（2021.3.16 植物生物技術(shù)Pbj）

葉綠素是光合作用的必需因子，承擔(dān)光能捕獲和光化學(xué)反應(yīng)。與其他環(huán)狀四吡咯分子相比，葉綠素在結(jié)構(gòu)上具有一個(gè)獨(dú)特的第五環(huán)，該環(huán)的形成顯著改變了共軛π電子在大環(huán)上的分布，從而大為增強(qiáng)并紅移了Qy吸收峰，為最終的葉綠素吸收光譜奠定了基礎(chǔ)。催化第五環(huán)形成的酶可分為兩種機(jī)制迥異的類(lèi)型，一種是厭氧型，另一種是好氧型。地球上絕大部分葉綠素的合成依賴(lài)于好氧型環(huán)化酶，而該酶也是葉綠素合成路徑上的一個(gè)研究難點(diǎn)，曾經(jīng)困擾學(xué)界70余年。

該課題組于2017年在PNAS發(fā)表文章，報(bào)道了對(duì)自然界三種好氧環(huán)化酶的鑒定工作。接著又于2018年在Science Advances報(bào)道了在大腸桿菌中異源表達(dá)的好氧環(huán)化酶的活性，從而證明了已知亞基的完備性。在以上體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文報(bào)道了對(duì)亞基組成上最為簡(jiǎn)單，即只含一個(gè)亞基AcsF的好氧環(huán)化酶的體外研究。研究人員獲得了足量高純度的重組AcsF蛋白，并對(duì)其做了詳細(xì)的生化表征，在體外重構(gòu)了酶活性，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的直接電子供體是還原態(tài)的鐵氧蛋白，實(shí)現(xiàn)了在試管中“紅變綠”的好氧環(huán)化酶反應(yīng)。酶促動(dòng)力學(xué)分析測(cè)定了反應(yīng)的米氏常數(shù)和轉(zhuǎn)換數(shù)，以及好氧環(huán)化酶對(duì)底物的解離常數(shù)。

好氧環(huán)化酶催化的是復(fù)雜的涉及到總共6個(gè)電子轉(zhuǎn)移的多步反應(yīng)。本研究通過(guò)采用一定的酶濃度梯度，在體外酶活實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到兩個(gè)反應(yīng)中間體，并通過(guò)液相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用，確定了其化學(xué)結(jié)構(gòu)。本研究還報(bào)道了一個(gè)概念證明實(shí)驗(yàn)，即在體外系統(tǒng)把好氧環(huán)化酶與植物光系統(tǒng)I偶聯(lián)，發(fā)現(xiàn)在光照條件下，光系統(tǒng)I產(chǎn)生的還原態(tài)鐵氧蛋白，可以支持好氧環(huán)化酶的反應(yīng)。該結(jié)果提示在產(chǎn)氧型光合生物中，好氧環(huán)化酶反應(yīng)很有可能是聯(lián)系葉綠素合成和光合作用光反應(yīng)活性的一個(gè)紐帶，有待未來(lái)進(jìn)一步的研究。