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蓝细菌光合作用机制研究取得新进展

核心提示: 11月27日,美国科学院院刊(PNAS)在线发表了我校生命科学技术学院教授赵开弘课题组关于蓝细菌光合作用机制研究的最新成果,该论文第一作者为生科院博士研究生赵成,教授赵开弘为论文通讯作者。

 

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南湖网讯(通讯员 周丽娟)11月27日,美国科学院院刊(PNAS)在线发表了我校生命科学技术学院教授赵开弘课题组与德国杜塞尔多夫大学博士Astrid Höppner、莱比锡大学教授Wolfgang Gärtner和慕尼黑大学教授Hugo Scheer的合作成果,论文题为“Structures and enzymatic mechanisms of phycobiliprotein lyases CpcE/F and PecE/F”。论文第一作者为生科院博士研究生赵成,教授赵开弘为论文通讯作者。

蓝细菌光合作用由藻胆体捕获光能,藻胆体由酶催化形成的色素化藻胆蛋白组成。目前已知有3类不同类型的藻胆蛋白裂合酶:S型、T型和E/F型。在赵开弘课题组发现了S型裂合酶,成功解析了T型裂合酶结构的基础上,本研究通过巧妙设计实验,提纯得到接近天然状态的高纯度CpcE/F蛋白复合物,进一步通过结构生物学解析了CpcE/F蛋白复合物的晶体结构。S型和T型裂合酶只能催化藻胆蛋白共价偶联藻胆色素,E/F型裂合酶除了催化藻胆蛋白共价偶联藻胆色素,还能催化藻胆色素脱离藻胆蛋白、藻胆色素异构化和藻胆蛋白重组与降解等诸多重要过程。因此,E/F型裂合酶在蓝细菌光合作用捕光复合物中发挥着至关重要的作用,但至今为止其结构与作用机制一直是个迷。

根据本研究得到的高分辨率的CpcE/F晶体结构,CpcE/F是一个异源二聚体复合物,整体呈现ɑ-螺线管结构,螺线管环绕形成的内部洞穴负责催化功能。这一工作证明,CpcE/F既能催化藻蓝蛋白共价偶联藻蓝胆素,也能将藻蓝胆素脱离藻蓝蛋白。根据CpcE/F结构模拟得到高同源裂合酶PecE/F蛋白复合物的结构,并通过定点突变发现PecE/F裂合酶的活性中心H87C88,从而证明该活性中心通过藻蓝胆素C10的亲核加成反应驱动藻蓝胆素异构化为藻紫胆素。

据了解,这些结构与机制研究工作为人造光合作用捕光传能元件的设计与创建,为开拓全波段光合作用创造了条件,同时也为通过光合作用捕光传能元件提高农作物光合作用水平奠定了基础。本工作由国家自然科学基金资助,农业微生物学国家重点实验室结构生物学平台也提供了大力支持。

相关链接:http://www.pnas.org/content/early/2017/11/21/1715495114.abstract

审核人:赵开弘

责任编辑:胡文欣
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