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研究揭示光合藍細菌超分子復合體組裝與能量傳遞的結構基礎
作者：孟凌霄  來源：中國科學報
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中國科學院生物物理研究所研究員李梅團隊與北京工業(yè)大學教授曹鵬、英國利物浦大學/中國海洋大學劉魯寧教授團隊近日揭示光合藍細菌PSI-IsiA超分子復合體組裝與能量傳遞的結構基礎。相關論文12月20日發(fā)表于《自然-通訊》。
光合作用是地球上生命賴以生存的過程，其核心在于光能捕獲與電子能量轉移的高效協(xié)同。在藍細菌中，缺鐵條件下表達的鐵應激誘導蛋白A（IsiA）會圍繞光系統(tǒng)I（PSI）形成多種不同類型的超復合體，以增強光能捕獲和光調控能力。盡管多層IsiA-PSI 復合體在藍細菌適應環(huán)境脅迫中發(fā)揮重要作用，但其精細的三維結構、組裝機制及能量傳遞途徑未被深入解析。
在這項研究中，研究團隊利用單顆粒冷凍電鏡手段解析了來自嗜熱藍細菌在缺鐵條件下分離出的兩種不同類型PSI-IsiA 超復合物的三維結構。研究揭示了雙層IsiA 圍繞三聚體或單體PSI 核心形成的精細空間架構及其一千多個色素的組織分布，并結合原子力顯微鏡原位成像，觀察到這些超復合體在膜內(nèi)的天然分布特征。
通過對PSI-IsiA超復合體結構的深入分析，研究人員揭示了雙層IsiA蛋白如何與PSI結合形成穩(wěn)定的超分子復合體，并結合熒光共振能量轉移計算揭示了能量從外層IsiA、內(nèi)層IsiA 到PSI核心的傳遞路徑，從三維結構層面揭示了光捕獲和能量傳輸?shù)膮f(xié)同機制。這些成果為理解光合細菌在鐵匱乏等生存環(huán)境脅迫下如何優(yōu)化能量利用和保護光系統(tǒng)提供了分子基礎。
該研究得到了國家自然科學基金等科研項目的支持。數(shù)據(jù)采集及分析工作得到了生物物理所生物成像中心、蛋白質科學平臺、北京工業(yè)大學大型儀器設備開放共享平臺等多方技術支持與協(xié)助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67295-2
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