The Calvin-Benson-Bassham (CBB) cycle is responsible for CO2 assimilation and carbohydrate production in oxyphototrophs. Phosphoribulokinase (PRK) is an essential enzyme of the CBB cycle in photosynthesis, catalyzing adenosine triphosphate (ATP)-dependent conversion of ribulose-5-phosphate (Ru5P) to ribulose-1,5-bisphosphate. The oxyphototrophic PRK is redox-regulated, and can be further regulated by reversible association with both glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) and oxidized chloroplast protein CP12. The resulting GAPDH/CP12/PRK complex is central in the regulation of CBB cycle; however, the PRK-CP12 interface in the recently reported cyanobacterial GAPDH/CP12/PRK structure was not well resolved, and the detailed binding mode of PRK with ATP and Ru5P remains undetermined, as only apo-form structures of PRK are currently available. Here, we report the crystal structures of cyanobacterial (Synechococcus elongatus) PRK in complex with adenosine diphosphate and glucose-6-phosphate, and of the Arabidopsis thaliana GAPDH/CP12/PRK complex, providing detailed information regarding the active site of PRK, and the key elements essential for PRK-CP12 interaction. Our structural and biochemical results together reveal that the ATP binding site is disrupted in the oxidized PRK, whereas the Ru5P binding site is occupied by oxidized CP12 in GAPDH/CP12/PRK complex. This structure-function study greatly advances the understanding of reaction mechanism of PRK and the subtle regulations of redox signaling for the CBB cycle.

Calvin-Benson-Bassham（CBB）循环负责氧化光养植物中的CO2同化和碳水化合物的产生。磷酸bulokinase（PRK）是光合作用中CBB循环的重要酶，可催化三磷酸腺苷（ATP）依赖性的5-磷酸核糖（Ru5P）转化为1,5-5-核糖核糖。氧养养性PRK是氧化还原调节的，并且可以通过与3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）和氧化的叶绿体蛋白CP12的可逆结合来进一步调节。所得的GAPDH / CP12 / PRK复合物在CBB循环的调节中起核心作用。但是，最近报道的蓝细菌GAPDH / CP12 / PRK结构中的PRK-CP12界面尚未得到很好的解析，并且PRK与ATP和Ru5P的详细结合方式仍然不确定，因为目前只有PRK的脱辅基形式结构可用。在这里，我们报告与二磷酸腺苷和6磷酸葡萄糖和复杂的拟南芥GAPDH / CP12 / PRK复合体中的蓝细菌（Synechococcus elongatus）PRK的晶体结构，提供了有关PRK活性位点的详细信息，以及PRK-CP12交互必不可少的关键元素。我们的结构和生化结果共同表明，氧化的PRK中的ATP结合位点被破坏，而GAPDH / CP12 / PRK复合物中的氧化的CP12占据了Ru5P结合位点。这项结构功能研究极大地促进了对PRK反应机理的理解以及CBB循环中氧化还原信号的细微调节。我们报告了与二磷酸腺苷和6-磷酸葡萄糖复合的蓝细菌（Synechococcus elongatus）PRK的晶体结构，以及拟南芥GAPDH / CP12 / PRK复合物，提供了有关PRK活性位点和关键元素的详细信息PRK-CP12相互作用必不可少的。我们的结构和生化结果共同表明，氧化的PRK中的ATP结合位点被破坏，而GAPDH / CP12 / PRK复合物中的氧化的CP12占据了Ru5P结合位点。这项结构功能研究极大地促进了对PRK反应机理的理解以及CBB循环中氧化还原信号的细微调节。我们报告了与二磷酸腺苷和6-磷酸葡萄糖复合的蓝细菌（Synechococcus elongatus）PRK的晶体结构，以及拟南芥GAPDH / CP12 / PRK复合物，提供了有关PRK活性位点和关键元素的详细信息PRK-CP12相互作用必不可少的。我们的结构和生化结果共同表明，氧化的PRK中的ATP结合位点被破坏，而GAPDH / CP12 / PRK复合物中的氧化的CP12占据了Ru5P结合位点。这项结构功能研究极大地促进了对PRK反应机理的理解以及CBB循环中氧化还原信号的细微调节。以及PRK-CP12相互作用必不可少的关键要素。我们的结构和生化结果共同表明，氧化的PRK中的ATP结合位点被破坏，而GAPDH / CP12 / PRK复合物中的氧化的CP12占据了Ru5P结合位点。这项结构功能研究极大地促进了对PRK反应机理的理解以及CBB循环中氧化还原信号的细微调节。以及PRK-CP12相互作用必不可少的关键要素。我们的结构和生化结果共同表明，氧化的PRK中的ATP结合位点被破坏，而GAPDH / CP12 / PRK复合物中的氧化的CP12占据了Ru5P结合位点。这项结构功能研究极大地促进了对PRK反应机理的理解以及对CBB循环氧化还原信号的微妙调节。