张鹏团队解析蓝藻碳酸盐转运蛋白的结构基础

　　碳酸氢盐转运蛋白在哺乳动物的pH稳态和水生光合自养生物的光合作用中起重要作用。许多碳酸氢根转运蛋白已被表征，其中BicA是一种低亲和力，高通量SLC26家族的碳酸氢根转运蛋白，参与了蓝藻CO2浓缩机制（CCM）的积累，从而积累了CO2并改善了光合碳固定。

　　2019年11月11号，中国科学院上海生物科学研究所植物生理生态研究所张鹏团队在Nature Plants上在线发表题为Structural mechanism of the active bicarbonate transporter from cyanobacteria的研究论文。该研究解析了蓝藻BicA的三维结构。解决了BicA的跨膜结构域(BicaTM)和细胞质STA结构域(Bichastas)的晶体结构问题。提高了我们对蓝藻碳酸氢盐转运蛋白的结构和功能的认识，并将为异源生物中生物工程功能BicA的策略提供参考，以增加对CO2的吸收。

　　2019年10月16号，中科院上海植物生理生态所张鹏研究团队在Cell Research上在线发表了题为Crystal structure of plant PLDα1 reveals catalytic and regulatory mechanisms of eukaryotic phospholipase D的研究论文。研究测定了全长植物PLDα1在apo状态和与PA的配合物中的晶体结构，揭示了真核磷脂酶D(PLD)的催化和调控机制。

　　在生物系统中，二氧化碳与碳酸氢盐在化学平衡中普遍存在。CO2到碳酸氢盐的转化有利于CO2迁移到细胞中，并且对于维持pH同源物S1是关键的。在哺乳动物中，CO2是在线粒体中发生的呼吸的主要代谢物。在植物和水生光自养生物中，CO2和碳酸氢盐作为主要碳源，它们对于光合作用和碳水化合物生产2-4是必需的。与可在生物膜上自由扩散的CO2相比，碳酸氢盐对脂质双层是不可渗透的，并且需要跨膜的碳酸氢盐转运蛋白主动通过膜。

　　在蓝藻中，位于质膜中的碳酸氢盐转运体与胞质中的CO2吸收复合物和CO2固定细胞器--羧体相互作用，形成有效的CCMs，大量积累CO2，促进核酮糖1，5-二磷酸羧化酶(Rubisco)的羧化，从而增强CO2的固定作用，在蓝细菌1中鉴定出三种碳酸氢盐转运体：BCT 1、SbtA和BICA。BICA是一种低亲和力的高通量Na依赖的HCO 3−转运体，广泛分布于蓝藻中，被认为是植物叶绿体中的一个很有前途的靶点，可用于促进植物叶绿体的光合作用。然而，在拟南芥和烟草模型植物中还没有一种活性的BICA表达，强调迫切需要对碳酸氢盐转运体的结构、活化和调控进行详细的机理理解。

Na +依赖性HCO3-转运蛋白BicA和NBCe1的转运机理

　　在这里，研究人员解析了蓝藻BicA的三维结构。解决了BicA的跨膜结构域(BicaTM)和细胞质STA结构域(Bichastas)的晶体结构。在向内的HCO3结合构象中捕获双ATM，并采用“7+7”的折叠单体。HCO3与膜内的面向细胞质的亲水口袋结合。Bicastas被组装成紧凑的同源二聚体结构，并且是BicA的二聚所必需的。BicA的二聚体结构进一步用冷冻电子显微镜和全长BicA的生理分析进行了分析，并可能代表SLC26家庭转运蛋白的生理单位。将BicATM结构与其他碳酸氢盐转运蛋白的朝外跨膜结构域结构进行比较，提出了适用于SLC26 / 4家族的钠依赖性碳酸氢盐转运蛋白的电梯转运机制。这项研究提高了我们对蓝藻碳酸氢盐转运蛋白的结构和功能的认识，并将为异源生物中生物工程功能BicA的策略提供参考，以增加对CO2的吸收。