亚利桑那州立大学一组科学家通过确定一个非常大的光合超复合体结构，向揭开光合作用的秘密又迈进了一大步。这一重要发现发表在2019年5月27日出版的《自然结构与分子生物学》上。分子科学学院和生物设计研究所应用结构发现中心的助理教授尤瓦尔·马佐解释说：超复合物是存在于所有光合生物中的触角蛋白和光化学反应中心之间的联系，这种特殊的光合作用来自蓝藻，这是一种细菌(门)。
在这种细菌中，氧气光合作用首次出现(数十亿年前)，后来进化成我们今天所知道的所有类型氧气光合作用。Mazor的团队包括博士后Hila Toporik和研究生Jin Li；以及与分子科学学院和应用结构发现中心的赵伯林副教授，以及约翰·m·考利高分辨电子显微镜中心的副研究员德怀特·威廉姆斯合作。植物、藻类和蓝藻利用光合作用产生氧气和减少碳，就像碳水化合物一样，它们为我们整个生物圈提供能量。
光系统I (PSI)和光系统II (PSII)是两种色素蛋白复合物，它们协调着光合作用中的主要光反应。了解这些光系统是如何发挥其魔力的，是科学界长期追求的目标之一。物理学家、诺贝尔奖得主理查德·费曼曾说过一句名言：
回答许多基本的生物学问题非常容易，你看看这东西！的确，结构生物学背后的核心思想是，一旦一个人能够以足够详细的方式“观察”“事物”，以识别它们的原子结构，他就自然能够回答复杂生物过程的组成部分和参与者是如何以及为什么以这种方式工作的。
近年来，单粒子低温电子显微镜(cryo-EM)引发了结构生物学的一场革命，成为一门新兴的主导学科。低温电子显微镜使研究人员得以研究几年前根本无法研究到的生物结构，现在正以前所未有的复杂性详细揭示这些结构。事实上，正是这一技术被ASU分子科学学院和文理学院的专家们所使用，才使得对PSI-IsiA复合物结构的解释成为可能。在实验室中，这种特殊的超复合体是由蓝细菌在低铁环境或过多的光通量下产生。然而，在“真实世界”中，铁存在于非常低的浓度下，强光可能是规律而不是例外。
所以最终，硅藻是光系统I的一种非常常见的形式，光系统I是光合作用的两个基本引擎之一。该复合体的大小独特，是已知分子结构中最大的光合超复合体，其复杂程度由700多个不同的分子(主要是集光分子)组成。硅藻超复合体中含有591种叶绿素，是迄今为止已知结构的光合超复合体中数量最多的结合色素。蓝细菌在压力下表达这种复合物的能力对它们在这些条件下的生存起着重要作用。这个复合体也代表了一大类触角，它们在海洋蓝细菌中非常常见
它们在全球光合作用总量中占相当大的比例(估计在15%到25%之间)。其研究是在一种常见的实验室菌株上完成，而不是在一种海洋物种上。目前的结构揭示了这台巨大机器最关键细节，作为膜嵌入天线蛋白蓝细菌分支的第一个例子，它为评估蓝细菌的光收集和光保护机制(从过剩或波动的光条件)奠定了基础道路。理解艾蒿光合超复合体的复杂性和功能最终将有助于确保我们在地球上有一个稳定的能源供应，这无疑是21世纪的核心挑战之一。
博科园｜研究/来自：亚利桑那州立大学
参考期刊《自然结构与分子生物学》
DOI: 10.1038/s41594-019-0228-8
