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      浙大學者解析史前光合細菌的反應中心空間結構

      揭開30億年前光合作用的秘密

      發布時間:2020-12-08來源:浙江日報作者:黃慧仙 柯溢能 吳雅蘭0

           近日,浙江大學醫學院、良渚實驗室與中國科學院植物研究所合作,通過冷凍電鏡技術,在全球率先解析了一種古老的光合細菌——綠硫細菌的光合反應中心空間結構。11月20日,該研究成果刊登在國際頂級雜志《科學》上。

        光合作用是地球上最重要的化學反應之一,光合作用反應中心則是該過程中實現光能—電能轉化的核心結構。今天的高等植物擁有兩種不同的光合作用反應中心,且各自是由不一樣的中心蛋白構成。但地球上最早的光合作用反應中心構成其實是兩個相同的蛋白,經過長期演化才逐漸形成如今的狀態。綠硫細菌的光合作用反應中心的特別之處,正在于其兼具演化前后兩種光系統的結構特點。

        “光合作用反應中心在地球幾十億年的歷史中只進化過一次,現在地球上的所有光合作用反應中心蛋白都是從同一個祖先進化而來。因此,此次發現在光合作用反應中心研究上具有‘追本溯源’的意義,補上了其進化史研究中的重要一環?!闭憬髮W冷凍電鏡中心、良渚實驗室教授張興說。

        論文評審專家表示:“這項研究對于揭示30億年前地球原始光合生物如何進行光合作用具有重要的啟示,對于理解光合作用反應中心的進化極其重要?!?/p>

        對不同光合生物的光合作用機制研究,將有望推動現代農業的發展?!爱斍按筇镛r作物對于太陽能的利用率低于2%,遠低于其理論值6%至8%。未來,在該項研究的基礎上,我們可以借鑒不同生物的光合作用機理,進而改造植物光的反應系統,提高太陽能利用率,從而提升農作物產量?!闭憬髮W冷凍電鏡中心博士后陳景華說。此外,該項研究還有望在仿生設計光敏器件制造以及醫學治療上發揮重要作用。

        據專家介紹,綠硫細菌已被發現數十年,但綠硫細菌的光合作用反應中心復合體在有氧條件下極不穩定,樣品分離制備十分困難;同時,早期的結構解析手段主要為X射線晶體學,對樣品的純度和均一度都有很高要求。因而,此前科學家對其光合作用反應中心的詳細構造了解甚少。浙大科研團隊優化了樣品制備的各環節,獲得了足夠的蛋白樣品;運用冷凍電鏡技術,收集了近萬張樣品顆粒的電子顯微鏡成像圖片,最終成功解析了綠硫細菌光合作用反應中心的結構,分辨率高達2.7埃。在該分辨率下,古老綠硫細菌光合作用反應中心的廬山真面目才被首次揭開。


      《浙江日報》2020年11月26日


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