2011年2月6日，國際著名期刊Nature Structural & Molecular Biology在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物物理所常文瑞院士課題組關(guān)于高等植物光合膜蛋白——菠菜次要捕光復(fù)合物CP29的2.8 Å分辨率晶體結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)工作是繼2004年常文瑞院士課題組解析了菠菜主要捕光復(fù)合物L(fēng)HCII晶體結(jié)構(gòu)之后的又一重要突破，也是國際上首個(gè)高等植物次要捕光復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。該研究工作在晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上深入分析討論了CP29的捕光、能量傳遞和光保護(hù)等功能。
光系統(tǒng)II次要捕光復(fù)合物CP29位于主要捕光復(fù)合物L(fēng)HCII與核心復(fù)合物之間的界面上，是維持PSII-LHCII超大復(fù)合物所必需的。CP29除了承擔(dān)捕獲太陽能并將能量高效傳遞到反應(yīng)中心外，還在LHCII與反應(yīng)中心之間的能量傳遞中起到橋梁作用。此外，CP29還參與強(qiáng)高光照條件下植物自身的光保護(hù)機(jī)制（如以熱的形式將過多的激發(fā)能耗散掉，即非光化學(xué)淬滅NPQ）。由于CP29在光系統(tǒng)II中的含量較低并且結(jié)合多種色素分子，存在見光不穩(wěn)定性，因而獲得足夠量并且穩(wěn)定、均一可用于晶體生長的蛋白樣品十分不易。而高等植物光合膜蛋白結(jié)晶是國際公認(rèn)的難題，即便獲得晶體也往往因?yàn)檠苌淠芰懿疃鵁o法用于結(jié)構(gòu)解析，因此，多年來一直沒有CP29的晶體結(jié)構(gòu)信息。
經(jīng)過5年多的潛心研究和不懈努力，常文瑞院士課題組最終取得了突破，解析了來源于高等植物菠菜的CP29晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)顯示，CP29脫輔基蛋白具有三段跨膜螺旋和兩段位于類囊體腔側(cè)的兩親性螺旋，每個(gè)單體結(jié)合有13個(gè)葉綠素 (Chl)分子及3個(gè)類胡蘿卜素分子。CP29的晶體結(jié)構(gòu)與以前廣泛應(yīng)用的預(yù)測模型存在很大差異：在晶體結(jié)構(gòu)中，有5個(gè)葉綠素是新發(fā)現(xiàn)的，其中還包括一個(gè)主要捕光復(fù)合物L(fēng)HCII中也不存在的全新的葉綠素a615，并且預(yù)測模型中認(rèn)為的4個(gè)葉綠素混合占有位點(diǎn)也通過晶體結(jié)構(gòu)被明確的指認(rèn)為Chl a或Chl b。晶體結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常特殊的葉綠素對具有三明治式結(jié)構(gòu)特征，這種特殊的葉綠素配位方式在光合膜蛋白中尚屬首例。另外，晶體結(jié)構(gòu)中還發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)重要色素簇a615/a611/a612/Lut和Vio(Zea)/a603/a609，它們位于CP29分子表面并且分布在兩側(cè)，可能是能量傳遞途徑的進(jìn)出口和潛在的能量淬滅中心。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)，CP29中完整精確的色素網(wǎng)絡(luò)得以構(gòu)建。該項(xiàng)研究工作為深入研究高等植物次要捕光復(fù)合物的高效捕光，能量傳遞，尤其是光保護(hù)等能量調(diào)節(jié)機(jī)制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
該項(xiàng)研究工作得到科技部、中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委員會的資助。 |
