科学家研究植物细胞壁 - 结构支持，帮助植物克服重力的下降 - 发现了一种蛋白质的机制细节，木质素是一种关键的细胞壁成分。该蛋白质充当目标“电子穿梭器”，提供驱动一种特定类型木质素结构单元构建的“燃料”。

这项由美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家及其合作者于2019年4月8日在植物细胞上发表的这项研究表明，这种特殊的电子穿梭与驱动其他种类木质素前体的生产不同，负责这项研究的布鲁克海文实验室生物化学家刘长军说。这些研究结果表明，控制电子穿梭蛋白的相对丰度可能是一种新的策略，用于指导哪些细胞壁构建块在植物生长时就位。

传统上，科学家们一直致力于通过关注碳的分配来控制木质素和其他细胞壁构建块的混合，碳是所有这些分子的基本骨架。这个想法是将碳驱动到可用于特定应用的分子中。

例如，木质素结构单元的某种混合物可以使细胞壁更容易分解，从而提高将生物质转化为生物燃料的效率。另一方面，丰富的一种特定的木质素聚合物可用于制备用于香料和香料的碳纤维或高价值芳族化合物。

“此前的大部分工作都直接针对将碳转化为不同生化途径的酶，”Brookhaven的刘说，他也在石溪大学担任兼职职务。

这项新工作提出了一种替代方法，针对穿梭蛋白质提供激活酶所需的电子。

“电子就像是反应的燃料，”刘解释道。“对于这些酶，没有这种燃料，这些反应就不会发生。通过靶向电子传递蛋白，我们可以选择性地重定向电子流以改变植物的木质素组成。”

生化细节

科学家通过详细研究导致三种不同木质素前体合成的生化途径，确定了电子穿梭蛋白的特异性。他们已经知道每种木质素亚型-H，G和S-的合成是由不同的氧化酶控制的，作为单一的三步羟化过程的一部分。

“对于所有三种酶，酶本身不足以使反应继续进行，”刘说。每个人都需要由伴侣蛋白质传递的电子。为了确定哪个合作伙伴 - 哪个电子穿梭蛋白 - 可以在每个步骤传递电子，科学家们用不同的免疫“钩子”标记每种酶。“我们使用这种途径中的三种酶作为诱饵，”刘说。

“标签是抗体与之结合的标记，因此您可以使用抗体捕获标记的蛋白质，”他解释说。“与每种标记蛋白质相关的蛋白质随之而来。这样我们就可以看到哪些蛋白质与三种不同的酶相互作用。”

除了鉴定已知在木质素合成途径中发挥作用的电子载体外，这些“免疫沉淀 - 质谱”研究表明，一组先前未鉴定的伴侣也与一些酶相互作用。

为了了解这些额外蛋白质合作伙伴的作用，科学家们使用了生物化学遗传学。他们使用缺乏每种特定蛋白质基因的实验拟南芥植物菌株来观察缺失基因对木质素和每种类型的亚组分(H，G和S)的总量会产生什么影响。

他们发现删除其中一种蛋白质的基因只会影响S木质素的产生。他们得出结论，这种“新鉴定的”电子穿梭蛋白必须与三步法中的最后一步相关 - 产生S木质素的步骤。

另外的生物化学研究证实了这种替代电子穿梭蛋白在S木质素生产中的独特作用的结论，以及靶向穿梭蛋白的策略背后的基本原理。

“植物利用太阳的能量将二氧化碳转化为糖类，当分解时释放的能量会流入载体蛋白质，”刘说。“特定的载体蛋白以电子的形式将这种能量传递到不同的反应中，以驱动整个代谢过程。通过控制电子流入各种途径，我们可以控制工厂生产的产品，从而控制碳转化和储存过程。植物“。