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我國科學家首次解析硅藻的光合膜蛋白結構

2019-02-12

我國科學家首次解析硅藻的光合膜蛋白結構

2月8日,《科學》雜誌發表了中科院植物所沈建仁和匡廷雲團隊的一篇論文,介紹了他們在世界上首次解析了硅藻的光合膜蛋白結構。這為研究硅藻的光能捕獲、利用和光保護機制提供了重要的結構基礎。

世界上綠色植物的光合作用主要是吸收紅光和藍紫光。綠光波段的能量基本沒有被綠色植物所利用,這也是它們呈現綠色的主要原因。而硅藻有些例外。

世界上已發現的硅藻至少有數萬種。它們具有很強的適應能力,是海洋赤潮的主要類群之一,在海洋中從赤道到兩極都有分布,甚至在淡水乃至土壤、空氣中都可以存活。硅藻吸收二氧化碳的能力占全球生態系統的1/5左右,比熱帶雨林的貢獻還高。

科學家發現,硅藻特有的捕光天線蛋白“岩藻黃素-葉綠素a/c蛋白複合體”(FCP)具有出色的藍綠光捕獲能力和極強的光保護能力,是硅藻能夠在海洋中繁盛的重要原因之一。硅藻捕獲藍綠光,是為了適應深水下的弱光環境,這也使得硅藻細胞呈現紅褐色。同時,FCP結合的岩藻黃素和矽甲藻黃素等色素參與形成了強大的光保護機制,有助於硅藻將過剩的光能轉化為熱量,以適應海水表面快速變化的光環境。

中科院植物所研究人員憑藉樣品純化優勢和製備高解析度晶體的經驗,獲得了非常規則的硅藻FCP晶體,通過結構解析發現,葉綠素c是存在於硅藻和褐藻等雜色藻中的一類特殊葉綠素,其分子結構上沒有其他葉綠素中常見的長疏水尾部,每個葉綠素c分子分別與2個葉綠素a分子成簇,並與其中1個葉綠素a分子緊密耦合;每個葉綠素簇內的葉綠素距離都在0.35納米左右,可以使能量快速高效地傳遞。

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