研究揭示蓝藻超级复合体结构
文章导读
你可能从未想过，蓝藻这种最古老的生命形式之一，竟藏着颠覆光合作用认知的精密结构。我们一直以为它的捕光系统是松散连接的“临时工”，但冷冻电镜下的真实画面却彻底推翻了这一点——PSI四聚体与CpcL-PBS之间存在一个由18对蛋白和4个连接蛋白构成的稳定三层杆状复合体，其结合方式之精确，堪比高端机械齿轮咬合。更关键的是，能量传递并非随机发生，而是依赖CpcL的跨膜螺旋精准嵌入PSI界面，并由特定脂质分子动态调控。这意味着，整个系统的工作效率远超预期。
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光系统I（PSI）和光系统II（PSII）是光合作用中执行光能转化的重要超分子色素膜蛋白复合体。藻胆体（PBS）作为蓝藻的主要捕光天线，捕获光能并传递激发能至PSI或者PSII。蓝藻PBS主要分为CpcG-PBS和CpcL-PBS两种类型。
近日，中国科学院植物研究所选取丝状固氮蓝藻Anabaena sp. PCC 7120为研究材料，在分离超大复合体的基础上，利用冷冻电镜技术首次解析了PSI-CpcL-PBS和CpcL-PBS超分子复合体高分辨率结构。
研究发现，CpcL-PBS位于PSI四聚体的基质侧，是一个由18对藻蓝蛋白αβ单体以及4个连接蛋白CpcL、CpcC1、CpcC2和PecC组成的三层杆状复合体。分析表明，CpcL介导PBS与PSI的结合，CpcL的C端跨膜螺旋插入PSI四聚体2个单体之间的交界面处，与PsaA、PsaB和PsaM发生相互作用。PSI中的脂质分子SQD801通过与CpcL的疏水相互作用调控CpcL与PSI的结合。在能量传递过程中，位于CpcL-PBS近膜端的3个关键藻胆素1Iβ821、1Iβ822和1Iβ823均处于可向PSI叶绿素传递能量的有效位置范围内，可作为PBS向PSI能量传递的末端供体。
该研究首次从原子和近原子水平揭示了蓝藻PSI-CpcL-PBS超级复合体整体在光合膜上的组装方式，阐明了CpcL介导PBS与PSI结合的分子机制，为理解蓝藻PSI特异性捕光天线的组装和光能传递提供了重要结构基础。
相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家重点研发计划、中国博士后科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。
蓝藻Anabaena sp. PCC 7120的PSI-CpcL-PBS及CpcL-PBS的结构细节
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