填补国际空白！科学家首次解析叶绿素合成关键酶3D结构

记者今天从中国农业科学院获悉，该院生物技术研究所微生物功能基因组创新团队联合国内外相关单位，首次解析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（英文简称LPOR）的三维晶体结构，揭开了光合作用终极能量来源“生物学转化阀门”的真实结构，阐明了光驱动酶的结构学基础，以及光依赖型还原酶的动力学机制。

相关成果已于近日在国际学术期刊《自然》（Nature）杂志在线发表。来自中国农业科学院的消息称，该成果填补了国际上近一百年来光合作用途径中，叶绿素生物合成关键酶的三维结构的空白，具有“里程碑”式的意义。

（图为关键酶LPOR-NADPH晶体结构，中国农业科学院供图）

“万物生长靠太阳”，地球上的生命所用能量，均是通过光合作用直接或间接转化而来。据该成果论文共同通讯作者、中国农业科学院生物技术研究所博士程奇介绍，LPOR是蓝细菌、藻类和多细胞植物叶绿素合成的关键酶，与黄化幼苗的转绿能力直接相关，对绿色植物的生长发育至关重要。这一关键酶的发现至今已近百年，其蛋白的结构及作用机理解析，对光合作用的理论和应用研究意义重大，是该领域亟待解决的重大科学问题之一。

（图为关键酶LPOR在光合作用中的重要作用，中国农业科学院供图）

程奇表示，此次研究解析了在不同衍射率下的LPOR酶单体、LPOR-NADPH蛋白复合体的晶体结构。通过对关键酶LPOR晶体结构的解析，以及LPOR-NADPH-原叶绿素酸酯三元复合物的精准建模，科研人员还阐明了LPOR蛋白催化原叶绿素酸酯，转化为叶绿素酸酯的精准过程，为植物如何利用光能驱动酶催化“提供了重要信息”，也为定量的能量转化反应精细计算分析“铺平了道路”。

“这些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，均具有重要意义。”程奇说。据了解，该研究得到国家973项目资助。