香港大學林文量團隊發表葉綠體能量流的新認知

2021-01-21 植物研究進展

光合作用是植物重要的能源收集過程，通過吸收陽光、二氧化碳和水來製造糖分及氧氣。不過，當沒有陽光時，植物仍需要一定能量維繫其晚間活動。傳統認為，能量分子三磷酸腺苷（ATP）可以自由進出C3植物中的葉綠體，以提供其所需能量  (Heldt, 1969)，此文章50年來已被引用200多次。香港大學生物科學學院林文量團隊採用螢光蛋白即時觀察植物內葉綠體及細胞質內的ATP濃度變化，發現ATP根本無法有效地進入成熟的擬南芥(Arabidopsis thaliana)葉綠體，這發現打破了五十年以來的傳統認知。有關結果已於早前刊登於《美國國家科學院院刊》(Voon et al., 2018)。為了釐清其發現與前人結果的差異，林文量團隊近月於《國家科學評論》發表了一篇觀點文章」ATP translocation and chloroplast biology」。

該文亦詮釋了最新的發現如何推動了我們對葉綠體生物能量學的認知，包括：

(一) 為何ATP只能進入未完全發育的葉綠體，而不是成熟的葉綠體；

(三) 為何葉綠體輸出還原當量對光合作用是必要的；(四) 成熟葉綠體晚上如何能夠取得ATP以維持其能量需要。

下圖描述了擬南芥葉綠體生物能量學的三種不同處境：

(A) 處於萌芽階段時，發育未完全的葉綠體如何獲取ATPHeldt, H.W. (1969). Adenine nucleotide translocation in spinach chloroplasts. The FEBS journal 5, 11-14.Voon, C.P., Guan,X., Sun, Y., Sahu, A., Chan, M.N., Gardeström, P., Wagner, S., Fuchs, P.,Nietzel, T., Versaw, W.K., et al. (2018). ATP compartmentation in plastids and cytosol of Arabidopsis thaliana revealed by fluorescent protein sensing. Proc Natl Acad Sci U S A 115, 10778-10787.https://academic.oup.com/nsr/article/6/6/1073/5530979

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