光合膜蛋白超分子複合物精細結構獲解析

2020-11-25 科學網

 

5月29日，美國《科學》雜誌以封面文章的形式發表了中國科學院植物研究所沈建仁和匡廷雲研究團隊的一項突破性研究成果，研究人員獲得了高等植物光系統I（PSI-LHCI）光合膜蛋白超分子複合物2.8?魡的世界最高解析度晶體結構。

科研人員經過多年的累積，首次全面解析了高等植物PSI-LHCI光合膜蛋白超分子複合物的精細結構，它包括16個蛋白亞基（12個核心蛋白亞基PsaA-L及4個捕光天線蛋白亞基Lhca1-4）、155個葉綠素分子、35個類胡蘿蔔素、10個脂分子、3個鐵硫簇、2個葉綠醌和一些水分子，總分子量約600kDa。

這一研究成果首次揭示了高等植物PSI的4個不同捕光天線蛋白複合體在聚集狀態下的結構、異同以及相互關係；首次揭示了高等植物PSI捕光色素蛋白複合體全新的色素網絡系統，揭示了每種色素分子在每個結合位點上的化學性質和幾何排列，特別是首次解析了特殊的葉綠素——紅葉綠素的結構；最後，根據這一高解析度結構提出了捕光色素蛋白複合體I（LHCI）向PSI核心複合體能量傳遞可能的4條途徑。

中科院院士匡廷雲介紹，這一突破性研究成果為揭示高等植物PSI高效吸能、傳能和轉能的機理奠定了堅實的結構基礎，對於闡明光合作用機理具有重大的理論意義；為開闢太陽能利用、開發清潔能源，解決人類社會可持續發展所面臨的能源、糧食和環境等問題都具有重大戰略意義。

《科學》雜誌評委對本文給予了高度評價，他們認為：「這是一項裡程碑性質的工作。對於眾多研究領域的科學家來說，將具有顯著的重要性。同時這項工作對實現PSI-LHCI能量傳遞的理論計算和為人類理解光合捕光機理提供了可能，認為這是一次真正的突破，體現了最高的專業水平，是一項光輝的典範性工作。」（來源：中國科學報 丁佳）

