高等植物光系统Ⅰ-捕光天线Ⅰ(PSⅠ-LHCⅠ)超分子复合物的晶体结构和能量传递途径

摘要：

光合作用光能的吸收、传递和转化是由位于光合膜上具有特定的分子排列和空间构象的色素蛋白复合物光系统Ⅱ(PSⅡ)和光系统Ⅰ(PS Ⅰ)所推动的.其中PS Ⅰ是一个具有极高效率的太阳能转化系统,其量子转化效率几乎为100％,但其高效吸能、传能和转能的结构基础尚不清楚.从高等植物碗豆的叶片提取了高纯度的光系统Ⅰ-捕光天线Ⅰ (PSⅠ-LHC Ⅰ)色素蛋白超分子复合物,并制备和解析了其2.8 (A)的晶体结构[1].PSⅠ-LHC Ⅰ超分子复合物由16个蛋白亚基组成,总分子量约600 kD.本结构全面解析了高等植物PS Ⅰ-LHC Ⅰ的精细结构,揭示了PSⅠ-LHC Ⅰ的4个不同的捕光天线(Lhca1,Lhca2,Lhca3,Lhca4)在与PS Ⅰ核心复合物结合状态下的结构和它们的异同,以及它们之间的相互关系;揭示了LHC Ⅰ全新的色素网络系统,辨别了叶绿素a和b的不同位置,并阐明了4对红叶绿素(red Chls)和13个类胡萝卜素的结合位点和结构.根据所解析的结构,提出了由LHC Ⅰ向PS Ⅰ核心复合物能量传递的4条重要的可能途径.这些结果为揭示高等植物PS Ⅰ高效吸能、传能和转能的机理奠定了坚实的结构基础.本文将介绍所解析的高等植物PS Ⅰ-LHC Ⅰ的精细结构,并讨论PSⅠ-LHC Ⅰ能量传递机制.

关键词：叶绿素、能量传递、捕光、膜蛋白、光系统Ⅰ、PSⅠ-LHCⅠ、紫黄质

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分类号：O64;O4

资助基金：国家重点基础研究发展计划重大科学问题导向项目2011CBA00901;国家重点基础研究发展计划2015CB150101;中国科学院重大突破择优支持项目KGZD-EW-T05;中国科学院青年创新促进会2016077

在线出版日期：2017-05-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：2163-2175