2024年6月3日Nature Chemical Biology报道，华盛顿大学蛋白质设计研究所的David Baker团队利用人工智能技术从头设计了一种新型的叶绿素蛋白，包含一对特殊的叶绿素分子，能够通过激子耦合实现能量转移，类似于天然光合机制。这种人工光合系统有望提高光热能的转化效率，为可再生能源的开发开辟新途径。
该团队通过计算方法，从头设计了24个叶绿素八面体纳米笼，其结构与设计模型高度匹配，每条边上都有一个叶绿素特殊对。这些设计蛋白具有高度的热稳定性，并且其晶体结构与设计模型的误差在1.7 Å以内。通过比较实验和基于设计模型的计算，进一步证实了设计蛋白中叶绿素的激子耦合机制。
研究团队尝试将叶绿素结合特异对蛋白整合到具有八面体对称性的双组分超复合物中，以模拟自然界中光合作用光反应的专门空间。结果表明，当八面体纳米笼上结合24个分子时，复合物的结构与计算设计模型非常相似，显示了从头设计蛋白质在能量转换技术方面的潜力。
这项研究不仅展示了计算蛋白设计领域的最新进展，还为从太阳能到燃料的能量转换技术提供了新途径。未来，研究团队计划设计激发态电子向低电位电子受体的转移，以实现光吸收与电荷分离的结合，用于生产太阳能燃料。这项工作为合成生物学和可再生能源领域带来了重要的突破。
编译整理|吴晓燕
本期编辑|刘怡伶
参考文献|De novo design of proteins housing excitonically coupled chlorophyll special pairs
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