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      光合作用涉及蛋白質(zhì)活塞

      植物通過光合作用將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖和氧。因此,光合作用是我們所知的生命不可或缺的,并且已被全球各地的研究人員廣泛研究。

      光合作用涉及蛋白質(zhì)活塞

      然而,光合作用是一個復(fù)雜的微觀過程,其中一些方面仍然沒有得到很好的理解。例如,光系統(tǒng)I(PSI)是涉及光合作用的復(fù)雜蛋白質(zhì)系統(tǒng)。PSI可逆地與鐵氧還蛋白(Fd)形成復(fù)合物,其介導(dǎo)來自水的電子的轉(zhuǎn)移。PSI-Fd復(fù)合物尚未完全表征,盡管它們作為光合作用鏈中的連接具有重要性,但復(fù)合物中PSI和Fd之間的原子級相互作用仍不清楚。這是因為難以分析這種復(fù)雜蛋白質(zhì)系統(tǒng)中的弱相互作用,這部分地由復(fù)合物中的弱結(jié)合相互作用引起,使其難以結(jié)晶。

      大阪大學(xué)主導(dǎo)的國際合作最近通過收集從一種溫泉藍藻中分離出來的這種復(fù)合物的X射線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),在PSI-Fd復(fù)合物知識方面取得了突破。Genji Kurisu和合作者培養(yǎng)細菌,純化PSI-Fd復(fù)合物,然后生長復(fù)合物的晶體。隨后收集并分辨晶體的X射線數(shù)據(jù)。該綜合體的X射線數(shù)據(jù)提供了一些有趣的信息;特別是,并非所有的PSI-Fd交互都是相同的。結(jié)果報告在Nature Plants中。

      “我們發(fā)現(xiàn)PSI-Fd復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)在每個晶體不對稱單元中含有兩個PSI三聚體和六個結(jié)合Fds,”Kurisu說。“Fds是非等價的,因為它們位于距PSI不同的距離;也就是說,F(xiàn)d在PSI-Fd復(fù)合體中具有強弱結(jié)合狀態(tài)。”

      通過光譜和色譜測量進一步表征PSI-Fd復(fù)合物的結(jié)果證實了該組的發(fā)現(xiàn),這也表明Fd在復(fù)合物中具有兩種不同的結(jié)合狀態(tài)。通過考慮他們的所有實驗結(jié)果,研究人員開發(fā)了一種機制來解釋PSI-Fd復(fù)合物中兩種Fd結(jié)合狀態(tài)的形成。

      “我們建議Fd與PSI的結(jié)合會降低PSI三維結(jié)構(gòu)的對稱性,”該團隊副教授Hideaki Tanaka解釋道。“這引起了PSI亞基之一的活塞式運動,提供了一種復(fù)合物,顯示出通過PSI從供體(Cyt c6)到受體(Fd)的快速電子轉(zhuǎn)移。”

      PSI亞基的活塞式運動被認為可能作為穿過細胞膜的分子信號,以刺激快速電子轉(zhuǎn)移。

      該團隊的研究結(jié)果可能提供線索,允許優(yōu)化人工光合作用,從二氧化碳,水和光中獲取復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)。

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