硅藻PSI-FCPI超級復(fù)合物2.38埃分辨率的三維結(jié)構(gòu)
硅藻是海洋中的主要浮游藻類之一，在地球碳氧等元素循環(huán)中起重要作用。硅藻含有巖藻黃素、葉綠素c、硅甲藻黃素等與綠色光合生物不同的光合色素，具有特殊的光能捕獲、能量傳遞和光保護(hù)機(jī)制。
中國科學(xué)院植物研究所光合膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)團(tuán)隊致力于光合膜蛋白三維結(jié)構(gòu)和功能的研究，2019年，破解羽紋綱硅藻-三角褐指藻的FCP（Fucoxanthin Chlorophyll a/c protein）捕光天線二聚體的1.8埃分辨率晶體結(jié)構(gòu)（Science，2019），描述FCP中葉綠素a，葉綠素c和巖藻黃素的精確結(jié)構(gòu)信息。同年，該團(tuán)隊與中科院院士、清華大學(xué)教授隋森芳帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊合作，進(jìn)一步解析中心綱硅藻-纖細(xì)角毛藻的光系統(tǒng)II-捕光天線II復(fù)合物（Photosystem II-FCPII，PSII-FCPII）3.0埃分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，闡明其光能高效傳遞和淬滅的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（Science，2019）。然而，硅藻光系統(tǒng)I結(jié)合的捕光天線數(shù)量及核心與捕光天線的結(jié)合方式尚不清楚，硅藻光系統(tǒng)I的光能捕獲和傳遞機(jī)制也未得到解析。
近期，植物所團(tuán)隊與隋森芳團(tuán)隊合作，利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，解析硅藻PSI-FCPI超級復(fù)合物2.38埃分辨率的三維結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，硅藻PSI-FCPI的反應(yīng)中心有12個亞基，新發(fā)現(xiàn)的PsaR和PsaS亞基可能分別參與穩(wěn)固外圍FCPI天線和從FCPI亞基向PSI核心的能量傳遞。PSI-FCPI的24個FCPIs在反應(yīng)中心圍繞成三層，內(nèi)層11個FCPI亞基形成一個封閉的結(jié)構(gòu)，第二層的10個亞基形成半圈結(jié)構(gòu)，最外層是3個亞基離核心距離達(dá)16nm。這是目前發(fā)現(xiàn)集合捕光天線最多的單體光系統(tǒng)。
PSI-FCPI結(jié)構(gòu)中結(jié)合了326個葉綠素a、34個葉綠素c、102個巖藻黃素、35個硅甲藻黃素、18個β-胡蘿卜素和大量電子傳遞體、脂質(zhì)以及水分子，這與藍(lán)藻、紅藻、綠藻以及高等植物的光系統(tǒng)I復(fù)合物的色素組成有顯著的差異，增加了硅藻PSI-FCPI的捕光截面，可幫助硅藻吸收更多的藍(lán)綠光用于光反應(yīng)。精巧設(shè)計的巨大色素網(wǎng)絡(luò)、錯綜排布的能量傳遞路徑，可以高效地將捕獲的太陽能層層傳遞至硅藻光系統(tǒng)I的反應(yīng)中心
