清华资讯网3月16日电藻胆体（phycobilisome,PBS）是蓝藻以及红藻重要的捕光天线，位在类囊体膜基质侧，是迄今为止最年夜的捕光卵白复合物。PBS经由过程内部色素团（bilins）将捕捉的光能以极高的效率通报至光体系II（photosystem II,PSII）以及光体系I（photosystemI,PSI）的反映中央以引诱光-化学能量的转化。虽然年夜大都光合卵白复合物的布局已经经由过程体外纯化的体式格局获得相识析，但于细胞内的自然状况下它们之间彼此作用的体式格局和能量通报的路子尚不清晰。

清华年夜学生命科学学院隋森芳院士课题组始终致力在藻胆体布局的研究事情。2017年，该团队于《天然》期刊上初次报导了海洋红藻Griffithsia pacifica完备藻胆体的3.5?分辩率的冷冻电镜布局，展现了藻����APP胆体的周详拆卸机制。2020年，该团队于《天然》期刊上报导了盐泽红藻Porphyridiumpurpureum完备藻胆体的2.8?分辩率的冷冻电镜布局，展现了藻胆体中的能量通报机制，是该范畴的一项庞大研究结果。

图1.原位PBS-PSII-PSI-LHC超年夜复合体的布局

3月15日，清华年夜学生命科学学院/北京市布局生物学高精尖立异中央/北京生物布局前沿研究中央隋森芳院士以及王雄伟传授，和中科院生物物理研究所章新政研究员，互助于《天然》（Nature）期刊上结合揭晓题为 红藻藻胆体-光体系II-光体系I-捕规复合物超年夜复合体的原位布局 （In situstructure of the red algal phycobilisome-PSII-PSI-LHC megacomplex）的文章，为阐明细胞内自然状况下PBS-PSII-PSI-LHC超年夜复合体的拆卸机制，和能量从PBS向PSII以及PSI的高效转移的机制奠基了坚实的布局根蒂根基，是光合范畴里的一个里程碑结果。

研究团队于此前藻胆体研究的根蒂根基上，选择盐泽红藻作为研究对于象举行原位高分辩布局的剖析，经由过程联合冷冻聚焦离子束（cryo-FIB）、冷冻断层扫描（cryo-ET）、子断层平均技能（subtomogram averaging）以及原位单颗粒阐发要领（isSPA）剖析了PBS-PSII-PSI-LHC超年夜复合体两种构象（single-PBS-PSII-PSI-LHC以及double-PBS-PSII-PSI-LHC）的原位布局，分辩率别离到达3.3以及4.3?（图1）。于这些布局中，研究职员发明了一些于分散纯化至体外的样品中不曾不雅察过的卵白份子于PBS-PSII-PSI-LHC超年夜复合体的拆卸中阐扬至关主要的作用。布局阐发注解PBS中有4种毗连卵白（别离为LRC二、LRC三、LPP1以及LPP2）与LCM以及APCD一路介入PBS-PSII之间的联合，是以红藻PBS于体内可以或许十分不变地联合于PSII上。

图2.原位PBS-PSII-PSI-LHC超年夜复合体中的色素排布

光合生物为应答天然界不停变迁的光照前提进化出了一种应对机制。当PSII获取的引发能量太高时，为防止PSII毁伤，捕光天线会向PSI举行能量通报，从而举行能量的再分配。今朝以为，蓝藻以及红藻的PBS可能经由过程直接的PBS PSII PSI模式以及间接的PBS PSI模式向PSI举行能量通报。然而因为缺乏布局信息，对于在PBS与PSI之间的能量通报机制始终存于争议。此刻剖析出来的PBS-PSII-PSI-LHC复合体的原位布局显示，红藻PBS仅与PSII间接彼此作用，是以捕捉的光能会先通报给PSII，进而经由过程PSII向PSI举行通报，这与能量溢出模子连结一致（图2）。此外，研究职员还发明PSII以及PSI中存于非凡摆列的叶绿素（chl）簇，他们的慎密摆列促使共轭环上的 电子发生引发态耦合效应，使能级降低，以包管能量的高效通报（图2）。综上，该研究结果证实红藻经由过程直接的PBS PSII PSI模式向PSI举行能量通报，从而举行PSII以及PSI的能量再分配。该结果也为人工模仿光互助用研究提供了新的理论依据。

清华年夜学生命科学学院2019级玻士生游鑫、玻士后张星，中科院生物物理研究所玻士后程静以及南边科技年夜学玻士后肖亚男为论文的配合第一作者，清华年夜学生命科学学院隋森芳院士、王雄伟传授以及中科院生物物理研究所章新政研究员为论文的配合通信作者。清华年夜学玻士后马建飞举行了前期摸索，副研究员孙珊介入告终构阐发。

国度卵白质科学研究（北京）举措措施清华基地冷冻电镜平台、计较平台、质谱平台，南边科技年夜学阐发测试中央以及中科院动物研究所大众技能中央为该研究提供了主要的技能撑持，中科院动物研究所沈建仁研究员为该研究提供了有利的会商。研究获得国度天然科学基金委、国度重点研发规划、北京生物布局前沿研究中央以及北京市布局生物学高精尖立异中央、腾讯基金会等方面的资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05831-0

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