深圳子科生物報道：“萬物生長靠太陽”，地球上的生命所用能量均是通過光合作用直接或間接轉化而來。光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶（LPOR）是藍細菌、藻類和多細胞植物葉綠素合成的關鍵酶，與黃化幼苗的轉綠能力直接相關，對綠色植物的生長發(fā)育至關重要。該關鍵酶發(fā)現(xiàn)至今已近百年，其蛋白的結構及作用機理解析對光合作用的理論和應用研究意義重大，是該領域亟待解決的重大科學問題之一。

來自中國農業(yè)科學院生物技術研究所，英國曼徹斯特大學等處的研究人員發(fā)表了題為“Structural basis for enzymatic photocatalysis in chlorophyll biosynthesis”的文章，首次解析了葉綠素生物合成關鍵酶--LPOR的三維晶體結構，揭開了光合作用終極能量來源的生物學轉化“閥門”真實結構，闡明了光驅動酶的結構學基礎和光依賴型還原酶的動力學機制，填補了國際上近一百年來光合作用途徑中，葉綠素生物合成關鍵酶的三維結構的空白，具有“里程碑”式的意義。

這一研究發(fā)現(xiàn)公布在10月份的Nature雜志上，文章的通訊作者為中國農業(yè)科學院生物技術研究所程奇博士，上海交大醫(yī)學院周愛武教授，以及曼徹斯特大學Nigel S. Scrutton教授。

原葉綠素酸酯氧化還原酶（POR）是催化葉綠素生物合成中的光依賴性步驟，這對地球上所有利用光合作用的生命至關重要。POR是三種已知的光依賴的蛋白酶之一，它催化底物原葉綠素的還原，進而形成葉綠素。雖然有著如此重要的生物學作用，但是POR光催化的結構基礎仍然未知。

LPOR在光合作用中的重要作用

在葉綠素（Chl）的合成過程中，從谷氨酰-tRNA(Glu-tRNA)開始到Chl b的合成結束為止一共包括16步,由20多個基因編碼的16種酶完成。其中光驅動原葉綠素酸脂Pchlide的C17=C18雙鍵還原生成葉綠素酸酯-a (葉綠素-a的直接前體)。該反應由POR酶催化，是葉綠素生物合成途徑中的關鍵調控步驟。該催化反應所涉及的激發(fā)態(tài)Pchlide和蛋白質之間的相互作用，是C17=C18雙鍵被光催化還原的關鍵。

這篇文章報道了在不同衍射率（1.4A?,1.8A?，2.4A?）下的LPOR酶單體、LPOR-NADPH蛋白復合體的晶體結構。通過對LPOR晶體結構的解析及LPOR-NADPH-原葉綠素酸酯三元復合物的精準建模，闡明了LPOR蛋白催化原葉綠素酸酯轉化為葉綠素酸酯的精準過程，為植物如何利用光能驅動酶催化提供了重要信息，也為定量的能量轉化反應精細計算分析鋪平了道路。對光催化的化學和生物催化劑及相關蛋白小分子抑制劑的工程化設計均具有重要意義。

這項研究對于理解光如何驅動酶促反應，從而把光能轉化為化學能提供了重要的信息，同時也對光催化小分子藥物的設計具有一定的指導意義。

原文標題：

Structural basis for enzymatic photocatalysis in chlorophyll biosynthesis