清华大学和中科院植物所合作在《科学》发表论文报⊙道首个硅藻光系统II-捕光天线超级复合体的近原◆子分辨率结构
清华新闻网8月3日电 8月2日,清华大学生命科学学院隋森芳院士研究组与中科院植物所沈建仁研究员和匡廷云院士╲研究组合作在国际顶尖期刊《科学》(Science)上在线发表了题为《硅藻光系统II-捕光天线超级复合体的色素-蛋白网络结构》(The pigment-protein network of a diatom photosystem II-light harvesting antenna supercomplex)的ξ研究长文(Research Article),首次报道了通过单颗』粒冷冻电镜技术解析的海洋硅藻角毛藻(Chaetoceros gracilis)光系统II-捕光〓天线超级复合体分辨率为3.02埃的三维结构,为解释硅藻 (diatom) 高效的能量传递和强大∏的光保护机制提供了关键的结构依据。
光系统II(PSII)是☉一个色素-蛋白超级复合体,它催化光诱导的水裂解反应,将太阳能转化为化学能,并释放出氧气。为了充分利用Ψ太阳能,光合生物进化出不同的捕光天线复合体(LHCs)用来捕获太∴阳能,并将能量传递给光系统II。捕光天线复合体II(LHCII)与PSII核心结合形成PSII-LHCII超级复合体。生活在不同环▓境处在不同光照条件下的不同进化路线上的光合生物有着复杂多变的LHCII。LHCII除了捕获光能之外,还有一个重要功能就是将强光照条件下吸收「的多余的能量耗散掉,从而避免强光对光系统的损伤。
图1 硅藻PSII-FCPII超级复合体在※类囊体膜上的示意图
硅藻的适应性极强,除了空气和沙漠外,几乎所有的环境中【都有硅藻,因此硅藻贡献了地球上每年原初生产力的25%左右(吸收二氧化碳的能力占全球生态系▅统的四分之一左右)。硅藻强大的适应能力依赖于其精致的细胞结构,高效的光合作用能力以及强大的光保护能力。硅藻的捕光天线系统主要结合ζ叶绿素a/c和岩藻黄素(Fx),因此硅藻的捕光天线系统被命名为FCP,独特的捕光天线系统使硅藻在水下能高效的利用蓝绿光,同时还有极强的光保护能力 (图1)。
图2 硅藻PSII-FCPII超级复卐合体整体结构。A图从类囊体基质侧看整个PSII-FCPII超级复合体,虚线将整个结构分为两个单体。B图将PSII-FCPII单体的各个亚基名称标识出来。C图和D图将类囊体腔侧的5个蛋白亚基名称标识出来。
通过单颗粒冷冻电镜技术解析的海洋硅藻角毛藻(Chaetoceros gracilis)光系统II-捕光天线超级复合体的结构的整体分辨率达到3.02埃 (图2)。该结构显示PSII-FCPII超级复合体为二聚体,每个单体包含PSII核心的24个亚基和FCPII的11个亚基,还有200多个色素︾分子以及大量的脂质分子,整个PSII-FCPII超级复合体含有70个蛋白亚基,分子量高达1.4 MDa。硅藻的PSII核心与蓝藻和高等植物的比较相似,但是在放氧中心发现了∏另外5个外周蛋白,以及另外两个跨膜蛋白亚基,这两个跨膜蛋白亚基连接了PSII核心和FCPII。FCPII主要由两个四聚体组成,其中一个四聚体与PSII核心紧密结合(ST),另外一个则较为松▆散(MT)。另外还有三个FCP单体与PSII核心结合,其中两个FCP单体介导了结合较为松散的FCP四聚体(MT)与PSII核心的结合,第三个FCP单体结合在这个四聚体的外侧。硅藻PSII-FCPII的这种组装形式△与绿色系进化路线光合生物的PSII-LHCII显著不同,硅藻紧密结合的FCP四聚体和松散结合的FCP四聚体的位置与高等植物紧密结合的LHCII三聚体和松散结合的LHCII三聚体的位置刚好相反。