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        研究揭示組裝因子Psb28調控光系統II組裝修復的結構基礎

        2021-07-06 植物研究所
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          光系統II(Photosystem II,PSII)是位于放氧光合生物類囊體膜上的重要膜蛋白質機器,利用光能將水裂解為質子和電子,并放出氧氣。具有光合放氧功能的PSII核心復合體是由20個蛋白亞基(17個跨膜蛋白和3個外周蛋白)、錳簇、非血紅素鐵、色素、質體醌(QA和QB)分子等多個輔助因子組成的色素膜蛋白復合體。

          PSII在體內的組裝和受到光損傷后的修復由多種組裝因子參與調控,通過形成不同的中間復合體來完成的復雜而高度有序的過程。Psb28是PSII的組裝因子之一,在高溫脅迫條件下,對維持PSII的放氧活性起著重要作用,敲除該基因的水稻植株會呈現淺綠的表型。然而,Psb28調控PSII組裝修復的精確機制尚不清楚。

          中國科學院植物研究所光合膜蛋白結構生物學研究團隊與清華大學隋森芳研究團隊合作,利用單顆粒冷凍電子顯微鏡技術,解析了嗜熱藍藻(Thermosynechococcus vulcanus)PSII中間復合體Psb28-RC47和Psb28-PSII的近原子分辨率(3.14埃)三維結構,揭示了Psb28的精確結合位點及復合體的結構特征。研究表明,Psb28-RC47復合體含有14個蛋白亞基,包括3個核心大亞基(D1、D2、CP47)、11個小亞基(PsbE、PsbF、PsbH、PsbI、PsbL、PsbM、PsbT、PsbX、Psb28、Tsl0063和一個未知跨膜蛋白UTP);Psb28-PSII復合體比RC47復合體多了4個跨膜亞基(CP43、PsbK、Psb30和PsbZ);Psb28位于PSII的基質側,與D1、D2和CP47結合;Tsl0063是跨膜螺旋蛋白,與D1、CP47、PsbH和PsbL相互作用,對于維持PSII核心亞基的結構和Psb28的結合有重要作用;UTP位于Tsl0063的外側,與Tsl0063呈X形排列。與具有放氧功能PSII的結構相比,CP47的C端、D1的D-E loop和D2的D-E loop的結構發生明顯變化,導致QA、QB和非血紅素鐵結合位點構象及周圍配位環境和氫鍵網絡的改變;此外,該研究也進一步揭示了錳簇缺失情況下,其結合位點的結構特征。Psb28和Tsl0063誘導的構象變化或利于保護未成熟的PSII免受光損傷?;诮Y構信息,研究提出了Psb28參與調控PSII組裝修復的模型,對于理解PSII組裝修復及其調控機制具有重要意義。

          7月5日,相關研究成果在線發表在Nature Plants上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項、中科院前沿科學重點研究計劃、中科院青年創新促進會等的資助,并獲得植物所公共技術服務中心和清華大學冷凍電鏡中心的技術支持。

          論文鏈接 

          a、嗜熱藍藻(Thermosynechococcus vulcanus)PSII組裝修復中間復合體Psb28-RC47和Psb28-PSII的結構及亞基組成;b、Psb28-PSII組裝修復中間復合體中電子受體側和給體側的結構特征;c、Psb28參與的PSII組裝修復模型

        打印 責任編輯:侯茜

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