蛋白质分子定向设计破解蛋白质密码

在当代生命科学研究领域，蛋白质被誉为生命活动的核心执行者。如何精准设计蛋白质的空间构象，使其能够实现特定的生物学功能，一直是科学界面临的重大挑战。

大连海洋大学杜明教授团队与中国农业大学赵广华教授团队合作，开展了一系列前沿性研究，聚焦在笼形铁蛋白这一独特蛋白质上。团队成功解析了来自不同有机体的各种各样的笼形铁蛋白分子的三维结构；首次揭示了铁蛋白延伸肽段介导的新型铁氧化机制，深入对比了动物与植物铁蛋白在铁氧化反应中的生物学差异。他们的研究还发现了铁蛋白分子大小具有可调节性，这一重要发现打破了传统分子包埋策略的限制。这些研究不仅拓展了铁蛋白作为药物递送系统的应用潜力，也使其成为生理活性物质的靶向递送领域最具前景的载体分子。

 

 

实现蛋白质定向设计

揭示铁蛋白构效关系与柔性结构机制。杜明团队对铁蛋白的结构与功能进行了系统性研究。团队发现了铁蛋白延伸肽段介导的新型铁氧化分子机制，阐释了动物、植物铁蛋白铁氧化反应的不同生物学机制，为蛋白质结构设计理论的构建和应用提供了新思路。

创建蛋白质分子定向设计技术。团队提出了“亚基关键界面设计”策略，开发出蛋白质分子设计程序，提高了笼形蛋白质结构设计的工作效率。研究还首次揭示了二硫键在笼形蛋白分子改造中的关键作用，，奠定了笼形结构蛋白分子设计的理论基础。

开发精准营养专用蛋白质载体。杜明团队解析了过渡金属离子与铁蛋白亚基的分子互作机制，创建了金属配位诱导铁蛋白亚基组装新方法，大幅提高了自组装识别精准度。团队阐明了铁蛋白分子自组装规律及其与功能因子的互作机制，为食品领域首次将铁蛋白应用于脂溶性分子的包埋开辟了新途径。此外，团队定向设计了可包埋番茄红素的铁蛋白，同时创新性地设计制备了笼形铁蛋白番茄红素复合物，对于预防阿尔兹海默症等功能性食品的开发提供了良好的理论和技术基础。

 

 

致力立德树人

身为人民教师和科研工作者，杜明不仅专注于科学研究，还全身心地致力于立德树人根本任务的落实和学术传播。他的团队构建了全球第一个笼形铁蛋白数据库，并在权威杂志上发表大量文章，为学界和业界在蛋白质领域的研究提供了重要参考资源。

从铁蛋白构效关系的基础研究到分子定向设计理论的创建，再到食品与医药领域的创新应用，杜明教授团队的工作体现了基础研究与应用创新的有效相结合。这些成果不仅推动了蛋白质设计领域的发展，也为解决营养与健康问题提供了一定的科学支撑。

正如杜明教授所言，蛋白质结构设计及预测在理论及应用方面都发挥着巨大的科学价值，是极具潜力的自然科学和工程应用研究方向。在蛋白质设计领域新的黄金时代，杜明教授及其团队的创新成果必将持续发挥重要作用，未来将在蛋白质分子定向设计技术，食品功能因子精准递送，以及生物医药靶向载体配料开发等领域产生良好的应用效果。

（大连海洋大学供稿）

（责编：张若涵）