摘要：研究人员报告了第一个高分辨率的光系统II的低温电子显微镜结构，为人工光合系统提供了有希望的见解。鸣谢:维基共享资源的Alison Taylor罗宾·梅希亚和艾莉森·泰勒博士

研究人员报告了第一个高分辨率的光系统II的低温电子显微镜结构，为人工光合系统提供了有希望的见解。鸣谢:维基共享资源的Alison Taylor罗宾·梅希亚和艾莉森·泰勒博士

光合作用是将阳光能量转化为化学能并产生分子氧的自然过程，是一种非凡的自然现象，不仅形成了维持地球上几乎所有生物的基础，而且为人工光合作用提供了蓝图。

几十年来，研究人员一直在研究可以人工复制这一过程的技术。人工光合系统利用技术来储存太阳能化学键，有可能创造出像氢气这样的可持续燃料。对这种植物的捕光结构的深入了解对于这种未来的应用至关重要。

发现了这样一个结构，由助理教授罗曼·拉罗卡领导的研究小组，以及日本冈山大学的副教授Fusamichi Akita和Jian-任申教授，对海洋藻类Chrysotila roscoffensis中发现的光合复合物进行了高分辨率分析。这种海藻属于颗石藻属，以生产碳酸钙板和将碳固定在海洋表面而闻名。

该研究于2025年5月5日在线发表在《自然通讯》上，描述了触生植物物种独特的光合机制，并对其独特的光捕获和能量转移机制进行了更深入的研究。

海藻，尤其是鞭毛藻(haptophytes),，对海洋生物至关重要，占海洋生物量的50%，在全球碳循环中发挥着重要作用。然而，尽管它们很重要，这些物种光合作用的分子细节仍然没有被探索。

光合作用的过程主要涉及两个蛋白质-色素复合体，即光系统I (PSI)和光系统II (PSII)。PSII负责启动光合作用过程，利用光将水分解为氧气、质子和电子，而PSI使用来自PSII的电子，并将它们激发到更高的能量水平，以便它们可以用于合成糖的过程。

PSII存在于叶绿体的类囊体膜中，由天线蛋白和反应中心组成，天线蛋白是捕捉阳光的捕光复合物，反应中心称为光合核心(具有特殊的叶绿素(P680)和水分解复合物)。

培养的osn中LHX2和EBF1蛋白的成像。信用:《自然·通讯》(2025)。

使用先进的成像技术低温电子显微术(cryo-EM)在令人印象深刻的2.2英寸分辨率下，研究人员绘制了单倍体物种中的PSII-岩藻黄素叶绿素c结合蛋白(FCPII)超级复合物。

“这项研究分析了鞭毛藻(haptophytes)中PSII-FCPII复合物的第一个结构模型，”拉罗卡博士解释道。“令人惊讶的是，与其他PSII系统不同，触生植物中的复合物显示了围绕光系统核心的天线蛋白的独特排列。”

该结构显示了天线蛋白的特征性排列和结构，其由每个PSII单体的六个FCPII天线蛋白单元组成。这些蛋白质的排列与在硅藻中看到的完全不同绿藻类，表明这种海藻对其生活环境的适应。

FCPII单元负责收集光线并将能量传递到光系统的核心。根据cryo-EM的结构，一种天线蛋白FCPII-2在这一过程中作为中心枢纽脱颖而出。它的位置使得它可以从周围的天线接收能量，并将其直接传递给PSII核心子单元CP47。FCPII-2蛋白还富含岩藻黄素色素，可以有效吸收光线，同时耗散多余的光能，防止强光对细胞的损伤。

研究人员还鉴定并测序了Psb36，这是一种以前未表征的PSII亚单位，发现于核心和天线系统之间的界面。虽然这种结构在硅藻和红藻的早期研究中已经出现，但其序列直到现在才确定。

这项研究揭示了重要的细节，加深了我们对光合作用系统的认识，也有望促进光合作用的发展人工光合作用系统，因为集光系统的独特布置表明了在某些光照条件下集光的效率。

“这些藻类在利用阳光获取能量方面效率极高；通过了解它们光系统的结构，我们离模仿这些自然系统来获取人工光能更近了一步，”沈博士总结道。

来源：邓亚琪