原叶绿素酸酯氧化还原酶（POR）是催化叶绿素生物合成中的光依赖性步骤，这对地球上所有利用光合作用的生命至关重要。POR是三种已知的光依赖的蛋白酶之一，它催化底物原叶绿素的还原，进而形成叶绿素。虽然有着如此重要的生物学作用，但是POR光催化的结构基础仍然未知。2019年10月24日，《Nature》杂志在线发表了来自英国曼彻斯特大学Nigel S. Scrutton课题组联合上海交大医学院周爱武课题组及中国农科院Cheng Qi课题组联合通讯题为“Structural basis for enzymatic photocatalysis in chlorophyll biosynthesis”的研究论文。该研究通过解析一系列蓝细菌原叶绿素酸酯氧化还原酶复合物的晶体结构，揭示了光催化叶绿素生物合成的分子机制！ 

在叶绿素（Chl）的合成过程中，从谷氨酰-tRNA(Glu-tRNA)开始到Chl b的合成结束为止一共包括16步,由20多个基因编码的16种酶完成。其中光驱动原叶绿素酸脂Pchlide的C17=C18双键还原生成叶绿素酸酯-a (叶绿素-a的直接前体)。该反应由POR酶催化，是叶绿素生物合成途径中的关键调控步骤。该催化反应所涉及的激发态Pchlide和蛋白质之间的相互作用，是C17=C18双键被光催化还原的关键（如下图）。 

该研究解析了来自两种蓝细菌的POR蛋白及其与烟酰胺辅酶复合物的晶体结构，模拟了Pchlide–NADPH–POR三元复合物的结构，检测了POR突变体和原叶绿素衍生物的相互作用，证明了POR活性位点结构及其与原叶绿素的结合在POR光催化化学反应中的重要性。这些研究揭示了POR活性位点如何催化来自NADPH的氢负离子的局部转移以及依赖于质子链的远距离质子转移，阐释了光驱动的原叶绿素还原的分子机制。 这项研究对于理解光如何驱动酶促反应，从而把光能转化为化学能提供了重要的信息，同时也对光催化小分子药物的设计具有一定的指导意义。国家蛋白质科学研究（上海）设施BL19U1线站为该项研究工作中晶体的衍射与数据收集处理提供了帮助和技术支持。 

光依赖性POR的晶体结构

POR-Plide-NADPH三元复合物的结构模型

POR蛋白酶催化光依赖的叶绿素生物合成的结构机制