设计模拟细菌铁氧还蛋白折叠演化的肽化石

与氧化还原化学偶联的电子转移是新陈代谢的核心。负责转移电子的蛋白质（蛋白质电子载体）必定在生命起源之初就已出现。结合铁硫簇的小型细菌铁氧还蛋白很可能是这些最早出现的蛋白质之一。铁氧还蛋白的序列和结构中蕴含着一种对称性，指向一次古老的基因重复事件。关于在该重复事件之前铁氧还蛋白的性质，或哪些环境因素可能推动了对更复杂形式的选择，人们知之甚少。铁氧还蛋白深远的地质年代分子历史可追溯至数十亿年前，无法通过基于氨基酸序列的系统发育分析来重建。在此，我们利用结构指导的蛋白质设计来模拟该折叠演化过程中的化石半铁氧还蛋白阶段（semidoxins）及其对称的全长对应物（symdoxins）。设计的 semidoxin 会发生同源二聚化，在大多数情况下表现出与同源 symdoxin 相同的结构、热力学和电化学行为。然而，当整合到体内电子转移互补实验中时，semi- 和 symdoxin 化石阶段表现出不同的行为。二者均能以蛋白质表达依赖的方式支持细菌生长。表达 semidoxin 的细菌生长速率对氧气的敏感性远高于表达 symdoxin 的细菌。受设计的 semidoxin 体内功能的启发，我们在现存厌氧微生物中鉴定了推定的天然 semidoxin。这与观察到的 semidoxin 设计的体内氧敏感性一致。研究表明，一种天然 semidoxin 具有折叠结构和氧化还原活性。然而，它以单体和二聚体的混合物形式存在，提示 semidoxin 与更简单的单铁硫簇结合肽之间可能存在潜在联系。