硅藻PSII-FCPII复合体近原子分№辨率结构还揭示了大量』的叶绿素a(Chls a), 叶绿素c(Chls c),岩藻黄素(Fx),硅甲藻黄素(Ddx)和胡萝卜素(BCR)独特的排列方式,为阐明PSII-FCPII超级【复合体独特的吸收光谱,高效的能量传递,水裂解和强大的光保护机制提供了重要基础,为揭示PSII复合体的进化演变提供了重要线索,也为人工模拟光合作用提供了新理论依据,同时为后续指导设计新型作物、提高作物的捕光和光保护效率提供了新思路。
清华大学生命科学学院博士研究生皮雄,中科↑院植物所博士研究生赵松浩和中科院植物所助理研究员王文达为本文共同第一作者。中科院植物所沈建仁研究员,清华大学生命科学学院隋森芳院士和中科院植物所匡廷云院卐士为本文共同通讯作者。国家蛋白质科学研究(北京)设施清华基地冷冻电镜平台和计算平台为数据收集和处理提供了支持。膜生物学国家重点实验室、北京市结构生物学高精尖创新中心、科技部、国家自然科学基◥金等为本研究提供了经费支持。
文章链接:
http://science.sciencemag.org/
评述链接:
http://science.sciencemag.org/
供稿:生命学院
编辑:高原
未经允许不得转载:二九年华大学门户 » 清华大学和中科院植物所合作在《科学》发表论文报道首个硅藻光系统II-捕光天线超级ω 复合体的近原子分辨率结构
相关推荐
- “‘一国两制’的澳门模式:经验与展望”暨庆祝澳门回归祖国20周年学术研讨会举办
- 让人文气氛在清华更加浓】郁——清华大学举办首场文科沙龙 畅谈国家形象的象征与表达
- “I·温度”湘西支队五入湘西耕耘,传递清华温度
- 过勇访问日○本出席2019年东京论坛 推进与日本高校的↓务实合作
- 清华大学“粤港澳大湾区公共管◥理与高级人才培养”论坛在香港举行
- 清华大学图强基金暨图强论坛启动仪式举行
- 邱勇参加英51、水工53团支部联〗合主题团日活动 寄语同学们顺应历史潮流,成就精彩人生
- 中国进出口银行原董事长、行长李若谷做客清华时事大讲堂 回顾与¤展望中国企业的国际化发展
- 【学风建设年】教师代表、电子工程系李国林在清华大学学风建设大⌒ 会上的发言
- 中航集团与清华大学国家形象传播研究中心签署战略合作协议
- 北京协和医院专家团队来校开展过敏原检测与义诊活动
- 清华大学在第四届中■国“互联网+”大学生创新创业大赛中喜获两项金奖
- 国家科学技术奖揭晓!清华作为第一完成单位获奖数居全国高校之首
- 2019年春季学期校领ㄨ导接待日举行
- 清华举行2019年院系到机关挂职干部总结会
- 清华大学围≡绕“学习党史、新中国史”举办“不忘初心、牢记使命”主题教育第三次专题辅导报告会
- 杨永恒教授做客“荷声讲坛”主讲新时代国家治理体系
- 壮丽七十载 唱响新♂时代 2019年清华大学本科生“一二·九”歌咏比赛举行
- 精仪系与南开大学电光学院联合举办”同心共战疫、青春→勇担当”线上组织生活会
- 清华深圳国际研▂究生院弥胜利、孙伟课题组在角膜基质诱导再生领域取得重大进展
新闻公告
高考招生
- 清华大学2018年本科招生章▲程 08-05
- 清华大学2016年本科招生章〓程 08-05
- 清华大学2017年本科招生章程 08-05
- 清华大学留学预科班2014年招生简章 08-05
- 清华大学2015年本科招生章程 08-05
- 清华大学2013年本科招生章程 08-05
- 清华大学2014年本科招生章程 08-05
- 清华大学2011年招生章程 08-05
- 清华大学2012年本科招生章程 08-05
- 清华大学2009年招生章程 08-05