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科學家首次解析葉綠素合成關鍵酶3D結構

作者:   文章來源:   發表時間:2019-11-01    點擊量:

  記者今天從中國農業科學院獲悉,該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,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(英文簡稱LPOR)的三維晶體結構,揭開了光合作用終極能量來源“生物學轉化閥門”的真實結構,闡明了光驅動酶的結構學基礎,以及光依賴型還原酶的動力學機制。

  相關成果已于近日在國際學術期刊《自然》(Nature)雜志在線發表。來自中國農業科學院的消息稱,該成果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。

(圖為關鍵酶LPOR-NADPH晶體結構,中國農業科學院供圖)

  “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。據該成果論文共同通訊作者、中國農業科學院生物技術研究所博士程奇介紹,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。這一關鍵酶的發現至今已近百年,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。

(圖為關鍵酶LPOR在光合作用中的重要作用,中國農業科學院供圖)

  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蛋白復合體的晶體結構。通過對關鍵酶LPOR晶體結構的解析,以及LPOR-NADPH-原葉綠素酸酯三元復合物的精準建模,科研人員還闡明了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”。

  “這些對光催化的化學和生物催化劑,以及相關蛋白小分子抑制劑的工程化設計,均具有重要意義。”程奇說。據了解,該研究得到國家973項目資助。

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