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計算生化学：高効率なケンプ脱離反応酵素の完全に計算による設計
Nature 643, 8074 doi: 10.1038/s41586-025-09136-2
現在までのところ、計算によって設計された酵素は低い触媒反応速度を示し、天然酵素で見られる活性レベルと同程度に到達するには、実験による徹底した最適化が必要とされる。これらの結果は設計手法の限界を明らかにしており、生体触媒の基本についての我々の理解に非常に重要な欠落があることを示唆している。我々は、TIMバレルフォールドの効率の良い酵素を設計するための完全に計算によるワークフローを示す。これは天然のタンパク質由来の骨格フラグメントを用いており、変異体ライブラリースクリーニングによる最適化を必要としない。3つのケンプエリミナーゼの設計は、2000 M−1s−1以上の効率を示した。最も効率的なものは、どんな天然タンパク質よりも多い140以上の変異を示しており、新規の活性部位1個が含まれる。これは、高い安定性（85 ℃以上で）と顕著な触媒効率（1万2700 M−1s−1）、および反応速度（2.8 s−1）を示していて、計算による以前の設計を2桁上回っている。さらに、以前のケンプエリミナーゼ全ての設計で必須と考えられていた残基を設計することで、効率は105 M−1s−1を越え、反応速度は30 s−1に達し、天然の酵素に匹敵する触媒パラメーターが達成され、生体触媒についての基本的な仮説の正当性に異議を投げ掛けている。設計手法における限界を克服することで、我々の戦略は、最小限の実験努力で、安定かつ高効率な天然にはない新規酵素をプログラム可能にする。
