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Nature子刊报道我院科研工作的突破性成果

来源 : 杭州师范大学生命与环境科学学院     作者 : 生科院     时间 : 2018-04-20     点击 : 541

2018419,我院辛越勇课题组联合衰老研究所徐晓玲课题组与中科院生物物理研究所孙飞课题组合作研究取得突破进展,研究论文以杭州师范大学为第一完成单位在国际顶级学术期刊Nature Communications上以Article形式发表。该项工作首次报道了嗜热光合玫瑰菌的反应中心与捕光天线形成的核心复合体的高分辨率电镜结构,揭示了其进行高效光能吸收、传递和转换的结构基础。

光合作用是地球上最重要的光能转化过程,为生命的存在和繁衍提供物质和能量基础。光合作用起源于细菌,通过基因在光合生物之间的穿越从原核的细菌扩展进化到真核的藻类和植物。光合作用发生在光合膜上,捕光天线的色素分子捕获光能后通过激子或偶极共振效应传递能量到反应中心,发生原初电荷分离,光能转化成电势能,再经过一系列电子传递和质子转移,再转换成可被生物利用和储存的化学能。

光合绿丝菌是一种嗜热的光合细菌,其光合体系具有独特的能量传递和电荷转移机制。其进化地位更加接近于光合生物的共同祖先,是研究光合作用机理、起源和进化及新能源研发的理想物种。其特殊的光合系统在于其外周捕光天线类似于绿色细菌而内周天线和反应中心又类似于紫色细菌。其捕光天线为嵌合型捕光天线,集成了紫细菌中的LH2LH1的光吸收特征,与反应中心形成超分子复合体,即使在弱光条件下仍然可以高效地捕获光能并完成能量转换。解析该复合体的完整结构对于人们阐明光合作用反应机理具有重要的科学意义。

该项研究利用冷冻电镜单颗粒技术解析了嗜热光合玫瑰菌RC-LH核心复合体的三维结构,分辨率达到4.1埃,是首个光合绿丝菌的膜蛋白高分辨率三维结构。该结构展示了由3个亚基构成的反应中心、围绕在反应中心周围的由15LHαβ亚基形成的带有一个特殊缺口的椭圆形捕光天线环;揭示了捕光天线亚基对之间以及它们与反应中心的相互作用方式和机制;阐明了该复合体高效电子的传递的原因在于细胞色素c亚基N端的一段独特跨膜螺旋;发现了该复合体的反应产物氢醌的出口通道。研究结果将极大促进对光能转化分子机理的研究。

该项工作由我校与中科院生物物理研究所、美国华盛顿大学等多个单位合作完成。我院辛越勇副研究员和生物物理所的师扬博士及牛彤欣硕士为本文共同第一作者,我校医学院衰老研究所的徐晓玲教授和中科院生物物理所孙飞研究员为本文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、科技部973计划和浙江省自然科学基金等项目的资助。数据收集工作得到了生物物理所生物成像中心研究平台有关工作人员的大力支持和帮助。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03881-x

 

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RC-LH复合体的三维结构图

 

 

 

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