AI已经能设计蛋白酶了？从天然酶到人工设计酶

提取核酸时，希望尽量去掉蛋白质；做蛋白质组学分析时，又希望把蛋白质切成便于鉴定的肽段。同样是“剪断蛋白质”，实验目的不同，需要的剪刀也不同。如今，研究人员开始尝试按目标设计这把剪刀。

2026年10月14日，《Nature》发表两项研究，分别报道从头设计半胱氨酸蛋白酶和金属蛋白酶。借助AI与计算设计，研究人员构建能够切断肽键的新蛋白质，并通过实验检验其活性与选择性。对于实验室而言，这个热点也提供了一个认识常用蛋白酶的新视角。

从天然工具到按需设计，跨过了哪一步？

天然蛋白酶经历长期进化，参与消化、蛋白质更新和信号调控。传统酶工程通常以已有酶为起点，通过改变序列优化性能；从头设计则围绕催化所需的化学基团及空间位置，构建承载活性中心、结合底物的蛋白质结构。

这次研究的看点，是设计结果不再停留于“折叠得像蛋白质”，而是展现出真正的肽键水解能力。半胱氨酸蛋白酶研究获得了与天然蛋白酶折叠明显不同的活性设计；金属蛋白酶研究则把锌催化中心与底物结合口袋结合起来，探索按目标序列切割的可能。

设计图仍需经过表达、筛选和结构验证，活性、稳定性与复杂样品中的表现也要逐步评估。研究打开了新路线，并不意味着现有商业蛋白酶已经被全面替代。

都是切肽键，催化方式有什么不同？

半胱氨酸蛋白酶利用活性位点半胱氨酸的含硫基团，在周围残基协助下进攻肽键，形成酶与底物暂时连接的中间体，随后经水解释放产物。活性中心的微小位置变化，就可能影响这把剪刀是否好用。

金属蛋白酶走的是另一条路：催化金属离子帮助结合并活化水分子，让水参与肽键断裂，同时稳定反应中的电荷变化。此次设计研究采用锌活性中心；金属蛋白酶的类别名称，指的是金属直接参与催化。

丝氨酸蛋白酶则以活性位点丝氨酸的羟基参与进攻，常由组氨酸、天冬氨酸协同完成催化。实验室常见的蛋白酶K和胰蛋白酶都属于这一类。可见，“天然还是人工设计”描述来源与构建方式，“属于哪类蛋白酶”描述催化机制，两者不能混为一谈。

底物特异性，决定它适合做什么

蛋白酶不仅要能切，还要让目标肽键进入合适位置。底物结合口袋的形状、电荷和周围序列共同影响切割偏好；蛋白质是否折叠、位点是否暴露，也会改变实际酶解结果。

如果任务是清除样品中的多种蛋白，广谱降解往往更有价值；如果需要得到可预测的肽段，或只切开某个目标位置，序列选择性就更重要。人工设计酶吸引人的地方，正在于尝试把识别与催化一起纳入设计，让“在哪儿切”成为可以主动规划的能力。

回到实验台，三种常见蛋白酶怎样选？

蛋白酶K：侧重广谱去蛋白。它能降解多种蛋白，常用于核酸分离中的蛋白去除，也有助于降低样品中核酸酶带来的影响。选择时，应关注制剂与裂解液、后续纯化流程的兼容性。

胰蛋白酶：侧重有规律地酶解。它通常在赖氨酸、精氨酸残基的羧基侧切割，是蛋白质结构与序列研究中的常用工具，也用于细胞解离。蛋白质组学酶解与细胞培养对制剂的要求不同，不能只凭名称互相替换。

链霉蛋白酶：侧重较充分的蛋白降解。常见Pronase制剂来自灰色链霉菌，包含多种蛋白水解酶，适用于需要广泛降解蛋白的研究。它不是单一催化机制的纯酶，选用逻辑也不同于追求固定切割位点的酶解。

从科研热点，找到适合实验的工具

AI设计蛋白酶让“按目标造酶”更进一步；日常实验中，选对已有工具同样关键。韵邦生物现有蛋白酶K（CAS：39450-01-6）、胰蛋白酶（CAS：9002-07-7）及链霉蛋白酶（CAS：9036-06-0）相关产品，可供科研人员按去蛋白、定向酶解或广泛降解等需求查询选择。这些常规科研试剂与论文中的人工设计酶各有定位，理解差别，才能让每一把“分子剪刀”用在合适的位置。