#小柯機器人# 【中科院植物所與浙江大學合作解析綠硫細菌光合作用反應中心複合物冷凍電鏡結構】
光合作用是地球上規模最大的太陽能轉換過程,光合生物利用光能將無機物轉化為有機物同時釋放出氧氣(或生成硫單質),是自然界最高效的太陽能固定「機器」。綠硫細菌是一類厭氧型光合細菌,誕生在大約35億年前,是最古老的光合細菌之一。

綠硫細菌的光合作用系統包括外周捕光天線綠小體(chlorosome)、內周捕光天線FMO(Fenna-Matthews-Olson)和鑲嵌于細胞膜上的反應中心(GsbRC)。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,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尚未被解析。

圖1:綠硫細菌光合作用模式及其光反應中心(FMO-GsbRC)複合物的電鏡結構

浙江大學基礎醫學院張興課題組與中科院植物所光合膜蛋白結構生物學研究團隊合作,解析了綠硫細菌(Chlorobaculum tepidum)內周捕光天線FMO-反應中心複合物(FMO-GsbRC)的2.7埃冷凍電鏡結構。這項工作攻克了包括蛋白分離純化困難等在內的諸多難題,並首次揭示了水溶性捕光天線FMO與反應中心形成的複合物結構。

複合物內部獨特的色素分子空間排布顯示,內周天線FMO與反應中心之間的細菌葉綠素相隔距離較遠,是導致內周捕光天線向反應中心傳能效率較低的主要原因。同時,綠硫細菌反應中心兼具type-I型和type-II型反應中心的一些特徵,如:葉綠素分子數量較其他type-I型反應中心明顯減少,而與放氧生物光系統II(PSII)核心的葉綠素分子數量接近;天線葉綠素分子(antenna BChls)在電子傳遞的中心葉綠素分子兩側呈簇狀排列,與PSII核心的葉綠素排列類似,不同於其他type-I型反應中心。這項工作對於進一步探究光合作用反應中心的進化具有重要科學意義。

該研究於11月20日以長文形式在線發表於國際著名學術期刊Science,植物所博士畢業生陳景華(現為浙江大學基礎醫學院博士后)為本論文第一作者,浙江大學醫學院張興教授和中科院院士、植物所匡廷雲研究員為共同通訊作者。研究得到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院等項目資助。 (來源:中科院植物所)

相關論文信息:
DOI: 10.1126/science.abb6350
http://t.cn/A6GHAmCm

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