研究团队对光合作用的超复合物结构提出了新的看法

亚利桑那州立大学的一组科学家通过确定非常大的光合超复合物的结构，向解开光合作用的秘密迈出了重要的一步。

这一重要发现在今天发表在“自然结构与分子生物学”上的论文中得到了阐述。该论文的标题是“应力诱导光系统I - IsiA天线超复合体的结构”。

“超复合物是天线蛋白和光合化学反应中心之间的关联，存在于所有光合生物中，”分子科学学院和生物设计研究所应用结构发现中心的助理教授Yuval Mazor解释说。“这一特殊的一种来自蓝细菌，细菌的一类(门)，其中含氧光合作用最初出现(几十亿年前)，后来演变成我们今天所知的所有类型的含氧光合作用。”

Mazor的团队包括博士后研究员Hila Toporik和研究生Jin Li。与所有属于分子科学学院和应用结构发现中心的助理教授Po-Lin Chiu以及John M. Cowley高分辨率电子显微镜中心副研究员Dewight Williams合作。

植物，藻类和蓝细菌利用光合作用产生氧气和减少碳，如碳水化合物，它们构建和燃烧我们整个生物圈。有两种色素 - 蛋白质复合物协调氧光合作用中的初级光反应：光系统I(PSI)和光系统II(PSII)。了解这些光系统如何发挥其魔力是科学长期追求的目标之一。

物理学家和诺贝尔奖获得者理查德·费曼(Richard Feynman)曾经说过：“很容易回答许多基本的生物学问题;你只需要看看这个问题!”实际上，结构生物学背后的核心思想是，一旦人们能够足够详细地“观察”“事物”以辨别其原子结构，人们自然能够回答复杂生物过程的组成部分和参与者的方式和原因。以他们的方式工作。

在过去几年中，单粒子低温电子显微镜(cryo-EM)特别引发了结构生物学的革命，并已成为一个新的主导学科。Cryo-EM使研究人员能够看到几年前根本无法获得的生物结构，现在正在详细揭示前所未有的复杂结构。

实际上，ASU的分子科学学院和文理学院的专家正在使用这种技术，这使得能够阐明PSI-IsiA复合物的结构。在实验室中，这种特殊的超级复合物是由低铁环境下的蓝细菌或过量的光通量产生的。然而，在“现实世界”中，铁以非常低的浓度存在，高光可以是规则而不是例外，因此最终PSI-IsiA是光系统I的一种非常常见的形式，光合作用的两个基本引擎之一。

该复合物的大小是独特的，具有已知分子结构的最大光合超复合物，并且具有超过700种不同分子(主要是光捕获分子)的复杂性构成完整结构。

PSI-IsiA超复合物中有591个叶绿素，是迄今为止已知结构的任何光合超级复合物中结合色素数量最多的。

蓝藻在胁迫下表达这种复合物的能力在这些条件下的生存中起着重要作用。这种复合体也代表了一大类天线，它们在海洋蓝藻中非常常见，它们占全球光合作用总产量的很大一部分(估计值在15%到25%之间变化)。Mazor强调他们的工作是在一个共同的实验室菌株上完成的，而不是在一个海洋物种上。

目前的结构揭示了这台庞大机器最重要的细节。作为膜嵌入天线蛋白的蓝细菌分支的第一个例子，它为评估蓝细菌的光捕获和光保护机制(来自过量或波动的光照条件)奠定了基础。

了解IsiA光合超复合物的复杂性和功能将最终有助于确保我们在地球上拥有稳定的能源供应，这无疑是21世纪的核心挑战之一。

作者要感谢亚利桑那州立大学Erying材料中心使用Titan Krios以及NSF MRI 1531991对该仪器的资助。该研究由亚利桑那州立大学的创业补助金资助。

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