校友张绍伟揭示叶绿素生物生成的光催化分子机制

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南湖新闻网讯(记者李金山)10月24日,张少伟,我校生命科学与技术学院校友,尼日利亚研究小组成员。英国曼彻斯特大学的Scrutton在《自然》杂志上在线发表了一篇题为《叶绿素生物合成中增强光催化的结构基础》的研究论文,分析了邻叶绿素酸氧化还原酶A的结构,揭示了光催化叶绿素形成的分子机制。

邻叶绿素酸氧化还原酶(POR)是催化叶绿素生物合成的一个光依赖性步骤,叶绿素生物合成对光合作用至关重要,最终在地球上所有生命中发挥重要作用。POR是三种已知的光依赖性酶之一,它催化光敏剂和底物叶绿素的还原形成叶绿素。尽管POR光催化在生物学上非常重要,但其结构基础仍然未知。

光依赖性POR

POR-PLID-NADPH三元配合物的结构模型

POR中光依赖性反应化学的结构基础

本研究分析了蓝藻中游离形式的POR和烟酰胺辅酶配合物的晶体结构。研究表明,原酚内酯-NADPH-POR三元配合物的结构模型决定了POR活性位点的各种相互作用,这对于原酚内酯、光敏化和光化学转化为叶绿素的结合是重要的。本研究证明了当使用POR变体和原叶绿素类似物进行实验时,活性位点结构和原叶绿素结构在驱动POR光化学中的重要性,并揭示了POR活性位点如何通过NADPH的局部氢化物转移和沿着该结构定义的质子转移路径的长距离质子转移来促进原叶绿素的光驱动还原的分子机制。

在叶绿素(Chl)的合成过程中,从谷氨酰tRNA(Glu-tRNA)开始到Chlb合成结束有16个步骤,由20多个基因编码的16种酶完成。其中,光驱动原叶绿素酸酯Pchlide的C17=C18双键被合成生成叶绿素酸酯-a(叶绿素-a的直接前体)。该反应由POR酶催化,是叶绿素生物合成途径中的关键调控步骤。这种催化反应涉及Pchlide和蛋白质之间的激发态相互作用,导致C17=C18双键的合成。

Reviewer:链接到Xi顺

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