參與葉綠素週轉之葉綠素去植醇酶的發現

葉綠素在光合作用中負責吸收光的能量，經由結構複雜而龐大的光系統(photosystem, PS) 轉化，吸收到的光能變成了化學能，以合成各種生命物質。因此，葉綠素可說是太陽驅動地球生命活力的第一個生化媒介。由於光的能量及其它環境因子，例如高溫，會造成光系統II (PSII)裡的葉綠素結合蛋白質的損壞。因此，為了維持光合作用的效率，受損的蛋白質元件必須被降解，由新合成的蛋白質取代。結合在受損蛋白質上的葉綠素則被送進回收循環再利用。先前的研究認為這個回收循環過程涉及兩個連續的反應：1. 葉綠素的去植醇化；2. 去植醇葉綠素的再植醇化。後者由葉綠素合成酶負責，而參與第一步驟的酵素卻一直是個謎。由於百年以前，生化學家早已在試管中顯示葉綠素去植醇酵素的活性，並將它命名為葉綠素酶 (chlorophyllase)，但隨著葉綠素酶基因的發現與生化及遺傳學分析，葉綠素酶是否位於葉綠體內並參與葉綠素的代謝至今仍存在爭議。我們透過對不耐高溫的阿拉伯芥突變體的研究，意外地發現一個位於葉綠體內具有葉綠素酶活性的新穎蛋白質，其分子序列與葉綠素酶不相似，因此命名為葉綠素去植醇酶(chlorophyll dephytylase1, CLD1) 以示區別。利用遺傳及生化學的研究工具，我們的結果顯示CLD1應該參與葉綠素回收循環的第一步，缺乏CLD1 的植物在長期高溫處理下PSII 效率顯著下降並提高死亡率。顯示葉綠素回收循環對於植物耐高溫逆境的重要性。CLD1的發現合理地解釋了葉綠素代謝中回收循環的途徑，這將有助於PSII修復機制及周邊相關問題的進一步研究和了解。

 

同研究人員:林耀斌、吳孟宸