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重大突破!叶绿素合成关键酶晶体结构首次揭示

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重大突破!叶绿素合成关键酶晶体结构首次揭示
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技术研讨所博士程奇带领的课题组初次提醒了叶绿素生物组成要害酶——光依靠型原叶绿素酸酯氧化还原酶三维晶体结构,对知道蛋白质结构怎么操控重要光驱动酶的催化效果发生严重突破。该效果日前宣布在尖端科学杂志《Nature》上。“万物生长靠太阳”,靠的便是光合效果,全部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组成的要害酶。该酶的活性及其基因表达直接影响黄化麦苗的转绿才能,对绿色植物的生长发育至关重要。尽管从发现这个要害酶至今大约近一百年了,可是科学家们却一向没有可以揭开LPOR蛋白(光依靠型原叶绿素酸酯氧化还原酶)结构的奥秘面纱,因而对LPOR蛋白的效果机理也仅仅处于理论估测阶段。LPOR蛋白的结构及效果机理对光合效果的理论和应用研讨含义严重,是该范畴亟待解决的严重科学问题之一。中国农业科学院生物技术研讨所博士程奇课题组和上海交通大学根底医学院博士周爱武团队与英国曼切斯特大学生物技术研讨所博士Nigel Scrutton(奈杰尔·斯克鲁顿)团队协作,研讨发现了了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)蛋白复合体的晶体结构,衍射率分别为1.4A?,1.8A?,2.4A?。LPOR晶体结构的说明及其LPOR-NADPH-原叶绿素酸酯三元复合物的精准建模研讨,提醒了POR活性位点怎么经过NADPH进行部分氢化物搬运和沿结构界说的质子搬运途径进行远距离质子搬运,促进光驱动的原叶绿素削减。LPOR-NADPH晶体结构至此证明,该酶活性方位的蛋白结构高度调谐,促进了光化学效果。它为怎么使用光能驱动酶催化,供给了重要信息。“本研讨供给了LPOR蛋白质结构和激发态化学之间要害的缺失环节,对光催化的化学和生物催化剂以及相关蛋白小分子抑制剂的工程化规划具有重要含义。”该效果一起通讯作者程奇表明,这项作业也为供给定量的能量(光能到化学能)转化反响的具体核算剖析铺平了路途,对该催化效果的描绘将愈加完好,这也是现在酶学的一大应战。该效果一起榜首作者中国农业科学院生物技术研讨所博士孙文丽介绍,此项研讨科学含义严重,由此揭秘了太阳供给给地球上全部生命的终极能量来历的生物学转化“阀门”的实在结构及其开关功用;光驱动酶的结构学根底;光依靠型还原酶的动力学机制。“本效果为许多相关研讨范畴奠定研讨的根底——填补了国际上近一百年来光合效果相关范畴的空白(叶绿素生物组成光驱动型酶LPOR及其辅因子NADPH复合体的三维晶体结构),具有‘里程碑’的含义;有助于进一步完善相关趋同进化过程中的一些要害酶蛋白的进化次序(地球钟)和未来可猜测性走向;有助于ATP(腺嘌呤核苷三磷酸)依靠型与光依靠(驱动)型酶工程化规划(新式固氮酶LUN、新式聚合酶Pol 等等)及相关范畴的组成生物学根底(生物固氮/光合效果)等。”程奇表明。Nigel Scrutton教授来中国农科院生物技术研讨所学术交流据悉,该研讨得到了国家973项目(2010CB126504)的赞助。

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