Tetrapyrroles play fundamental roles in crucial processes including photosynthesis, respiration, and catalysis. In plants, 5-aminolevulinic acid (ALA) is the common precursor of tetrapyrroles. ALA is synthesized from activated glutamate by the enzymes glutamyl-tRNA reductase (GluTR) and glutamate-1-semialdehyde aminotransferase (GSAAT). ALA synthesis is recognized as the rate-limiting step in this pathway. We aimed to explore the contribution of GSAAT to the control of ALA synthesis and the formation of a protein complex with GluTR. In Arabidopsis thaliana, two genes encode GSAAT isoforms: GSA1 and GSA2. A comparison of two GSA knockout mutants with the wild-type revealed the correlation of reduced GSAAT activity and ALA-synthesizing capacity in leaves with lower chlorophyll content. Growth and green pigmentation were more severely impaired in gsa2 than in gsa1, indicating the predominant role of GSAAT2 in ALA synthesis. Interestingly, GluTR accumulated to higher levels in gsa2 than in the wild-type and was mainly associated with the plastid membrane. We propose that the GSAAT content modulates the amount of soluble GluTR available for ALA synthesis. Several different biochemical approaches revealed the GSAAT–GluTR interaction through the assistance of GluTR-binding protein (GBP). A modeled structure of the tripartite protein complex indicated that GBP mediates the stable association of GluTR and GSAAT for adequate ALA synthesis.

中文翻译：

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谷氨酸 1-半醛转氨酶通过 GluTR 结合蛋白与 GluTR 连接，并有助于 5-氨基乙酰丙酸合成的限速步骤

四吡咯在光合作用、呼吸作用和催化等关键过程中发挥着重要作用。在植物中，5-氨基乙酰丙酸 (ALA) 是四吡咯的常见前体。ALA 是通过谷氨酰-tRNA 还原酶 (GluTR) 和谷氨酸-1-半醛转氨酶 (GSAAT) 由活化的谷氨酸合成的。ALA 合成被认为是该途径中的限速步骤。我们旨在探索 GSAAT 对控制 ALA 合成和与 GluTR 形成蛋白质复合物的贡献。在拟南芥中，两个基因编码 GSAAT 异构体：GSA1 和 GSA2。两个 GSA 敲除突变体与野生型的比较揭示了叶绿素含量较低的叶片中 GSAAT 活性降低和 ALA 合成能力的相关性。gsa2 中的生长和绿色色素沉着比 gsa1 中的受损更严重，表明 GSAAT2 在 ALA 合成中的主要作用。有趣的是，GluTR 在 gsa2 中的积累水平高于野生型，主要与质体膜有关。我们建议 GSAAT 含量调节可用于 ALA 合成的可溶性 GluTR 的量。几种不同的生化方法通过 GluTR 结合蛋白 (GBP) 的帮助揭示了 GSAAT-GluTR 相互作用。三方蛋白复合物的模型结构表明，GBP 介导 GluTR 和 GSAAT 的稳定结合，以实现足够的 ALA 合成。GluTR 在 gsa2 中的积累水平高于野生型，主要与质体膜有关。我们建议 GSAAT 含量调节可用于 ALA 合成的可溶性 GluTR 的量。几种不同的生化方法通过 GluTR 结合蛋白 (GBP) 的帮助揭示了 GSAAT-GluTR 相互作用。三方蛋白复合物的模型结构表明，GBP 介导 GluTR 和 GSAAT 的稳定结合，以实现足够的 ALA 合成。GluTR 在 gsa2 中的积累水平高于野生型，主要与质体膜有关。我们建议 GSAAT 含量调节可用于 ALA 合成的可溶性 GluTR 的量。几种不同的生化方法通过 GluTR 结合蛋白 (GBP) 的帮助揭示了 GSAAT-GluTR 相互作用。三方蛋白复合物的模型结构表明，GBP 介导 GluTR 和 GSAAT 的稳定结合，以实现足够的 ALA 合成。