張鵬團隊解析藍藻碳酸鹽轉運蛋白的結構基礎

　　碳酸氫鹽轉運蛋白在哺乳動物的pH穩態和水生光合自養生物的光合作用中起重要作用。許多碳酸氫根轉運蛋白已被表征，其中BicA是一種低親和力，高通量SLC26家族的碳酸氫根轉運蛋白，參與了藍藻CO2濃縮機制（CCM）的積累，從而積累了CO2并改善了光合碳固定。

　　2019年11月11號，中國科學院上海生物科學研究所植物生理生態研究所張鵬團隊在Nature Plants上在線發表題為Structural mechanism of the active bicarbonate transporter from cyanobacteria的研究論文。該研究解析了藍藻BicA的三維結構。解決了BicA的跨膜結構域(BicaTM)和細胞質STA結構域(Bichastas)的晶體結構問題。提高了我們對藍藻碳酸氫鹽轉運蛋白的結構和功能的認識，并將為異源生物中生物工程功能BicA的策略提供參考，以增加對CO2的吸收。

　　2019年10月16號，中科院上海植物生理生態所張鵬研究團隊在Cell Research上在線發表了題為Crystal structure of plant PLDα1 reveals catalytic and regulatory mechanisms of eukaryotic phospholipase D的研究論文。研究測定了全長植物PLDα1在apo狀態和與PA的配合物中的晶體結構，揭示了真核磷脂酶D(PLD)的催化和調控機制。

　　在生物系統中，二氧化碳與碳酸氫鹽在化學平衡中普遍存在。CO2到碳酸氫鹽的轉化有利于CO2遷移到細胞中，并且對于維持pH同源物S1是關鍵的。在哺乳動物中，CO2是在線粒體中發生的呼吸的主要代謝物。在植物和水生光自養生物中，CO2和碳酸氫鹽作為主要碳源，它們對于光合作用和碳水化合物生產2-4是必需的。與可在生物膜上自由擴散的CO2相比，碳酸氫鹽對脂質雙層是不可滲透的，并且需要跨膜的碳酸氫鹽轉運蛋白主動通過膜。

　　在藍藻中，位于質膜中的碳酸氫鹽轉運體與胞質中的CO2吸收復合物和CO2固定細胞器--羧體相互作用，形成有效的CCMs，大量積累CO2，促進核酮糖1，5-二磷酸羧化酶(Rubisco)的羧化，從而增強CO2的固定作用，在藍細菌1中鑒定出三種碳酸氫鹽轉運體：BCT 1、SbtA和BICA。BICA是一種低親和力的高通量Na依賴的HCO 3?轉運體，廣泛分布于藍藻中，被認為是植物葉綠體中的一個很有前途的靶點，可用于促進植物葉綠體的光合作用。然而，在擬南芥和煙草模型植物中還沒有一種活性的BICA表達，強調迫切需要對碳酸氫鹽轉運體的結構、活化和調控進行詳細的機理理解。

Na +依賴性HCO3-轉運蛋白BicA和NBCe1的轉運機理

　　在這里，研究人員解析了藍藻BicA的三維結構。解決了BicA的跨膜結構域(BicaTM)和細胞質STA結構域(Bichastas)的晶體結構。在向內的HCO3結合構象中捕獲雙ATM，并采用“7+7”的折疊單體。HCO3與膜內的面向細胞質的親水口袋結合。Bicastas被組裝成緊湊的同源二聚體結構，并且是BicA的二聚所必需的。BicA的二聚體結構進一步用冷凍電子顯微鏡和全長BicA的生理分析進行了分析，并可能代表SLC26家庭轉運蛋白的生理單位。將BicATM結構與其他碳酸氫鹽轉運蛋白的朝外跨膜結構域結構進行比較，提出了適用于SLC26 / 4家族的鈉依賴性碳酸氫鹽轉運蛋白的電梯轉運機制。這項研究提高了我們對藍藻碳酸氫鹽轉運蛋白的結構和功能的認識，并將為異源生物中生物工程功能BicA的策略提供參考，以增加對CO2的吸收。