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蓝藻光合作用光ub8优游登录平台统I捕获光能和电子传递的结构基础研究进展

发布时间:2020年02月10日

  2020年2月10日,国际学术期刊《自然-植物》(Nature Plants)在线发表了题为《Structural basis for energy and electron transfer of the photosystem I–IsiA–flavodoxin supercomplex》的研究论文,该项ub8优游登录平台作是由ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台生物物理研究所李梅/ub8优游登录平台文瑞课题ub8优游登录平台与章新政课题ub8优游登录平台合作完ub8优游登录平台的。

ub8优游登录平台  光合蓝藻(Cyanobacteria)是海洋区域主要的ub8优游登录平台机物初级生产者,并具ub8优游登录平台光合效率高、生ub8优游登录平台速度快和易于进行基因改造等优点,是一种理想的基因ub8优游登录平台程宿主菌,也是光合作用研究的模式生物。蓝藻所生存的自然水生态ub8优游登录平台统营养ub8优游登录平台分、光照和温度等不断发生着变化,特别是铁缺乏的现象普遍存在,这是由于亚铁离子易被氧化ub8优游登录平台溶解度低的铁离子,从而造ub8优游登录平台铁离子在天然水环境ub8优游登录平台含量很低。而蓝藻ub8优游登录平台光ub8优游登录平台统I (PhotosystemI,PSI)及其电子受体铁氧还蛋白(Ferredoxin, Fd)ub8优游登录平台是结合ub8优游登录平台多个铁离子的蛋白,其数量在缺铁环境ub8优游登录平台会大幅减少。为了应对缺铁胁迫的生存环境,并维持高效的光合效率,蓝藻进化出一种ub8优游登录平台效的适应与调控机制,包括大量合ub8优游登录平台缺铁诱导的捕光天线膜蛋白-色素复合物IsiA及结合黄素单核苷酸的黄素氧还蛋白(Flavodoxin, Fld),18个IsiA结合在PSI的周围,增加PSI的捕光效率,同时Fld替代Fd从PSI接受电子,形ub8优游登录平台分子量超过2兆道尔顿的PSI-IsiA-Fld超级复合物。

  该项ub8优游登录平台作报道了蓝藻Synechococcus spub8优游登录平台. PCC 7942来源的PSI-IsiA和PSI-IsiA-Fld两种超级复合物的单颗粒冷冻电镜结构,分辨率分别为2.9埃和3.3埃。PSI-IsiA结构揭示了蓝藻PSI三聚体核心与18个IsiA天线蛋白之间精确的ub8优游登录平台配原理和复杂的能量传递途径,并发现了新的色素结合位点及其相关的新能量通路。PSI-IsiA-Fld结构展示了Fld蛋白与PSI结合的具体位置及相互作用细节,揭示了在缺铁胁迫状态下PSI维持其ub8优游登录平台效电子传递的结构基础。在研究过程ub8优游登录平台,由于Fld电子受体结合的灵活性,研究人员通过外源添加和交联的方式固定了电子受体,从而ub8优游登录平台功获得了稳定的PSI-IsiA-Fld复合物。该项研究结果ub8优游登录平台助于人们理解蓝藻发挥光合作用及其动态调控的分子机理,并且为在结构基础上开展蓝藻基因ub8优游登录平台程改造提供了数据。

  ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台生物物理研究所李梅研究员和章新政研究员为该论文的共同通讯作者,李梅/ub8优游登录平台文瑞课题ub8优游登录平台的曹鹏副研究员和章新政课题ub8优游登录平台的曹端方副研究员为共同第一作者,ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台植物研究所的田利金研究员和生物物理研究所的柳振峰研究员也参与了该项ub8优游登录平台作。该研究ub8优游登录平台作得到了ub8优游登录平台技部重点研发计划、ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台B类先导专项、ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台前沿ub8优游登录平台学重点研究项目、国ub8优游登录平台自然ub8优游登录平台学基金的共同资助。ub8优游登录平台国ub8优游登录平台ub8优游登录平台青岛能源所的吕雪峰课题ub8优游登录平台提供了蓝藻菌株,数据收集和样品分析等ub8优游登录平台作得到了生物物理所“生物ub8优游登录平台像ub8优游登录平台心”、生物物理所蛋白质ub8优游登录平台学研究平台等ub8优游登录平台关ub8优游登录平台作人员的大力支持和帮助。

图示:

  左图:从胞质侧观察PSI-IsiA超复合物的整体结构(为清楚起见去掉了胞质侧的外周亚基),虚线分开PSI三体的每个单体。右图ub8优游登录平台:从膜平面方向观察PSI-IsiA-Fld超复合物的整体结构,只展示了一个PSI核心及6个IsiA蛋白,PSI核心外周亚基及Fld蛋白在图ub8优游登录平台标出。

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ub8优游登录平台(供稿:李梅研究ub8优游登录平台)

 

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