相關焦點

  • Science:光合膜蛋白結構研究獲突破
    5月29日，Science期刊以長文（Article）的形式並作為封面文章發表了中國科學院植物研究所沈建仁和匡廷雲研究團隊的突破性研究成果——高等植物光系統I（PSI）光合膜蛋白超分子複合物
  • 假根羽藻重要光合膜蛋白超級複合物結構獲解析—新聞—科學網
    日前，中國科學院院士、中科院植物研究所研究員匡廷雲、研究員沈建仁帶領的團隊同濟南大學、清華大學的科研人員合作，揭示了假根羽藻一個重要的光合膜蛋白超級複合物——光系統I捕光複合物I（PSI-LHCI）的3.49Å解析度結構。
  • 科學網—非視覺阻遏蛋白與GPCR複合物結構獲解析
    本報訊（記者黃辛）中國科學院上海藥物研究所徐華強課題組、餘學奎課題組和中國科學院生物化學與細胞生物學研究所國家蛋白質科學中心（上海）叢堯課題組合作，在G蛋白偶聯受體
  • Nature Plants刊發中國海洋大學團隊藍藻光合膜天然結構研究重要...
    高光適應的藍藻光合膜超分子結構模型圖。光合作用是地球上最重要的生物能量轉化過程之一，通過光合膜上光合複合物（光系統1 PSI、光系統2 PSII、細胞色素b6f複合體Cytb6f、ATP合成酶等）間的電子傳遞將光能轉化為化學能。長期以來，人們對光合複合物的結構和功能進行了大量研究，獲得了多種光合複合物單獨的原子結構，對它們的功能也有了較深入的理解。
  • Nature Plants刊發中國海洋大學團隊藍藻光合膜天然結構研究重要進展
    光合作用是地球上最重要的生物能量轉化過程之一，通過光合膜上光合複合物（光系統1 PSI、光系統2 PSII、細胞色素b6f複合體Cytb6f、ATP合成酶等）間的電子傳遞將光能轉化為化學能。長期以來，人們對光合複合物的結構和功能進行了大量研究，獲得了多種光合複合物單獨的原子結構，對它們的功能也有了較深入的理解。
  • 【中國科學報】我國科學家破解超分子結構之謎
    植物光合作用最初光能吸收和轉換的過程由三個複合體協同完成，科學家稱之為「超分子機器」。其中，「光系統II」位於最上遊，極其重要，其結構解析難度非常大。　　5月20日，中國科學院生物物理研究所在京召開新聞發布會宣布，該所柳振峰研究組、章新政研究組與常文瑞—李梅研究組合作，首次解析了菠菜光系統II-捕光複合物II超級膜蛋白複合體（PSII-LHCII）的高精度三維結構。該研究於5月19日作為長篇主題論文在線發表於《自然》。
  • Commun.】植物所與日本科研人員合作解析紫色光合細菌LH1-RC和電子供體HiPIP超分子複合物晶體結構
    在紫色光合細菌中，光能首先被捕光天線複合物（LH2，LH1）捕獲，然後傳遞到光反應中心複合物（RC，ReactionCenter）進行電荷分離，經過一系列的電子轉移傳遞和氧化還原反應，完成光能到化學能的轉化。
  • 非視覺阻遏蛋白與GPCR複合物的三維結構解析獲進展
    近日，中國科學院上海藥物研究所徐華強課題組、餘學奎課題組和中國科學院分子細胞科學卓越創新中心/生物化學與細胞生物學研究所國家蛋白質科學中心（上海）叢堯課題組合作在GPCR跨膜信號轉導領域取得新進展——首次解析了非視覺阻遏蛋白（Arrestin2）與神經降壓素受體（NTSR1）複合物冷凍電鏡結構
  • 柳振峰 常文瑞:一種重要的光合膜蛋白
    光合作用過程中的光反應是通過光合膜上的一系列色素蛋白複合體之間的相互分工協作完成的。其中參與光能吸收、傳遞和俘獲的兩類最基本的色素蛋白複合體是：反應中心和捕光天線複合物，由光誘導的電荷分離引起的能量轉換在反應中心發生；捕光天線複合物的功能是吸收太陽能並將其傳遞給反應中心。捕光天線複合物的三維結構是植物「高光效」(高效利用光能)研究的結構基礎，對能源的利用和新能源的開發均具有重要意義。
  • 單顆粒冷凍電鏡技術助力我國學者率先破解光合作用超分子結構之謎
    (菠菜)光系統II-捕光複合物II超級膜蛋白複合體(PSII-LHCII supercomplex)的三維結構。解析植物光系統II神秘而複雜的精細結構將有助於理解該超分子機器的工作原理，也是結構生物學研究領域中多年來一直追求的熱點和難點課題，並且是光合作用研究領域中眾所期盼的一個超大膜蛋白-色素複合體三維結構。
  • 中國科學家破解光合作用最重要「超分子機器」—新聞—科學網
    其中，「光系統II」位於最上遊，極其重要，其結構解析的難度非常大。 5月20日，中國科學院生物物理研究所在北京召開新聞發布會宣布，該所柳振峰研究組、章新政研究組與常文瑞-李梅研究組通力合作，首次解析了菠菜光系統II-捕光複合物II超級膜蛋白複合體（PSII-LHCII supercomplex）的高精度三維結構。
  • 中國科學家解析植物光合作用的光系統與膜蛋白結構
    植物光合作用的最初光能吸收和轉換的過程由三個複合體協同完成，科學家稱之為「超分子機器」。其中，「光系統II」位於最上遊，極其重要，其結構解析的難度非常大。其中，圍繞在複合物外周的「捕光天線」促進了光系統II捕獲太陽能的能力。 光合作用中，光系統II扮演著將光能轉換成電能和裂解水的重要角色，被認為是人工模擬光合作用的理想模板。近年來，科學家對藍細菌、藻類和高等植物的光系統II進行了結構解析。之前圍繞植物光系統II解析結果的精度不夠高，結構不完整，科學家無法準確認識植物光系統II的工作機制。
  • 植物所等解析綠硫細菌光合作用反應中心複合物冷凍電鏡結構
    綠硫細菌的光反應中心為鐵-硫型（type-I型），核心由兩個相同的蛋白亞基構成（即同質二聚體）。綠硫細菌內周捕光天線FMO向反應中心的能量傳遞效率在35%-75%之間，顯著低於高等植物外周天線LHCI向PSI核心的能量傳遞效率（接近100%）。目前，學界尚未解析綠硫細菌的光合作用反應中心能量捕獲、傳遞和轉化的結構基礎。
  • AMPA受體與其輔助亞基cornichon的複合物結構獲解析
    AMPA受體與其輔助亞基cornichon的複合物結構獲解析 作者：小柯機器人 發布時間：2019/12/6 18:07:01 美國範德比爾特大學醫學院Terunaga Nakagawa報導了
  • 甲型病毒nsP1蛋白的結構獲解析
    甲型病毒nsP1蛋白的結構獲解析 作者：小柯機器人 發布時間：2020/12/18 16:51:12 近日，法國國家健康與醫學研究院Juan Reguera及其研究組解析出甲型病毒nsP1蛋白的結構
  • Science:研究發現植物光合作用中高效捕光的超分子機器結構
    在高等植物中，光合作用的原初反應始於一個被稱為光系統II的超分子機器，它能夠捕獲光能並將其用於驅動能量轉換和在常溫常壓下裂解水分子。高等植物的光系統II是一個複雜的膜蛋白-色素超分子複合物，通常以二體形式存在，其每個單體包含了約30個蛋白亞基以及數百個色素分子和其它輔因子。為適應不同的外界光照條件，高等植物光系統II與外周的捕光複合物組裝成多種不同形式的超級複合物。
  • 研究解析Pfam00427結構域三維結構
    來自山東大學微生物技術國家重點實驗室，山東大學海洋生物技術研究中心，清華大學的研究人員通過晶體-X射線衍射技術，第一次解析了Pfam00427結構域的三維結構
  • 神經降壓素受體1與β-arrestin1的複合物結構獲解析
    神經降壓素受體1與β-arrestin1的複合物結構獲解析 作者：小柯機器人 發布時間：2020/1/22 13:31:43 美國史丹福大學醫學院Brian K.
  • 我國科學家破解藻類水下光合作用的蛋白結構和功能
    光合作用為生物的生存提供了能量和氧氣，為利用不同環境下的光能，光合生物進化出了不同的色素分子和色素結合蛋白。硅藻是一種豐富和重要的水生光合真核生物，佔地球總原初生產力的20%。
  • 人類48S翻譯起始複合物結構獲解析
    人類48S翻譯起始複合物結構獲解析 作者：小柯機器人 發布時間：2020/9/5 15:05:25 英國MRC分子生物學實驗室的V.