11月23日，中國科學院生物物理研究所王江云課題組和清華大學陳永湘課題組，在JACS上，發(fā)表了題為Genetically Encoded Phosphine Ligand for Metalloprotein Designn的研究論文。該工作首次運用遺傳密碼子擴展（GCE）策略，將非天然的膦配體引入生命體系，進而發(fā)展了含非天然膦配體的人工金屬蛋白（酶）的構建策略。

　　自然界和生物體中，作為構成生命體的重要元素，磷元素多以+5價的化合物形式存在于生命體系中，并發(fā)揮重要的生理功能。+3價磷因特殊的電子結構而具有更豐富的功能特性，但由于地球生物圈處于富氧環(huán)境的局限，生物體幾乎沒有進化出利用低氧化態(tài)磷的運行法則?；瘜W家可以將+3價的磷元素發(fā)展為N、O、S元素之外的一種重要的催化劑配體，即膦配體，并化學進化出具有特殊催化活性的過渡金屬催化劑，發(fā)展出較多自然界不存在的反應類型，將這些成果、智慧拓展到生物進化體系，進而設計、構建新型的人工金屬蛋白，這是合成生物學中頗具前景的研究方向。

　　本研究克服了基因編碼膦配體的三個挑戰(zhàn)：膦配體具有較強的氧敏感性，無法兼容在有氧條件下、細胞內的蛋白質生物合成過程以及生理條件下氨酰-tRNA合成酶的定向進化；金屬有機化學中的金屬配位、綴合過程多在惰性氛圍的手套箱等進行，普通的生化實驗條件下難以制備含膦配體的人工金屬蛋白（酶）；膦配體結構一般均具有較大的體積、水溶性差。該研究首次實現了將低價態(tài)、非天然的膦配體通過GCE策略引入生命體系，插入蛋白骨架上的任意位點。

　　科研人員設計并合成了一種硼烷保護的含膦配體非天然氨基酸P3BF，其在水相、空氣條件下比較穩(wěn)定；經過篩選和定向進化得到一個能特異性識別P3BF的氨酰-tRNA合成酶突變體P3BFRS；借助遺傳密碼子擴展技術，在大腸桿菌內將P3BF插入了蛋白質的任意特定位點；首次解析了含非天然膦-硼（P-B）鍵、1.95?分辨率的蛋白質晶體結構。

　　此外，研究人員發(fā)展了一種可在水相、空氣的有氧條件下，簡便地一步直接將膦硼化合物P3BF轉化為膦-金屬復合物的新策略。該策略條件溫和、高效、綠色，與蛋白兼容，操作簡便，無需無氧處理，為蛋白質上的化學轉化提供了可行方案；根據實驗現象，對該一步法直接轉化反應進行初步的機理探究，給出可能的反應路徑。在此基礎上，本研究將膦硼非天然氨基酸P3BF插入了一種具有特殊空腔結構的LmrR蛋白，并利用一步法的直接轉化策略，在水相、空氣的條件下，構建了含膦-環(huán)鈀金屬復合物的人工金屬蛋白，發(fā)展了膦-金屬蛋白構建的新策略，為下一步實現人工金屬酶、甚至全細胞催化創(chuàng)造了有利條件。

　　研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等的支持。

　　論文鏈接 

如何將非天然膦配體引入生命體系

非天然膦配體的生命體引入及人工金屬蛋白構建策略