蔗糖可以帮助绿色生命体对抗非生物胁迫,包括冷冻、干旱等。蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖合成过程中的限速酶,但是,绿色生命体的SPS的晶体结构尚未解析,且SPS的催化机制未完全阐明。本文以来自细长嗜热聚球藻(Thermosynechococcus elongatus)的Uniprot编码为tll1590(TeSPS)为研究对象,鉴定其底物及酶活性,并解析其晶体结构。具体研究内容及结果如下:首先构建tll1590的pET28a重组质粒,转化至E.coli BL21(DE3)中,经大肠杆菌扩大培养、IPTG诱导表达、Ni-NTA纯化后得到了高纯度蛋白。通过薄层层析(TLC)检测,初步推测tll1590可以使UDP-glu(UDPG)和果糖-6-磷酸(F6P)生成UDP和6-磷酸蔗糖(S6P);通过质谱(MS)确认细长嗜热聚球藻蔗糖磷酸合成酶tll1590可以催化UDPG和F6P生成UDP和S6P。在本研究中,首次报道了蔗糖磷酸合成酶tll1590与UDP和S6P的共晶体结构。结构显示tll1590具有16个α螺旋和14个β折叠,UDP和S6P被结合在两个结构域(A-和B-结构域)结合的界面上。在催化位点内,His158和Glu331的侧链以及UDP的两个磷酸基团与S6P中葡萄糖残基的四个羟基形成氢键,使这四个羟基部分带负电,从而促进了C1-羰基离子的形成。His158与其中一个羟基之间氢键的断裂可能引发C1-羰基离子与F6P的C2-羟基之间的共价键形成。His158和Glu331是促进反应完成的关键氨基酸。两个突变体(H158A和E331A)完全失去了所有的催化活性。作者还制备了单独的A-和B-结构域,并解析了A-结构域的晶体结构。结构显示A-结构域中的两个环(loop1和loop2)由于太过于活跃,它们的结构无法解析。温度因子(B-factor)分析及全长酶和A-结构域的分子动力学模拟表明,loop1和loop2对底物和产物的结合和释放至关重要。另外,tll1590的反应时间梯度表明,该酶的反应时间很快;温度梯度表明,该酶在70℃时表现出最高的活性,说明该酶具有工业化生产S6P的潜力。综上所述,本文通过晶体结构学及酶学实验证明了tll1590是一种蔗糖磷酸合成酶,该酶具有良好的活性并且耐高温,推测该酶具有工业化生产S6P的潜力。