10月30日，記者從中國農科院獲悉，葉綠素合成關鍵酶的三維結構首次被解析，這一成果由中國農科院、上海交通大學、英國曼徹斯特大學的相關研究機構共同完成，并于近日發表于《自然》雜志。
萬物生長靠太陽
在生物進化的過程中，能量及物質的合成，經過了“黑暗-光明”的轉變。在生命誕生之初，大部分微生物都可以在黑暗中存活，引導它們合成物質和能量的，是一種名為DPOR（非光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶）的蛋白酶。隨著生物的進化，葉綠體逐漸形成，進化出來的高等生物產生了光合作用，這是一個可以將光能轉化為化學能的過程，而光合作用中重要的光激發酶LPOR（光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶）起到了光合反應途徑閥門的作用，誘導物質和能量的合成。
LPOR在光合作用中的重要作用。受訪者供圖
大約在百年前，科學家們就發現了這一物質，“它是葉綠素合成前一步反應的催化酶”，該論文的共同第一作者、中國農業科學院生物技術研究所助理研究員孫文麗告訴新京報記者，“在黑暗中，葉綠素的合成被原葉綠素酸酯所阻斷，當遇到光線時，受到光的激發，原葉綠素酸酯氧化還原酶將原葉綠素酸酯轉化為葉綠素酸酯，葉綠素酸酯再轉化形成葉綠素，從而啟動光合作用。”
找到光合作用的開關
然而，即便知道了基本的原理，但囿于技術原因，科學家們卻一直沒有能夠揭開LPOR蛋白結構的神秘面紗，只是通過電腦建模來模擬它的結構及運作的過程，孫文麗說，“LPOR蛋白是光激發的，穩定性不好，想要獲得其晶體并不容易。這一次我們不僅獲得了LPOR酶單體晶體，同時還獲得了LPOR-NADPH（光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶-煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）蛋白復合體的晶體結構，并在此基礎上，通過電腦建模，構建了更加精準的LPOR-NADPH-原葉綠素酸酯三元復合物結構。”
LPOR-NADPH晶體結構。受訪者供圖
據介紹，這一發現填補了國際上近一百年來光合作用相關領域的空白（葉綠素生物合成光驅動型酶LPOR及其輔因子NADPH復合體的三維晶體結構），揭秘了太陽提供給地球上一切生命的終極能量來源的生物學轉化“閥門”的真實結構及其開關功能，具有“里程碑”式的意義。
更精確的晶體結構能做什么
孫文麗介紹，新的發現，可能會在多個生物學領域的研究中，起到更重要的作用。
“簡單來說，得到光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶的晶體結構，以及其相應的復合結構，為更多領域的研究，提供了更多更準確的模型。”孫文麗說。
這一模型在光驅動型催化劑及蛋白小分子抑制劑的設計研究中都有可能用到，“當我們需要開發新的光驅動型酶，如光驅動型聚合酶時，就可能使用到這種模型”。孫文麗說。
孫文麗介紹，“植物從發芽到幼苗，要經歷一個從黃變綠的過程，這個過程，就是從光依賴型原葉綠素酸酯氧化還原酶的工作開始的，我們了解了它的結構，以及它運作的過程，就能開發出更多的、有針對性的蛋白酶，幫助農作物更好地生長”。
