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新研究破译植物细胞壁形成机制
来源:中国科学报 发布时间:2020-05-13

美国布鲁克海文国家实验室科学家的最新研究,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,在破译植物细胞壁形成机制上迈出了重要一步。相关成果近日在线发表于《植物细胞》。

植物细胞壁为细胞提供机械支持,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。

这些多糖有许多是氧乙酰化的,通过指示两个分子是否可以交联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,但科学家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。先前研究已确定拟南芥XOAT1在木糖基主链残基的2位进行氧乙酰化。基于这些发现,研究人员进一步提出XOAT1的结构和机制细节,这将促进科学家对植物细胞壁多糖氧乙酰化分子机制的理解。

在该研究中,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,并由一个深裂片隔开,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。

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位置。

接下来,研究人员继续探寻在XOAT1催化过程中是否形成了乙酰酶中间体。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,该发现将有助科学家探索如何生产更适合的酶,从而消化和释放这些被捕获糖的植物生物量。

相关论文信息:https://doi.org/10.1105/tpc.20.00346


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