我國科學(xué)家首次解析硅藻的光合膜蛋白結(jié)構(gòu) 適應(yīng)海水表面快速變化的光環(huán)境

2月8日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了中科院植物所沈建仁和匡廷云團隊的一篇論文，介紹了他們在世界上首次解析了硅藻的光合膜蛋白結(jié)構(gòu)。這為研究硅藻的光能捕獲、利用和光保護機制提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

世界上綠色植物的光合作用主要是吸收紅光和藍(lán)紫光。綠光波段的能量基本沒有被綠色植物所利用，這也是它們呈現(xiàn)綠色的主要原因。而硅藻有些例外。

世界上已發(fā)現(xiàn)的硅藻至少有數(shù)萬種。它們具有很強的適應(yīng)能力，是海洋赤潮的主要類群之一，在海洋中從赤道到兩極都有分布，甚至在淡水乃至土壤、空氣中都可以存活。硅藻吸收二氧化碳的能力占全球生態(tài)系統(tǒng)的1/5左右，比熱帶雨林的貢獻還高。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，硅藻特有的捕光天線蛋白“巖藻黃素-葉綠素a/c蛋白復(fù)合體”(FCP)具有出色的藍(lán)綠光捕獲能力和極強的光保護能力，是硅藻能夠在海洋中繁盛的重要原因之一。硅藻捕獲藍(lán)綠光，是為了適應(yīng)深水下的弱光環(huán)境，這也使得硅藻細(xì)胞呈現(xiàn)紅褐色。同時，F(xiàn)CP結(jié)合的巖藻黃素和硅甲藻黃素等色素參與形成了強大的光保護機制，有助于硅藻將過剩的光能轉(zhuǎn)化為熱量，以適應(yīng)海水表面快速變化的光環(huán)境。

中科院植物所研究人員憑借樣品純化優(yōu)勢和制備高分辨率晶體的經(jīng)驗，獲得了非常規(guī)則的硅藻FCP晶體，通過結(jié)構(gòu)解析發(fā)現(xiàn)，葉綠素c是存在于硅藻和褐藻等雜色藻中的一類特殊葉綠素，其分子結(jié)構(gòu)上沒有其他葉綠素中常見的長疏水尾部，每個葉綠素c分子分別與2個葉綠素a分子成簇，并與其中1個葉綠素a分子緊密耦合;每個葉綠素簇內(nèi)的葉綠素距離都在0.35納米左右，可以使能量快速高效地傳遞。