研究解析硅藻PSI-FCPI超級複合物2.38埃解析度的三維結構

2020-12-26 生物谷

 

硅藻是海洋中的主要浮遊藻類之一，在地球碳氧等元素循環中起重要作用。硅藻含有巖藻黃素、葉綠素c、矽甲藻黃素等與綠色光合生物不同的光合色素，具有特殊的光能捕獲、能量傳遞和光保護機制。

中國科學院植物研究所光合膜蛋白結構生物學團隊致力於光合膜蛋白三維結構和功能的研究，2019年，破解羽紋綱硅藻-三角褐指藻的FCP（Fucoxanthin Chlorophyll a/c protein）捕光天線二聚體的1.8埃解析度晶體結構（Science，2019），描述FCP中葉綠素a，葉綠素c和巖藻黃素的精確結構信息。同年，該團隊與中科院院士、清華大學教授隋森芳帶領的研究團隊合作，進一步解析中心綱硅藻-纖細角毛藻的光系統II-捕光天線II複合物（Photosystem II-FCPII，PSII-FCPII）3.0埃解析度的冷凍電鏡結構，闡明其光能高效傳遞和淬滅的結構基礎（Science，2019）。然而，硅藻光系統I結合的捕光天線數量及核心與捕光天線的結合方式尚不清楚，硅藻光系統I的光能捕獲和傳遞機制也未得到解析。

近期，植物所團隊與隋森芳團隊合作，利用單顆粒冷凍電鏡技術，解析硅藻PSI-FCPI超級複合物2.38埃解析度的三維結構。研究發現，硅藻PSI-FCPI的反應中心有12個亞基，新發現的PsaR和PsaS亞基可能分別參與穩固外圍FCPI天線和從FCPI亞基向PSI核心的能量傳遞。PSI-FCPI的24個FCPIs在反應中心圍繞成三層，內層11個FCPI亞基形成一個封閉的結構，第二層的10個亞基形成半圈結構，最外層是3個亞基離核心距離達16nm。這是目前發現集合捕光天線最多的單體光系統。

PSI-FCPI結構中結合了326個葉綠素a、34個葉綠素c、102個巖藻黃素、35個矽甲藻黃素、18個β-胡蘿蔔素和大量電子傳遞體、脂質以及水分子，這與藍藻、紅藻、綠藻以及高等植物的光系統I複合物的色素組成有顯著的差異，增加了硅藻PSI-FCPI的捕光截面，可幫助硅藻吸收更多的藍綠光用於光反應。精巧設計的巨大色素網絡、錯綜排布的能量傳遞路徑，可以高效地將捕獲的太陽能層層傳遞至硅藻光系統I的反應中心。(生物谷Bioon.com）

 

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