（2021.3.16 植物生物技術Pbj）

葉綠素是光合作用的必需因子，承擔光能捕獲和光化學反應。與其他環(huán)狀四吡咯分子相比，葉綠素在結構上具有一個獨特的第五環(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，從而大為增強并紅移了Qy吸收峰，為最終的葉綠素吸收光譜奠定了基礎。催化第五環(huán)形成的酶可分為兩種機制迥異的類型，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于好氧型環(huán)化酶，而該酶也是葉綠素合成路徑上的一個研究難點，曾經困擾學界70余年。

該課題組于2017年在PNAS發(fā)表文章，報道了對自然界三種好氧環(huán)化酶的鑒定工作。接著又于2018年在Science Advances報道了在大腸桿菌中異源表達的好氧環(huán)化酶的活性，從而證明了已知亞基的完備性。在以上體內實驗的基礎上，本文報道了對亞基組成上最為簡單，即只含一個亞基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，并對其做了詳細的生化表征，在體外重構了酶活性，發(fā)現(xiàn)反應的直接電子供體是還原態(tài)的鐵氧蛋白，實現(xiàn)了在試管中“紅變綠”的好氧環(huán)化酶反應。酶促動力學分析測定了反應的米氏常數(shù)和轉換數(shù)，以及好氧環(huán)化酶對底物的解離常數(shù)。

好氧環(huán)化酶催化的是復雜的涉及到總共6個電子轉移的多步反應。本研究通過采用一定的酶濃度梯度，在體外酶活實驗中檢測到兩個反應中間體，并通過液相色譜和質譜聯(lián)用，確定了其化學結構。本研究還報道了一個概念證明實驗，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產生的還原態(tài)鐵氧蛋白，可以支持好氧環(huán)化酶的反應。該結果提示在產氧型光合生物中，好氧環(huán)化酶反應很有可能是聯(lián)系葉綠素合成和光合作用光反應活性的一個紐帶，有待未來進一步的研究。