中科院植物所與清華大學(xué)合作揭示組裝因子Psb27調(diào)控光系統(tǒng)II組裝修復(fù)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

探索光系統(tǒng)II（Photosystem II，PSII）的結(jié)構(gòu)及其功能調(diào)控機(jī)制一直是當(dāng)今世界前沿的科學(xué)問題之一。PSII在體內(nèi)的組裝和受到光損傷后的修復(fù)過(guò)程需要多種組裝因子參與，是通過(guò)形成不同的組裝修復(fù)中間復(fù)合體來(lái)完成的復(fù)雜且高度有序的過(guò)程。Psb27蛋白是重要的組裝修復(fù)因子之一，在低溫、高光或光強(qiáng)快速變化等脅迫條件下，對(duì)維持PSII的高效組裝修復(fù)起著重要作用。目前，在原子、分子水平上揭示Psb27蛋白調(diào)控PSII組裝的精確機(jī)制仍存在巨大挑戰(zhàn)。

中科院植物所光合膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)隋森芳研究團(tuán)隊(duì)合作利用單顆粒冷凍電子顯微鏡技術(shù)，首次解析了嗜熱藍(lán)藻Psb27-PSII中間復(fù)合體的近原子分辨率（3.78埃）三維結(jié)構(gòu)，揭示了Psb27結(jié)合的精確位點(diǎn)及該復(fù)合體獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征。研究發(fā)現(xiàn)，該蛋白復(fù)合體是由2個(gè)Psb27-PSII單體按照C2對(duì)稱性組裝而成的二聚體，每個(gè)Psb27-PSII單體含有16個(gè)蛋白亞基，35個(gè)葉綠素分子、11個(gè)胡蘿卜素分子、2個(gè)去鎂葉綠素分子和大量的脂分子。在PSII的囊腔側(cè)，Psb27蛋白通過(guò)與CP43亞基相互作用結(jié)合在中間復(fù)合體上，結(jié)合的Psb27與錳簇穩(wěn)定蛋白PsbO在復(fù)合體上存在一定程度的結(jié)構(gòu)沖突；同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)中間復(fù)合體CP43、CP47、D2亞基及其他核心小亞基中與PsbO或PsbU亞基結(jié)合的一些局部構(gòu)象發(fā)生變化，阻止了PsbO和PsbU與PSII復(fù)合體在水裂解催化中心錳簇組裝前過(guò)早地結(jié)合?；诮Y(jié)構(gòu)信息，研究人員提出了PSII組裝修復(fù)過(guò)程中外周蛋白解離和結(jié)合的新模型。這是目前解析的第一個(gè)PSII中間復(fù)合體結(jié)構(gòu)，對(duì)進(jìn)一步揭示放氧光合生物PSII的組裝修復(fù)過(guò)程提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是理解PSII的組裝修復(fù)過(guò)程中結(jié)構(gòu)和功能動(dòng)態(tài)調(diào)控的重大跨越。

該研究于2021年1月26日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上。