科技日报记者 马爱平
10月30日,记者得悉,中国农业科学院生物手艺研究所博士程奇率领的课题组初次揭露了叶绿素生物合成关头酶——光依靠型原叶绿素酸酯氧化还原酶三维晶体布局,对熟悉卵白质布局若何节制主要光驱动酶的催化感化发生重年夜冲破。该功效日前颁发在顶级科学杂志《Nature》上。
“万物发展靠太阳”,靠的就是光合感化,一切能为地球上生命所用的能量都是由太阳的光能转化而来。光依靠型原叶绿素酸酯氧化还原酶作为蓝细菌、藻类和多细胞植物叶绿素合成的关头酶。该酶的活性及其基因表达直接影响黄化幼苗的转绿能力,对绿色植物的发展发育相当主要。固然从发现这个关头酶至今年夜约近一百年了,可是科学家们却一向没有可以或许揭开LPOR卵白(光依靠型原叶绿素酸酯氧化还原酶)布局的神秘面纱,因此对LPOR卵白的感化机理也只是处于理论猜测阶段。LPOR卵白的布局及感化机理对光合感化的理论和利用研究意义重年夜,是该范畴亟待解决的重年夜科学题目之一。
中国农业科学院生物手艺研究所博士程奇课题组和上海交通年夜学根本医学院博士周爱武团队与英国曼切斯特年夜学生物手艺研究所博士Nigel Scrutton(奈杰尔·斯克鲁顿)团队合作,研究发现了了LPOR酶单体,LPOR-NADPH(光依靠型原叶绿素酸酯氧化还原酶-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)卵白复合体的晶体布局,衍射率别离为1.4Å,1.8Å,2.4Å。LPOR晶体布局的说明及其LPOR-NADPH-原叶绿素酸酯三元复合物的精准建模研究,揭露了POR活性位点若何经由过程NADPH进行局部氢化物转移和沿布局界说的质子转移路子进行远间隔质子转移,增进光驱动的原叶绿素削减。
LPOR-NADPH晶体布局
至此证实,该酶活性位置的卵白布局高度调谐,增进了光化学感化。它为若何操纵光能驱动酶催化,供给了主要信息。
“本研究供给了LPOR卵白质布局和激起态化学之间关头的缺掉环节,对光催化的化学和生物催化剂和相干卵白小份子按捺剂的工程化设计具有主要意义。”该功效配合通信作者程奇暗示,这项工作也为供给定量的能量(光能到化学能)转化反映的具体计较阐发摊平了道路,对该催化感化的描写将加倍完全,这也是今朝酶学的一年夜挑战。
该功效配合第一作者中国农业科学院生物手艺研究所博士孙文丽先容,此项研究科学意义重年夜,由此揭秘了太阳供给给地球上一切生命的最终能量来历的生物学转化“阀门”的真实布局及其开关功能;光驱动酶的布局学根本;光依靠型还原酶的动力学机制。
“本功效为诸多相干研究范畴奠基研究的根本——弥补了国际上近一百年来光合感化相干范畴的空缺(叶绿素生物合成光驱动型酶LPOR及其辅因子NADPH复合体的三维晶体布局),具有‘里程碑’的意义;有助于进一步完美相干趋同进化进程中的一些关头酶卵白的进化挨次(地球钟)和将来可展望性走向;有助于ATP(腺嘌呤核苷三磷酸)依靠型与光依靠(驱动)型酶工程化设计(新型固氮酶LUN、新型聚合酶Pol 等等)及相干范畴的合成生物学根本(生物固氮/光合感化)等。”程奇暗示。
Nigel Scrutton传授来中国农科院生物手艺研究所学术交换
据悉,该研究获得了国度973项目(2010CB126504)的帮助。
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