我国学者发现:高等植物次要捕光复合物晶体结构

    日前，《自然—结构与分子生物学》(Nature Structural& Molecular Biology)在线发表了中科院院士、生物物理研究所研究员常文瑞课题组关于高等植物光合膜蛋白——菠菜次要捕光复合物CP29的2.8?覽分辨率三维晶体结构，这是国际上首个高等植物次要捕光复合物的晶体结构。
    
    植物光合作用的原初反应是从捕光开始的，在光系统Ⅱ核心复合物的外周有一个复杂而高效的捕光天线系统，它由位于最外周的主要捕光复合物LHCⅡ和位于LHCⅡ与反应中心之间的次要捕光复合物CP29、CP26和CP24共同构成。
    
    在光系统Ⅱ外周捕光天线中，CP29是最大的蛋白，它是维持PSⅡ-LHCⅡ超大复合物所必需的。除了承担捕获太阳能并将能量高效传递到反应中心外，CP29还在LHCⅡ与反应中心之间的能量传递中起到桥梁作用。此外，越来越多的研究表明，CP29在强高光照条件下植物自身的光保护机制中发挥关键作用。
    
    由于CP29在光系统Ⅱ中的含量较低并且结合多种色素分子，存在见光不稳定性，因而获得足够量并且稳定、均一的可用于晶体生长的蛋白样品十分不易。而高等植物光合膜蛋白结晶是国际公认的难题，即便获得晶体也往往因为衍射能力很差而无法用于结构解析。因此，多年来一直没有CP29的晶体结构信息。欧洲的几家实验室曾经获得过CP29的微晶，但都因晶体质量难以提高而最终选择放弃。
    
    常文瑞课题组经过5年多的潜心研究，最终取得了突破，解析了来源于高等植物菠菜的CP29晶体结构，率先完成了这一具有高度挑战性的国际前沿课题。该项目的全部工作，包括蛋白的分离纯化、晶体生长以及结构解析等都是由常文瑞课题组独立完成的。
    
    CP29晶体结构的解析，纠正了多年来很多功能研究中广泛应用的一个预测CP29的模型。根据晶体结构，CP29完整精确的色素网络得以构建，每个单体结合有13个叶绿素(Chl)分子及3个类胡萝卜素分子。
    
    与预测模型相比，晶体结构中有5个叶绿素是新发现的，研究人员还发现一个非常特殊的叶绿素对具有特殊的叶绿素配位方式，这种配位方式在光合膜蛋白中也是首次被发现。另外，晶体结构中还发现了两个重要的色素簇，它们位于CP29分子表面，并且分布在两侧，可能是能量传递途径的进出口和潜在的能量淬灭中心。该研究工作在晶体结构的基础上深入分析讨论了CP29的捕光、能量传递和光保护等功能。
    
    CP29这一重要光合膜蛋白三维结构的测定，为从原子水平上深入研究高等植物次要捕光复合物的高效捕光、能量传递，尤其是光保护等能量调节机制提供了结构基础。该项目的完成，是继2004年常文瑞课题组解析菠菜LHCⅡ晶体结构之后，在光合膜蛋白晶体结构研究领域的又一突出贡献，为进一步推动我国在光合作用机理和膜蛋白三维结构等研究领域处于国际领先水平奠定了基础。

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