研讨报道红藻藻胆体

起源：清华年夜学 2021-09-26 08:45

陆地藻类为顺应海底强劲的光情况退化出分歧于低等动物的捕光体系。藻胆体(phycobilisome， PBS)则是蓝藻和红藻位于类囊体膜上的色素-卵白超分子捕克复合体， 具备高效捕捉通报光能的作用。藻胆体捕捉的光能进一步通报给镶嵌于类囊体膜内的光体系II（photosystem II， PSII），在这个紧张场合进行电荷拆散，应用光能分

陆地藻类为顺应海底强劲的光情况退化出分歧于低等动物的捕光体系。藻胆体(phycobilisome， PBS)则是蓝藻和红藻位于类囊体膜上的色素-卵白超分子捕克复合体， 具备高效捕捉通报光能的作用。藻胆体捕捉的光能进一步通报给镶嵌于类囊体膜内的光体系II（photosystem II， PSII），在这个紧张场合进行电荷拆散，应用光能分化水发生电子、质子和氧气。尽管已有藻胆体和光体系II各自的高分辩率构造颁发，然则两者造成的复合物的构造始终没有获得很好的解析，这也限定了人们对光能从PBS通报到PSII的机制的意识。清华年夜学性命迷信学院隋森芳传授和李雪明副传授课题组单干，通过冷冻聚焦离子束减薄技术（cryo-FIB milling）结合冷冻断层三维重构技术（cryo-ET），初次解析获得人造状态下的红藻Porphyridium purpureum细胞内的藻胆体-光体系II复合体构造，为提醒藻胆体与光体系II之间能量通报机制奠基告终构生物学根底。

隋森芳课题组颠末十余年来的摸索发现因为藻胆体和PSII二者判然不同的卵白个性，体外纯化的方式十分难以得到稳定的PBS-PSII复合体。李雪明课题组恒久致力于冷冻电子断层三维重构技术(cryo-ET)在生物体内年夜分子复合物构造解析中的开辟利用。是以隋森芳课题组与李雪明课题组单干，通过in situ cryo-ET技术得到细胞内原位的PBS-PSII复合体的构造。他们通过优化Sub-tomogram averaging盘算办法，终极得到了13.2 ？分辩率的PBS-PSII 超复合物构造和15 ？分辩率的double PBS-PSII 超复合物构造。通过构造阐发，他们发现：1，红藻细胞内的藻胆体以齿状交互的方式，在类囊体膜上排布为规定的阵列。2， 单个PBS同时联合6个PSII单体，此中4个PSII单体来自两对相连的PSII二聚体 (PSII dimers A， B)， 并与PBS焦点有间接互相作用； 另外2个PSII单体联合新发现的藻胆体组分Lateral hexamer。3， 在构造域程度上， PBS的能量末尾受体LCM别离与PSII的CP43A1（次要）和CP47B1亚基造成互相作用界面、能量末尾受体ApcD与PSII的CP43A1亚基互相作用。这些互相作用界面提供了PBS与PSII能量通报的能够路径。4， 通过与PBS高分辩率单颗粒构造及PSII晶体构造比对，他们发现细胞原位PBS-PSII超复合物还存在三个未知的卵白密度介导PBS的分歧亚基与PSII的互相连贯， 暗示它们不仅稳定了PBS-PSII 超复合物及其构成的PBS-PSII 阵列， 也能够造成PBS与PSII能量通报的旁道路径。5， 红藻细胞外部分区域的相邻类囊体膜之间造成“楼梯状（stairs）”的穿孔（perforation），从而完成分歧膜间信息， 化学分子等的通报， 使整个细胞内的类囊体膜体系造成一个高度连贯的膜网络。

该任务在eLife期刊上在线颁发，题为“红藻藻胆体-光体系II复合体原位冷冻断层三维构造”（In situ cryo-ET structure of phycobilisome–photosystem II supercomplex from red alga）。清华年夜学性命学院隋森芳传授、李雪明副传授为本文的独特通信作者；性命学院2019届博士卒业生李美静（现为马克斯-普朗克生化研讨所博士后）、性命学院2019届博士卒业生马建飞（现为性命迷信结合中间博士后、清华年夜学水木学者和构造生物学高精尖立异中间杰出学者）为本文的独特第一作者。国度卵白质迷信研讨（北京）举措措施清华基地冷冻电镜平台和盘算平台，以及清华年夜学高性能盘算平台为数据搜集和处置提供了支持。感激冷冻电镜平台李晓敏博士协助cryo-FIB样品制备、雷建林博士协助cryo-ET数据采集；感激耶鲁年夜学刘骏研讨员和清华年夜学性命学院李赛研讨员在Sub-tomogram averaging盘算上的建议；感激王寅初博士在体系发育阐发上的建议； 感激孙珊副研讨员、S K Cheppali博士、秦晓春传授、肖亚男博士等在论文批改上提供的帮忙。膜生物学国度重点试验室、北京市构造生物学高精尖立异中间、北京生物构造前沿研讨中间、清华年夜学-北京年夜学性命迷信结合中间、科技部、国度自然迷信基金等为本研讨提供了经费支持。(100yiyao.com）

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