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研究揭示光合藍(lán)細(xì)菌超分子復(fù)合體組裝與能量傳遞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
作者：孟凌霄  來源：中國科學(xué)報(bào)
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中國科學(xué)院生物物理研究所研究員李梅團(tuán)隊(duì)與北京工業(yè)大學(xué)教授曹鵬、英國利物浦大學(xué)/中國海洋大學(xué)劉魯寧教授團(tuán)隊(duì)近日揭示光合藍(lán)細(xì)菌PSI-IsiA超分子復(fù)合體組裝與能量傳遞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。相關(guān)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(zhuǎn)移的高效協(xié)同。在藍(lán)細(xì)菌中，缺鐵條件下表達(dá)的鐵應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白A（IsiA）會圍繞光系統(tǒng)I（PSI）形成多種不同類型的超復(fù)合體，以增強(qiáng)光能捕獲和光調(diào)控能力。盡管多層IsiA-PSI 復(fù)合體在藍(lán)細(xì)菌適應(yīng)環(huán)境脅迫中發(fā)揮重要作用，但其精細(xì)的三維結(jié)構(gòu)、組裝機(jī)制及能量傳遞途徑未被深入解析。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用單顆粒冷凍電鏡手段解析了來自嗜熱藍(lán)細(xì)菌在缺鐵條件下分離出的兩種不同類型PSI-IsiA 超復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)。研究揭示了雙層IsiA 圍繞三聚體或單體PSI 核心形成的精細(xì)空間架構(gòu)及其一千多個色素的組織分布，并結(jié)合原子力顯微鏡原位成像，觀察到這些超復(fù)合體在膜內(nèi)的天然分布特征。
通過對PSI-IsiA超復(fù)合體結(jié)構(gòu)的深入分析，研究人員揭示了雙層IsiA蛋白如何與PSI結(jié)合形成穩(wěn)定的超分子復(fù)合體，并結(jié)合熒光共振能量轉(zhuǎn)移計(jì)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(jié)構(gòu)層面揭示了光捕獲和能量傳輸?shù)膮f(xié)同機(jī)制。這些成果為理解光合細(xì)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(hù)光系統(tǒng)提供了分子基礎(chǔ)。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)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(zhì)科學(xué)平臺、北京工業(yè)大學(xué)大型儀器設(shè)備開放共享平臺等多方技術(shù)支持與協(xié)助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67295-2
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