記者今天從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉,該院生物技術(shù)研究所微生物功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)單位,首次解析了葉綠素生物合成關(guān)鍵酶——光依賴(lài)型原葉綠素酸酯氧化還原酶(英文簡(jiǎn)稱(chēng)LPOR)的三維晶體結(jié)構(gòu),揭開(kāi)了光合作用終極能量來(lái)源“生物學(xué)轉(zhuǎn)化閥門(mén)”的真實(shí)結(jié)構(gòu),闡明了光驅(qū)動(dòng)酶的結(jié)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ),以及光依賴(lài)型還原酶的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
相關(guān)成果已于近日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)雜志在線(xiàn)發(fā)表。來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的消息稱(chēng),該成果填補(bǔ)了國(guó)際上近一百年來(lái)光合作用途徑中,葉綠素生物合成關(guān)鍵酶的三維結(jié)構(gòu)的空白,具有“里程碑”式的意義。
(圖為關(guān)鍵酶LPOR-NADPH晶體結(jié)構(gòu),中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院供圖)
“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”,地球上的生命所用能量,均是通過(guò)光合作用直接或間接轉(zhuǎn)化而來(lái)。據(jù)該成果論文共同通訊作者、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所博士程奇介紹,LPOR是藍(lán)細(xì)菌、藻類(lèi)和多細(xì)胞植物葉綠素合成的關(guān)鍵酶,與黃化幼苗的轉(zhuǎn)綠能力直接相關(guān),對(duì)綠色植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。這一關(guān)鍵酶的發(fā)現(xiàn)至今已近百年,其蛋白的結(jié)構(gòu)及作用機(jī)理解析,對(duì)光合作用的理論和應(yīng)用研究意義重大,是該領(lǐng)域亟待解決的重大科學(xué)問(wèn)題之一。
(圖為關(guān)鍵酶LPOR在光合作用中的重要作用,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院供圖)
程奇表示,此次研究解析了在不同衍射率下的LPOR酶單體、LPOR-NADPH蛋白復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵酶LPOR晶體結(jié)構(gòu)的解析,以及LPOR-NADPH-原葉綠素酸酯三元復(fù)合物的精準(zhǔn)建模,科研人員還闡明了LPOR蛋白催化原葉綠素酸酯,轉(zhuǎn)化為葉綠素酸酯的精準(zhǔn)過(guò)程,為植物如何利用光能驅(qū)動(dòng)酶催化“提供了重要信息”,也為定量的能量轉(zhuǎn)化反應(yīng)精細(xì)計(jì)算分析“鋪平了道路”。
“這些對(duì)光催化的化學(xué)和生物催化劑,以及相關(guān)蛋白小分子抑制劑的工程化設(shè)計(jì),均具有重要意義。”程奇說(shuō)。據(jù)了解,該研究得到國(guó)家973項(xiàng)目資助。