Nature：校友張紹偉揭示葉綠素生物生成的光催化分子機制
2019年10月24日，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院校友、英國曼徹斯特大學(xué)Nigel S. Scrutton課題組的張紹偉在Nature雜志在線發(fā)表了題為“Structural basis for enzymatic photocatalysis in chlorophyll biosynthesis”的研究論文，解析了原葉綠素酸酯氧化還原酶A的結(jié)構(gòu)，揭示了光催化葉綠素生成的分子機制。
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，這對光合作用至關(guān)重要，并最終對地球上的所有生命至關(guān)重要。POR是三種已知的光依賴性酶之一，它催化光敏劑和底物原葉綠素的還原，形成葉綠素。盡管其生物學(xué)重要性，但是POR光催化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)仍然未知。
該研究解析了來自藍(lán)藻中游離形式及與煙酰胺輔酶復(fù)合的POR的晶體結(jié)構(gòu)。研究表明，protochlorophyllide–NADPH–POR三元復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模型確定了POR活性位點中的多種相互作用，這對于原葉綠素內(nèi)酯protochlorophyllide的結(jié)合及光敏化和光化學(xué)轉(zhuǎn)化為葉綠素很重要。該研究證明了使用POR變體和原葉綠素類似物進(jìn)行實驗時，活性位點結(jié)構(gòu)和原葉綠素結(jié)構(gòu)在驅(qū)動POR光化學(xué)中的重要性。這些研究揭示了POR活性位點如何通過從NADPH進(jìn)行的局部氫化物轉(zhuǎn)移和沿結(jié)構(gòu)定義的質(zhì)子轉(zhuǎn)移途徑的遠(yuǎn)距離質(zhì)子轉(zhuǎn)移促進(jìn)光驅(qū)動的原葉綠素還原的分子機制。
光依賴性POR的晶體結(jié)構(gòu)
POR-Plide-NADPH三元復(fù)合物的結(jié)構(gòu)模型
POR中光依賴反應(yīng)化學(xué)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
在葉綠素（Chl）的合成過程中，從谷氨酰-tRNA(Glu-tRNA)開始到Chl b的合成結(jié)束為止一共包括16步,共由20多個基因編碼的16種酶完成。其中光驅(qū)動的原葉綠素酸脂Pchlide的C17=C18雙鍵合成生成葉綠素酸酯-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)涉及Pchlide和蛋白質(zhì)之間的激發(fā)態(tài)相互作用，這導(dǎo)致C17=C18雙鍵合成。
張紹偉，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院2010級生物技術(shù)專業(yè)本科生、2013級生化與分子生物學(xué)專業(yè)碩士研究生，師從劉子鐸教授。2016年研究生畢業(yè)后出國留學(xué)，在英國曼徹斯特大學(xué)攻讀博士學(xué)位。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1685-2
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