Nature子刊,|北京大学高宁等揭示了蓝藻藻体的冷冻电镜结构,为激发能量转移机制的研究提供基础

藻体是蓝藻和红藻光合作用的主要采光机器,它们有一个核心和外围杆的层次结构,都由藻体蛋白和连接蛋白组成。六聚体进一步组织成PBS的高度有序的超分子复合物,其激发能量转移效率几乎是统一的。目前,还没有高分辨率的蓝藻PBS结构。这些结果为蓝藻PBS内的发色团组织和EET机制提供了深入的研究。

藻体(PBS)是蓝藻和红藻光合作用的主要采光机器,它们有一个核心和外围杆的层次结构,都由藻体蛋白和连接蛋白组成。

2021年9月17日,来自北京大学高宁和赵进东等研究团队在Nature Communications上在线发表了题为“Structural insight into the mechanism ofenergy transfer in cyanobacterial phycobilisomes”的研究论文,报告了两个蓝藻物种的PBS的低温电镜结构,为蓝藻PBS内的发色团组织和EET机制提供了深入的研究。

蓝细菌在大约24亿年前负责地球上氧气的上升,它们是生物圈中碳和氮循环中最重要的生物群体之一。蓝藻和红藻捕获太阳能的主要光收集系统是植物固定体(PBS),它由共价连接的开链四吡咯作为发色团(bilins)的植物固定体蛋白(PBP)和连接蛋白组成。PBS的基本单位是一个α亚单位和一个β亚单位(通常称为αβ单体)的异源二聚体。三个αβ单体形成一个环形三聚体,两个三聚体面对面堆叠形成一个六聚体。六聚体进一步组织成PBS的高度有序的超分子复合物,其激发能量转移(EET)效率几乎是统一的。

最近确定的两个来自红藻的PBS的低温电镜结构,揭示了连接蛋白如何将PBP组织成一个有序的分层结构。一般来说,自然界中发现的PBS由两部分组成,一个中央核心和连接在核心上的外围棒状物。除了少数例外,大多数蓝藻PBS具有半球形的形状,其外围杆件的长度是可变的。目前,还没有高分辨率的蓝藻PBS结构。为了深入了解蓝细菌PBS的EET机制,确定了两种蓝细菌PBS的低温电镜结构,一种是来自Synechococcus sp. PCC 7002(Synechococcus7002)的三圆柱形核心,另一种是来自Anabaena 7120。

这两种PBS都是半盘状的,并有一个共同的三角形核心结构。而Anabaena PBS在核心部分有两个额外的六聚体,由ApcE的第四连接域(LCM)连接。PBS结构预测,与红藻的PBS相比,蓝藻的PBS可能有更直接的能量转移到ApcD的途径。基于结构的对ApcD和ApcF亚基的色团环境的系统诱变分析显示,芳香族残基对激发能量转移(EET)至关重要。这些结构还表明,连接蛋白可以积极参与棒状体和核心体的EET过程。这些结果为蓝藻PBS内的发色团组织和EET机制提供了深入的研究。

参考文献:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-25813-y

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