深圳子科生物報(bào)道：“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)。光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶（LPOR）是藍(lán)細(xì)菌、藻類和多細(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。該關(guān)鍵酶發(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。

來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)等處的研究人員發(fā)表了題為“Structural basis for enzymatic photocatalysis in chlorophyll biosynthesis”的文章，首次解析了葉綠素生物合成關(guān)鍵酶--LPOR的三維晶體結(jié)構(gòu)，揭開(kāi)了光合作用終極能量來(lái)源的生物學(xué)轉(zhuǎn)化“閥門”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)和光依賴型還原酶的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，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。

這一研究發(fā)現(xiàn)公布在10月份的Nature雜志上，文章的通訊作者為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所程奇博士，上海交大醫(yī)學(xué)院周愛(ài)武教授，以及曼徹斯特大學(xué)Nigel S. Scrutton教授。

原葉綠素酸酯氧化還原酶（POR）是催化葉綠素生物合成中的光依賴性步驟，這對(duì)地球上所有利用光合作用的生命至關(guān)重要。POR是三種已知的光依賴的蛋白酶之一，它催化底物原葉綠素的還原，進(jìn)而形成葉綠素。雖然有著如此重要的生物學(xué)作用，但是POR光催化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)仍然未知。

LPOR在光合作用中的重要作用

在葉綠素（Chl）的合成過(guò)程中，從谷氨酰-tRNA(Glu-tRNA)開(kāi)始到Chl b的合成結(jié)束為止一共包括16步,由20多個(gè)基因編碼的16種酶完成。其中光驅(qū)動(dòng)原葉綠素酸脂Pchlide的C17=C18雙鍵還原生成葉綠素酸酯-a (葉綠素-a的直接前體)。該反應(yīng)由POR酶催化，是葉綠素生物合成途徑中的關(guān)鍵調(diào)控步驟。該催化反應(yīng)所涉及的激發(fā)態(tài)Pchlide和蛋白質(zhì)之間的相互作用，是C17=C18雙鍵被光催化還原的關(guān)鍵。

這篇文章報(bào)道了在不同衍射率（1.4A?,1.8A?，2.4A?）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)LPOR晶體結(jié)構(gòu)的解析及LPOR-NADPH-原葉綠素酸酯三元復(fù)合物的精準(zhǔn)建模，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。對(duì)光催化的化學(xué)和生物催化劑及相關(guān)蛋白小分子抑制劑的工程化設(shè)計(jì)均具有重要意義。

這項(xiàng)研究對(duì)于理解光如何驅(qū)動(dòng)酶促反應(yīng)，從而把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能提供了重要的信息，同時(shí)也對(duì)光催化小分子藥物的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

原文標(biāo)題：

Structural basis for enzymatic photocatalysis in chlorophyll biosynthesis