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膜生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首次揭示完整藻膽體的三維結(jié)構(gòu)
光合作用是地球上的生物賴以生存的基礎(chǔ)。為了獲取更多的光能，生物體發(fā)展出了多種捕光蛋白系統(tǒng)。其中存在于藍(lán)藻和紅藻中的藻膽體是迄今已知的最大的捕光蛋白復(fù)合物，它位于膜表面，并與位于膜中的光和反應(yīng)中心結(jié)合，能將吸收的太陽光以極高的效率傳遞給光合反應(yīng)中心以便進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為有機(jī)物并釋放氧氣。這個(gè)巨大的超分子復(fù)合體的組裝機(jī)制和光能在其中的傳遞機(jī)制一直是光合作用研究領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)問題。
膜生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室隋森芳教授研究組長期致力于利用冷凍電鏡技術(shù)研究與生物膜相關(guān)的重要蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能，曾發(fā)現(xiàn)了藍(lán)藻發(fā)菜和藍(lán)藻魚腥藻的完整藻膽體的電鏡結(jié)構(gòu)。近期該研究組攻克了藻膽體在冷凍制樣時(shí)鹽濃度高、穩(wěn)定性差、具有優(yōu)勢取向等難題，獲得了近原子分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，其中整體結(jié)構(gòu)分辨率為3.5，核心區(qū)域分辨率達(dá)到3.2。這是第一個(gè)完整藻膽體的近原子分辨率的三維結(jié)構(gòu)，也是迄今為止報(bào)道過的分辨率高于4的最大的蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)，該復(fù)合體理論分子量為16.8MDa，包含862個(gè)蛋白亞基。
該研究工作首次解析出了所有連接蛋白在功能組裝狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)；首次觀察到這些連接蛋白有序地形成了超分子復(fù)合體的結(jié)構(gòu)骨架；首次確定了藻膽體中全部2048個(gè)色素的整體排布，并推測出了多條新的能量傳遞途徑，為進(jìn)一步理解藻膽體內(nèi)的能量傳遞機(jī)制提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該研究成果于2017年10月19日在國際學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表。
