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科学家首次解析硅藻的光合膜蛋白结构

发布时间:2019-02-11
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2月8日,《科学》杂志发表了中科院植物所沈建仁和匡廷云团队的一篇论文,介绍了他们在世界上首次解析了硅藻的光合膜蛋白结构。这为研究硅藻的光能捕获、利用和光保护机制提供了重要的结构基础。

世界上绿色植物的光合作用主要是吸收红光和蓝紫光。绿光波段的能量基本没有被绿色植物所利用,这也是它们呈现绿色的主要原因。而硅藻有些例外。

世界上已发现的硅藻至少有数万种。它们具有很强的适应能力,是海洋赤潮的主要类群之一,在海洋中从赤道到两极都有分布,甚至在淡水乃至土壤、空气中都可以存活。硅藻吸收二氧化碳的能力占全球生态系统的1/5左右,比热带雨林的贡献还高。

科学家发现,硅藻特有的捕光天线蛋白“岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体”(FCP)具有出色的蓝绿光捕获能力和极强的光保护能力,是硅藻能够在海洋中繁盛的重要原因之一。硅藻捕获蓝绿光,是为了适应深水下的弱光环境,这也使得硅藻细胞呈现红褐色。同时,FCP结合的岩藻黄素和硅甲藻黄素等色素参与形成了强大的光保护机制,有助于硅藻将过剩的光能转化为热量,以适应海水表面快速变化的光环境。

中科院植物所研究人员凭借样品纯化优势和制备高分辨率晶体的经验,获得了非常规则的硅藻FCP晶体,通过结构解析发现,叶绿素c是存在于硅藻和褐藻等杂色藻中的一类特殊叶绿素,其分子结构上没有其他叶绿素中常见的长疏水尾部,每个叶绿素c分子分别与2个叶绿素a分子成簇,并与其中1个叶绿素a分子紧密耦合;每个叶绿素簇内的叶绿素距离都在0。35纳米左右,可以使能量快速高效地传递。

文章来源:科技日报
责任编辑:吴一凡

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