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紅藻光系統(tǒng)I三維結(jié)構(gòu)解析方面研究取得進展

閱讀:1141      發(fā)布時間:2018-4-17
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光系統(tǒng)I(Photosystem I,PSI)是執(zhí)行光合作用光反應(yīng)的一個重要的色素-蛋白復(fù)合體。它通過一系列復(fù)雜的色素網(wǎng)絡(luò)捕獲太陽能,并通過驅(qū)動跨膜電子轉(zhuǎn)移從而將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,被稱作自然界中zui的光能轉(zhuǎn)化裝置。目前,上已經(jīng)解析了原核生物藍藻PSI以及高等植物豌豆PSI的捕光色素蛋白復(fù)合體I(LHCI)高分辨率結(jié)構(gòu),但關(guān)于紅藻等從原核生物向真核生物過渡的真核藻類的PSI高分辨率三維結(jié)構(gòu)研究還是一個空白。

中國科學(xué)院植物研究所研究員、中國科學(xué)院院士匡廷云與研究員沈建仁領(lǐng)導(dǎo)的研究組長期從事光合膜蛋白超大復(fù)合體的結(jié)構(gòu)與功能研究。近期,研究組通過與清華大學(xué)教授、中科院院士隋森芳團隊開展合作,利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了紅藻PSI核心與捕光天線復(fù)合物(PSI-LHCR)的3.63 ?分辨率的三維結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn),紅藻中存在2種PSI-LHCR結(jié)構(gòu)狀態(tài),分別結(jié)合了5個和3個LHCR;與高等植物全部LHCI位于PSI核心一側(cè)不同的是,結(jié)合5個LHCR的紅藻PSI-LHCR的兩個額外LHCR蛋白位于相反一側(cè),展現(xiàn)了與高等植物PSI-LHCI明顯不同的結(jié)構(gòu),顯示了處于原始形態(tài)的紅藻PSI-LHCR的特征。研究表明,紅藻PSI核心既具備了藍藻PSI的部分特征,也帶有高等植物PSI的部分特征,證實了紅藻PSI是從原核生物向真核生物進化的中間類型。研究人員還確認(rèn)了真核PsaO亞基在PSI中的位置和結(jié)合色素的情況,并確認(rèn)了紅藻LHCR中*的色素組成。

該研究不僅揭示了紅藻PSI-LHCR的*結(jié)構(gòu)和能量傳遞特征,顯示了紅藻PSI結(jié)構(gòu)對環(huán)境變化的適應(yīng)性,以及PSI從原核生物向真核生物進化過程中的結(jié)構(gòu)變化,對于闡明PSI的進化和功能具有重要意義。這是該研究組繼2015年解析了高等植物PSI-LHCI高分辨率三維結(jié)構(gòu)之后的又一重要進展。

該研究成果于4月9日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)。清華大學(xué)博士研究生皮雄和植物所沈建仁研究組博士后田立榮為論文共同*作者,沈建仁和隋森芳為共同通訊作者,匡廷云參與了該研究的整體設(shè)計。該研究得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、中科院先導(dǎo)項目、前沿重點項目和院長基金的共同資助。(生物谷)

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