Nature子刊：光系统分子机器是如何组装的？

时间：2021-04-25 00:00:00 来源：网络整理

植物和光合微生物将光转化为化学能是自然界中最重要的过程之一，它可以从大气中去除破坏气候的二氧化碳。蛋白质复合物，即所谓的光系统，在这个过程中起着关键作用。一个国际研究小组首次阐明了光系统II合成中过渡态的结构和功能，由马克斯普朗克生物化学和生物物理学研究所、合成微生物学中心（SYNMIKRO）于2021年4月12日发表在《自然植物》杂志上，光系统II（pS II）对生命至关重要，因为它能够催化水的分解。在这个反应中释放的氧气使我们可以呼吸。此外，pS II转换光能的方式使大气中的二氧化碳可以用来合成有机分子。因此，pSⅡ代表了所有食物链的分子起点。它的结构和功能已经被详细研究过了，但迄今为止，人们对导致复合体有序组装的分子过程知之甚少。

组装生产

pS II由100多个单独的零件组成，这些零件必须在一个精心安排的过程中结合在一起，才能最终制造出一台功能齐全的机器。辅助蛋白，即所谓的组装因子，负责子步骤，在这个过程中起着至关重要的作用。”“把它们想象成流水线上的机器人，例如制造汽车，”植物生物化学研究所的RUB椅子教授Marc Nowaczyk解释道每个机器人都会添加一个零件或组装预制模块，最终得到一台完美的机器。”

在弄清楚如何做到这一点时，困难在于分离出一种中间产品，包括它的分子辅助物，因为这种过渡态与成品相比是非常不稳定的，而且只存在很小的数量。只有通过使用一些技巧，例如去除流水线生产的一部分，才有可能第一次分离出具有相关辅助蛋白的中间阶段。

Cryo electron microscopy

得益于cryo electron microscopy，敏感的蛋白质结构，其中包括pS-II过渡态，甚至可以对最小的病毒粒子进行成像。发表在《自然植物》杂志上的数据显示了pS II过渡复合物的分子结构，其中有多达三种辅助蛋白。”在构建pSII结构模型的过程中，发现其中一种辅助蛋白导致了以前未知的结构变化，我们最终将其与一种新的保护机制联系起来，”来自蛋白质诊断中心（proDi）的Till Rudack博士解释道。在这个组装步骤中，pS-II仅部分激活：光诱导过程已经发生，但水分解还没有激活。事实证明，这会导致形成具有攻击性的氧物种，从而破坏未完成的复合体。然而，辅助蛋白的结合和pSⅡ相关结构的改变可以阻止有害分子的形成，从而保护处于脆弱期的复合物。另一种辅助蛋白反过来为水分解机制的激活做准备。”一旦我们成功地确定了这种激活的任何进一步的中间阶段，这可能是深入理解分子光驱动的水分解的关键。因此，我们可以推进合成催化剂的发展，将太阳光转化为有机物质

Journal Reference:

Jure Zabret, Stefan Bohn, Sandra K. Schuller, Oliver Arnolds, Madeline Möller, Jakob Meier-Credo, pasqual Liauw, Aaron Chan, Emad Tajkhorshid, Julian D. Langer, Raphael Stoll, Anja Krieger-Liszkay, Benjamin D. Engel, Till Rudack, Jan M. Schuller, Marc M. Nowaczyk. Structural insights into photosystem II assembly. Nature plants, 2021; 7 (4): 524 DOI: 10.1038/s41477-021-00895-0

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