中国科学家首次揭示叶绿素合成关键酶晶体结构

科技日报北京10月30日电 （记者马爱平）30日，记者获悉，中国农业科学院生物技术研究所博士程奇带领的课题组首次揭示了叶绿素生物合成关键酶——光依赖型原叶绿素酸酯氧化还原酶三维晶体结构，对认识蛋白质结构如何控制重要光驱动酶的催化作用产生重大突破。该成果日前发表在科学杂志《自然》上。

“万物生长靠太阳”，光依赖型原叶绿素酸酯氧化还原酶，对绿色植物的生长发育至关重要。虽然从发现这个关键酶至今近100年了，但是科学家们却一直未能揭开其蛋白结构的神秘面纱。

程奇课题组和上海交通大学基础医学院博士周爱武团队与英国曼切斯特大学生物技术研究所博士奈杰尔·斯克鲁顿团队合作，研究发现了光依赖型原叶绿素酸酯氧化还原酶单体，光依赖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。其晶体结构的阐明及其三元复合物的精准建模研究，揭示了相关活性位点如何进行局部氢化物转移和沿结构定义的质子转移途径进行远距离质子转移，促进光驱动的原叶绿素减少。

“研究提供了该酶蛋白质结构和激发态化学之间关键的缺失环节，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设计具有重要意义。”该成果共同通讯作者程奇表示，这项工作也为提供定量的光能到化学能转化反应的详细计算分析铺平了道路，对该催化作用的描述将更加完整，这也是目前酶学的一大挑战。

该成果共同第一作者、中国农业科学院生物技术研究所博士孙文丽介绍，此项研究有助于进一步完善相关趋同进化过程中的一些关键酶蛋白的进化顺序和未来可预测性走向等。

据悉，该成果填补了国际上近100年来光合作用叶绿素生物合成光驱动型酶及其辅因子复合体的三维晶体结构的空白，具有里程碑式的意义。