原文链接 Molecule of the Month: Cellulose Synthase

纤维素合成酶 Cellulose Synthase

植物一个糖一个糖来构建坚韧的纤维素。

PDB条目6wlb包含一个纤维素合成酶的三聚体，此处的排列基于整个莲花形状的电镜照片。每个亚基合成一条纤维素，这里为淡棕色。

纤维素是地球上最为丰富的生物高聚物。如果我们看看周围，这一点也不值得惊 讶，因为我们被植物包围着，而植物细胞自己则被由纤维素构成的细胞壁包围着。 纤维素本身非常简单，似乎掩饰了其在植物细胞结构中的重要功能。纤维素由葡 萄糖长链构成，有500到15000个葡萄糖单元长。这些长链并行地关联在一起形成 类似电缆的足够坚韧的纤维，然后结合在一起，组成精妙的花朵或者宏伟的红杉。

构建纤维

纤维素合成酶是在植物的细胞壁中发现的大型蛋白复合体，其能合成纤维素链和 纤维。复合物为一个近乎六对称的莲座形状，其由六个三聚体组成，每个三聚体 大概率含有由三个有细微不同的酶。PDB条目 6wlb包含一个来自杨树的三聚体。 这个结构帮助解释了一个在纤维素生物学中的长久的谜团：一条纤维素纤维有多 少条纤维素链捆绑构成？莲座型的结构给出了答案：因为每个亚基合成一条和其 他链接近的纤维素链，最后的纤维可能由18条排列好的链构成。

强化细胞壁

细胞壁构建得非常像加固的混凝土。混凝土墙由在坚固而相对脆的混凝土中埋入 坚硬的加强的钢筋。类似的，纤维素作为强健的长杆埋在其他的蛋白的基质中， 如木葡聚糖（xyloglucan）和果胶（pectin），这些共同构成了坚韧但是可以调 节的细胞壁。

工作中的纤维素合成酶

当我们仔细观察植物细胞壁，我们会发现纤维素纤维通常有特定的方向。这个方 向是由细胞内的微管控制的。纤维素合成酶复合物包括其他一些和微管相互作用 并指导合成中复合物移动还有最终纤维素纤维的位置的蛋白质。

细胞壁的艺术化概念。细胞膜为绿色，有两个纤维素合成酶复合物在合成纤维素（淡棕色）。深棕色的木葡聚糖和果胶填充在上方纤维素之间，一条蓝色的微管在膜下横穿而过。

构建部件

纤维素合成酶使用一种和UDP结合的活化的葡萄糖来合成纤维素。一些蛋白质有 合成这些构建部件的任务。UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UDP-glucose pyrophosphorylase）如下图为PDB条目 2icy，连接葡萄糖-1-磷酸和UTP。 蔗糖合成酶（sucrose synthase）如下图为PDB条目 3s27，从蔗糖和UDP来合成该分子。 这是非常重要的，因为蔗糖是叶子中合成的主要的糖，蔗糖会被提供到根，茎等 其他植物的部分来提供能量和物质。

UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（左）和蔗糖合成酶（右）。