的ATP结合能力。通过X射线晶体学实验，他们揭示了设计位点的结合能力。“X射线结构显示，结合位点成功设计并整合到天然蛋白质中，具备了功能。我对高性能蛋白质设计技术的实用性感到惊讶，”材料结构科学研究所的副教授田边美纪夫表示。
随后，他们通过X射线晶体学分析的单分子实验发现，与野生型相比，设计的变构位点与ATP的结合增强了V1的活性，并且可以通过调节ATP的结合亲和力来控制旋转速率。该团队在旋转马达中实现了协作性。
此外，与野生型相比，团队设计的变构位点能够加速旋转，而非减速。“据我们所知，通过蛋白质工程加速旋转分子马达的研究是首次取得这样的成果。这是该领域一个令人振奋的发现，”日本国立大学自然科学研究所的柳野良太教授表示。
伪活性位点在自然界中普遍存在，其研究方法有望成为编程变构以控制蛋白质复合物协同功能的新手段。此外，蛋白质设计方法不仅可以恢复失去的功能，还可以设计其他配体的结合位点。
