【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】光合作用分為光反應和卡爾文循環(huán)(暗反應)兩個階段，其中卡爾文循環(huán)包括多步酶促反應，利用光反應過程中產(chǎn)生的ATP和NADPH固定二氧化碳，生成碳水化合物。因此盡管卡爾文循環(huán)不需要光能，但該過程仍受到光/暗調(diào)控。光反應階段中光信號經(jīng)由一系列蛋白終轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸€原信號，通過硫氧還蛋白(TRX)調(diào)控卡爾文循環(huán)及大量下游反應。葉綠體磷酸核酮糖激酶(PRK)和甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)是卡爾文循環(huán)的關鍵酶，分別消耗光反應過程中產(chǎn)生的ATP和NADPH，并均受到TRX的氧化還原調(diào)控，處于還原態(tài)時為激活狀態(tài)，氧化態(tài)時為失活狀態(tài)。此外，葉綠體中另一個蛋白CP12也受TRX調(diào)控，并能在氧化狀態(tài)下與PRK、GAPDH相互作用形成GAPDH/CP12/PRK復合物。復合物形成后，兩個酶的活性均進一步受到抑制。
 

　　5月8日，植物研究雜志THE PLANT CELL 發(fā)表了中國科學院生物物理研究所李梅/常文瑞組的研究成果，題為Photosynthetic Phosphoribulokinase Structures: Enzymatic Mechanisms and the Redox Regulation of the Calvin-Benson-Bassham Cycle，揭示了光合作用卡爾文循環(huán)(暗反應)中PRK的催化反應機制，并為卡爾文循環(huán)受光照/黑暗調(diào)控的機理提供了結(jié)構(gòu)基礎。
 

　　該項工作中，研究人員解析了PRK及其復合物的晶體結(jié)構(gòu)，包括來源于藍藻的PRK結(jié)合輔因子二磷酸腺苷(ADP)和葡萄糖-6-磷酸(G6P)的晶體結(jié)構(gòu)，分別處于氧化態(tài)和還原態(tài)的擬南芥PRK的晶體結(jié)構(gòu)，以及擬南芥PRK與GAPDH、CP12形成的GAPDH/CP12/PRK復合物的晶體結(jié)構(gòu)。基于結(jié)構(gòu)信息，結(jié)合突變體測活與親和力實驗結(jié)果，確定了PRK的活性位點以及參與催化的關鍵結(jié)構(gòu)域和氨基酸，解釋了PRK受氧化還原調(diào)控的分子機理，展示了GAPDH/CP12/PRK復合物中各蛋白之間相互作用的具體細節(jié)，并揭示了CP12響應氧化還原信號調(diào)控PRK及GAPDH活性的作用機制。這些研究結(jié)果為深入理解PRK的催化機理以及卡爾文循環(huán)的精細調(diào)控提供了重要結(jié)構(gòu)信息。
 

　　生物物理所研究員李梅為論文的通訊作者，博士生于愛玲和博士解媛為該項工作的共同第一作者。該研究工作得到科技部重點研發(fā)計劃、中科院B類先導專項、中科院前沿科學重點研究項目、國家自然科學基金的共同資助。數(shù)據(jù)收集和樣品分析等工作得到上海光源、生物物理所蛋白質(zhì)科學研究平臺等有關工作人員的支持和幫助。