作者:郑金武 来源:中国科学报 发布时间:2020/5/6 13:03:36
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新研究助力破译植物细胞壁形成机制

 

多糖氧乙酰化在植物细胞壁发育中具有重要意义,但对这一过程的具体机制知之甚少。来自美国布鲁克海文国家实验室Yingqi Cai的最新研究,揭示了木聚糖特异性氧乙酰转移酶(XOAT1)的结构信息和工作机制,为破译植物细胞壁形成机制迈出了重要一步。相关成果4月30日在线发表于《植物细胞》杂志。

植物细胞壁为植物细胞提供机械支持,决定其大小和形状,并影响植物的发育和应力反应。植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶等多糖组成,多糖基质中嵌入的酚类聚合物和蛋白质较少。

这些多糖中,有许多是氧乙酰化的,它通过指示两个分子是否可以交联来定义植物细胞壁的结构和机械强度。尽管多糖氧乙酰化在植物细胞壁发育中具有重要意义,但对这一过程的具体机制知之甚少。

木聚糖的氧乙酰化是植物细胞壁中半纤维素的一种主要形成方式,它影响木聚糖和其他细胞壁聚合物之间的相互作用,并进一步影响细胞壁的形成。先前的研究已确定拟南芥木聚糖特异性氧乙酰转移酶(XOAT1)在木糖基主链残基的2位进行氧乙酰化。基于这些初步的研究发现,进一步提出XOAT1的结构和机制细节,将促进科学家对植物细胞壁多糖氧乙酰化的分子机制的理解。

在本研究中,研究人员首先确定了XOAT1的催化结构:它由两个不相等的裂片组成,由一个深裂片隔开,裂片底部有一个催化三元组。该催化结构的整体构象与蛋白质数据库中的任何结构都不同。

▲XOAT1的催化结构

为了阐明XOAT1的催化机理,研究人员通过连续监测酶释放的产物来确定XOAT1是否在木聚糖主链上显示出任何位置偏好。研究发现,XOAT1专一地将氧乙酰基部分转移到木聚糖主链的2位。

接下来,研究人员继续探寻是否在XOAT1催化过程中形成乙酰酶中间体。研究结果证实,在催化三联反应中存在乙酰化酶中间体的形成,表明了XOAT1催化的氧乙酰化反应具有双取代机理。

最后,突变分析和分子模拟证实了催化三联体的重要作用,并揭示了蛋白质表面裂缝作为底物结合槽稳定受体和供体底物的能力。

研究人员指出,负责多糖修饰的酶的结构和功能特性,对于理解植物如何构建细胞壁以适应生长模式至关重要。本研究所揭示的XOAT1的结构信息和工作机制,代表了破译植物细胞壁形成机制的重要一步。这也为以后的研究奠定了基础,将有助于科学家探索如何生产更适合的酶,消化和释放这些被捕获糖的植物生物量。

相关论文信息:doi:10.1105/tpc.20.00346

 
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