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葉綠素合成關鍵酶三維結構首次被解析

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  10月23日,《自然(Nature)》雜志在線發表葉綠素生物合成關鍵酶三維結構解析論文,該成果由中國農業科學院生物技術研究所微生物功能基因組創新團隊聯合國內外相關單位共同完成。該研究首次解析了葉綠素生物合成關鍵酶——光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶(LPOR)的三維晶體結構,揭開了光合作用終極能量來源的生物學轉化“閥門”真實結構,闡明了光驅動酶的結構學基礎和光依賴型還原酶的動力學機制,填補了國際上近一百年來光合作用途徑中,葉綠素生物合成關鍵酶的三維結構的空白,具有“里程碑”式的意義。

  “萬物生長靠太陽”,地球上的生命所用能量均是通過光合作用直接或間接轉化而來。據論文共同通訊作者程奇博士介紹,LPOR是藍細菌、藻類和多細胞植物葉綠素合成的關鍵酶,與黃化幼苗的轉綠能力直接相關,對綠色植物的生長發育至關重要。該關鍵酶發現至今已近百年,其蛋白的結構及作用機理解析對光合作用的理論和應用研究意義重大,是該領域亟待解決的重大科學問題之一。

  該研究報道了在不同衍射率下的LPOR酶單體、LPOR-NADPH蛋白復合體的晶體結構。通過對LPOR晶體結構的解析及LPOR-NADPH-原葉綠素酸酯三元復合物的精準建模,闡明了LPOR蛋白催化原葉綠素酸酯轉化為葉綠素酸酯的精準過程,為植物如何利用光能驅動酶催化提供了重要信息,也為定量的能量轉化反應精細計算分析鋪平了道路,對光催化的化學和生物催化劑及相關蛋白小分子抑制劑的工程化設計均具有重要意義。

  該研究得到國家973項目資助。(通訊員 崔艷)

  原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1685-2

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