科学家的发现结束了长期以来关于光合作用的争论

时间：2021-03-11 00:00:00 来源：网络整理

根据今天发表在《生命》杂志上的一项研究，科学家已经确定了植物细胞中参与光合作用的一种必要酶的位置。

这一发现推翻了人们对这种酶在植物细胞中的位置的传统看法，并提出了在植物从黑暗环境适应到光照环境中调节能量过程的可能作用。

在光合作用期间，植物通过“电子传递”将碳转化为能量储存，这涉及到一种叫做铁氧还蛋白的酶:NADp(H)氧化还原酶，简称FNR。

植物可以根据环境条件在两种类型的电子传递——线性电子流(LEF)和循环电子流(CEF)之间快速切换。FNR在叶绿体膜结构(光合作用发生的地方)之间的转移与这个开关有关。

“普遍认为FNR在可溶性间室(间质)中执行其功能,但证据表明FNR在内膜系统时活性更强,”第一作者英国伦敦大学生物化学科学学院克莱默曼博士解释说,。“我们需要确切地找出FNR在叶绿体中的位置，它是如何与其他蛋白质相互作用的，以及这如何影响它的活性，以便了解它在电子传递过程之间切换的作用。”

研究人员使用免疫金染色法对18株拟南芥300多个叶绿体中的FNR进行了精确定位。在叶绿体(类囊体)的内膜系统中FNR的染色密度是可溶性间室(间质)的5倍，在可溶性间室中FNR的染色密度没有高于本底水平。这一显著的高标记在膜上证明了叶绿体中含有很少的可溶性FNR，并首次确认了酶的位置。

为了更多地了解FNR的位置，研究小组制造了一种植物，在这种植物中，FNR的酶被特定地结合到不同的蛋白质上，这种蛋白质被称为“链蛋白”。在FNR含量降低的拟南芥中，他们替换了来自玉米的3种FNR，每一种都有不同的能力与栓系蛋白TROL和Tic62结合。他们发现，与Tic62栓蛋白紧密结合的玉米FNR类型的修复导致在类囊体的特定板层膜区域的金FNR标记密度更高。这表明FNR在植物细胞叶绿体中的分布依赖于与栓系蛋白的结合。

最后，研究小组通过比较植物适应黑暗和适应光照后的电子流动速率，测试了FNR的位置是如何影响电子传输的。在正常的适应黑暗的植物中，短时间的光照会导致更高的CEF活性。然而，这在FNR与栓系蛋白缺乏强相互作用的植物中未见，表明这些植物缺乏启动CEF的能力。光驯化后，野生型和突变型植物的CEF活性相似，均降低，这表明FNR的影响与酶与栓系蛋白相互作用的光依赖性变化有关。

“我们的结果显示了FNR与不同蛋白质的相互作用和另一种光合电子传递途径的活性之间的联系，”伦敦玛丽女王大学生物和化学科学学院植物细胞和分子生物学高级讲师、资深作者盖伊·汉克总结道。“这支持了FNR位置在植物从黑暗向光明过渡过程中调节光合电子流的作用。”

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更多信息请联系作者:盖伊·汉克，高级作者(英国伦敦玛丽女王大学)- [email protected]

本研究资助者完整名单:

德国Forschungsgemeinschaft，生物技术和生物科学研究委员会，格勒诺布尔阿尔卑斯大学研究生院，欧洲研究委员会，LabEx Saclay植物科学- sps，法国综合结构生物学基础设施，拜耳作物科学

格兰特数字:

ANR-10-LABX-49-01, ANR-10-LABX-0040-SpS, ANR-10-INSB-05, F-2016-BS-0555

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