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      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
      日期:2020-12-16 發布人: 】【打印 關閉

       

        光合作用是地球上规模最大的太阳能转换过程,光合生物利用光能将无机物转化为有机物同时释放出氧气(或生成硫单质),是自然界最高效的太阳能固定“机器”。绿硫细菌是一类厌氧型光合细菌,诞生在大约35亿年前,是最古老的光合细菌之一。 

        
        绿硫细菌的光合作用系统包括外周捕光天线绿小体(chlorosome)、内周捕光天线FMO(Fenna-Matthews-Olson)和镶嵌于细胞膜上的反应中心(GsbRC)。绿硫细菌的光反应中心为铁-硫型(type-I型),核心由两个相同的蛋白亚基构成(即同质二聚体)。绿硫细菌内周捕光天线FMO向反应中心的能量传递效率在35%-75%之间,显著低于高等植物外周天线LHCI向PSI核心的能量传递效率(接近100%)。目前,绿硫细菌的光合作用反应中心能量捕获、传递和转化的结构基础尚未被解析。 

        
        浙江大学基础医学院张兴课题组与中科院植物所光合膜蛋白结构生物学研究团队合作,解析了绿硫细菌(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。 

        
        复合物内部独特的色素分子空间排布显示,内周天线FMO与反应中心之间的细菌叶绿素相隔距离较远,是导致内周捕光天线向反应中心传能效率较低的主要原因。同时,绿硫细菌反应中心兼具type-I型和type-II型反应中心的一些特征,如:叶绿素分子数量较其他type-I型反应中心明显减少,而与放氧生物光系统II(PSII)核心的叶绿素分子数量接近;天线叶绿素分子(antenna BChls)在电子传递的中心叶绿素分子两侧呈簇状排列,与PSII核心的叶绿素排列类似,不同于其他type-I型反应中心。这项工作对于进一步探究光合作用反应中心的进化具有重要科学意义。 

        
        该研究于11月20日以长文形式在线发表于国际著名学术期刊Science,植物所博士畢業生陳景華(現爲浙江大學基礎醫學院博士後)爲本論文第一作者,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爲共同通訊作者。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。 

        
        文章链接: https://science.sciencemag.org/content/370/6519/eabb6350 

       

      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

       

       

      文章来源: 中国科学院植物研究所

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