光合作用能量转化终极“阀门”长这样

低聚腺苷二磷酸的晶体结构的奇数图

“万物在太阳上生长”，地球上生命使用的能量通过光合作用直接或间接转化。10月24日，《自然》在线发表了一篇关于叶绿素生物合成关键酶三维结构分析的论文，该论文首次分析了叶绿素生物合成关键酶——光依赖性原绿原酸氧化还原酶(LPOR)的三维晶体结构，揭示了光合作用最终能量来源的生物转化“阀门”的真实结构。

该成果由中国农业科学院生物技术研究所(以下简称生物研究所)微生物功能基因组创新团队程琦课题组与国内外相关单位共同完成。科学家们阐明了光驱动酶的结构基础和光依赖还原酶的动力学机制，填补了过去100年来光合作用途径中叶绿素生物合成关键酶三维结构的空白。

该论文的合著者、生态学研究所的程琦博士介绍说，脂氧合酶(LPOR)是蓝藻、藻类和多细胞植物叶绿素合成中的一种关键酶，它直接关系到黄化幼苗的绿色化能力，对绿色植物的生长发育至关重要。这种关键酶的发现已经有近100年了。其蛋白质结构和作用机制的分析对光合作用的理论和应用研究具有重要意义，是该领域亟待解决的重大科学问题之一。

本研究报道了不同衍射率下脂多糖酶单体和脂多糖-NADPH蛋白复合物的晶体结构。通过对脂多糖的晶体结构分析和脂多糖-NADPH-叶绿酸酯三元配合物的精确建模，阐明了脂多糖蛋白催化叶绿酸酯转化为叶绿酸酯的精确过程，为植物如何利用光能驱动酶催化提供了重要信息，为定量能量转化反应的精确计算和分析奠定了基础。同时，对光催化化学和生物催化剂及相关蛋白小分子抑制剂的工程设计具有重要意义。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1685-2