Diatomların ışık toplayan anten protein kompleksinin yapısında bir atılım yapılmıştır.
Diatomlar, okyanustaki en "başarılı" plankton fotosentetik organizmalardan biridir. Her yıl fotosentez yoluyla dünyanın birincil verimliliğinin yaklaşık% 20'sine katkıda bulunurlar ve dünyanın element döngüsünde ve iklim değişikliğinde önemli bir rol oynarlar. Eşsiz ışık hasadı anten proteini "Fukoksantin-klorofil a / c protein kompleksi" (Fukoksantin klorofil / kprotein, FCP) birbiriyle yakından ilişkilidir. FCP diatom kompleksi, mükemmel mavi ve yeşil ışık yakalama özelliğine ve güçlü ışık koruma özelliğine sahiptir ki bu, diatomların okyanusta gelişmesinin önemli nedenlerinden biridir.
Diatomların FCP kompleksi, hafif hasat kompleksi (LHC) süper ailesine aittir, ancak amino asit dizisi, yüksek bitkiler ve yeşil alglerin klorofil a / b hafif hasat anten proteinleri ile çok düşük homolojiye sahiptir ve En belirgin olanı, FCP'nin su altı ortamına uyum sağlamak için mavi ve yeşil ışığı yakalayabilen büyük miktarda fukoksantin ve klorofil c'yi birleştirmesidir. Aynı zamanda, FCP'ye bağlı fukoksantin ve dinoflavin, bu planktonun deniz yüzeyindeki güçlü ışık ortamına uyum sağlamasına yardımcı olabilecek diatomlar için süper ışık koruyucu bir mekanizmanın oluşturulmasında rol oynar. Bununla birlikte, diatom FCP kompleksinin yapısı uzun süredir çözülmemiştir, bu da diatom fotosentez mekanizması üzerine araştırmayı sınırlamaktadır.
Çin Bilimler Akademisi Botanik Enstitüsü'nden Shen Jianren ve Kuang Tingyun'dan oluşan ekip, kendisini yüksek bitkiler ve yosun ışığı toplayan anten proteinlerinin araştırmasına adamıştır.Feodactylum tricornutum FCP II gibi çeşitli yollarla Pimene sınıfının bir diatomunu analiz ettiler. Polimer 1.8 angstrom kristal yapısı. Araştırmacılar, her bir FCP monomerinin 7 klorofil a, 7 fukoksantin, 2 klorofil c, 1 diatomaksantin ve bazı lipitler ve deterjan moleküllerini bağladığını buldular; her bir klorofil c molekülü ile ilişkili İki klorofil a molekülü kümelenir ve klorofil a moleküllerinden birine yakından bağlanır. Klorofil c'nin protoporfirin halkası, klorofil a ile fukoksantin arasında bağlanır; her bir klorofil kümesinin içindeki klorofil mesafesi yaklaşık 3,5 angstromdur, Enerji hızlı ve verimli bir şekilde aktarılabilir; FCP dimerinin içindeki klorofil mesafesi 10 angstrom içindedir, böylece uyarma enerjisi hızlı bir denge ve aktarıma ulaşabilir.
Araştırmacılar ayrıca, FCP monomerindeki 6 fukoksantin molekülünün fotosentetik membrana yerleştirildiğini ve başka bir yeni tip fukoksantin molekülünün, zarın yüzeyine, ışık hasadı yapan anten proteinindeki karotenoidlerin rolünü genişleten düzeyde bağlandığını buldular. Ortamdaki kombinasyon yöntemi, yeşil ışığı yakalama yeteneğini geliştirir; tüm fukoksantin ve klorofil 4 angstrom içindedir, böylece yakalanan ışık enerjisi verimli bir şekilde klorofile aktarılabilir ve aynı zamanda fukoksantin haline gelebilir. Foto korumanın etkili bir üyesi olan diatomaxanthin molekülleri, FCP proteinine zayıf bir şekilde bağlanır, böylece diatomların karotenoid döngüsüne katılabilirler, bu da diatomların su altından suya hızlı ve şiddetli ışık ortam değişikliklerine uyum sağlamasını sağlar.
Bu çalışma, ilk kez diatom fotosentetik membran proteinindeki klorofil c ve fukoksantinin bağlanma detaylarını açıkladı, FCP kompleksindeki klorofil ve fukoksantinin mekansal düzenini netleştirdi ve klorofil c ve fukoksantini ortaya çıkardı. Mavi ve yeşil ışığı yakalamak ve enerjiyi verimli bir şekilde aktarmak için yapısal temel; FCP dimerinin bağlanma modunu ilk kez ortaya koyuyor ve diatom ana ışık hasat anten proteinlerinin polimerizasyon durumu üzerine onlarca yıllık çalışmalar için ilk net deneysel kanıtı sağlıyor. Araştırma sonuçları, fotosentezin ışık toplama enine kesitinin genişlemesini ve ışık enerjisinin verimli yakalanması ve iletilmesi mekanizmasının yanı sıra diatomların süper ışık koruma mekanizmasını ortaya çıkarmak için sağlam bir yapısal temel sağlar; fotosentez geniş yakalama ve ışık enerjisinin hızlı iletimi teorisinin gerçekleştirilmesi için Hesaplama, fotosentez mekanizmasının yapay simülasyonu için imkan ve yeni bir teorik temel sağlar; yeni mahsullerin tasarımına rehberlik etmek, hafif hasat bölümünü genişletmek ve ışık hasarını önlemek için yeni fikirler ve yeni stratejiler sağlar.
Araştırma sonuçları, 8 Şubat'ta uluslararası akademik dergi "Science" 'ta Çevrimiçi Araştırma Makalesi olarak yayınlandı. Makale, mavi-yeşil ışık hasadı ve diatomlarda enerji dağıtımı için Yapısal temel başlıklı. Kuang Tingyun ve Shen Jianren, makalenin ilgili yazarlarıdır ve Wang Wenda ve Yu Longjiang, makalenin ilk ortak yazarlarıdır. Proje, Japonya'daki Okayama Üniversitesi'nin ortak araştırmasıyla destekleniyor ve Şangay senkrotron ışık kaynağı, Japon SPring-8 ve KEK senkrotron ışık kaynağı ve İsviçre SLS senkrotron ışık kaynağı tarafından destekleniyor. Finansman desteği, Çin Bilim ve Teknoloji Bakanlığı Ulusal Protein Anahtar Ar-Ge Programı, Çin Bilimler Akademisi Merkez Komitesi Organizasyon Bölümü Yetenekler Programı ve Çin Bilimler Akademisi'nin önde gelen özel projeleri, sınır kilit projeleri ve Başkanlık Fonu tarafından sağlanmıştır.
Phaeodactylum tricornutum'un kist zarı üzerindeki FCP dimerinin kristal yapısı. a ve b: FCP protein kristalleri; proteindeki klorofil a (yeşil), klorofil c (macenta) ve fukoksantinin moleküler yapıları çubuk şeklinde gösterilir ve mavi diyatomelidir.
Kaynak: Botanik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
