Strukturen af ​​fotosystemprotein-superkompleks fra diatom afslører dets meget sofistikerede energioverførselsnetværk

Kiselalger er en gruppe af fytoplankton, der er vidt udbredt i hydrosfæren og endda i fugtig jord. De spiller vigtige roller i globale kulstof-ilt-cyklusser og giver værdifulde produkter og biomasser. Kiselalgerceller er brune på grund af tilstedeværelsen af ​​specielle klorofyler (Chl), Chl c, samt carotenoider fucoxanthiner og diadinoxanthiner.

Forskellig fra dem i grønne alger og højere planter, fotosystemet I (PSI) af kiselalger binder et stort antal fucoxanthin-chlorophyll a/c-bindende protein I (FCPI) som perifere antenner for at høste mere blågrønt lys under vandet.

Et forskerhold fra Institute of Botany ved det kinesiske videnskabsakademi løste strukturen af ​​et PSI-FCPIs superkompleks fra en marin centreret kiselalger Chaetoceros gracilis.

I dette studie, PSI-FCPI-proteinet blev ekstraheret og oprenset fra thylakoidmembraner af diatomé-chloroplasten. Derefter blev dens struktur løst ved enkeltpartikelkryo-elektronmikroskopi, som viste, at PSI-FCPI er en monomer sammensat af et reaktionscenter og 24 FCPI'er omkring det. Det er den største monomere PSI, der er forbundet med det største antal lys-høstende antenner fundet hidtil.

Sammenlignet med rødalger, kiselalger PSI mistede PsaK og PsaO i kernekomplekset, men har to nye underenheder, PsaR og PsaS. PsaR er involveret i at stabilisere den perifere FCPI-antenne og energioverførsel fra FCPI-underenhederne til PSI-kernen, hvorimod funktionen af ​​PsaS er ukendt.

De 24 FCPI-underenheder findes alle i monomerer, og er fordelt i tre lag, der omgiver PSI-kernen. Det første lag er en lukket ring, der består af 11 FCPI-underenheder, der omgiver PSI-kernen, hvorimod den anden er en halvring sammensat af 10 FCPI-underenheder, og det tredje lag er sammensat af kun 3 FCPI-underenheder og placeret på den ene side af kernen.

Hele strukturen af ​​PSI-FCPI superkomplekset indeholder 326 Chls a, 34 Chls c, 102 fucoxanthiner, 35 diadinoxanthiner, 18 β-carotener og nogle elektronoverførselskofaktorer. Det store antal pigmenter udgør en unik, stort netværk, der sikrer effektiv energihøst, overførsel og dissipation.

Disse resultater giver et solidt strukturelt grundlag for at optrevle mekanismerne ved høst af lysenergi, overførsel og quenching i kiselalger PSI-FCPI, og også vigtige spor til evolutionære ændringer af PSI-LHCI.

Dette studie, med titlen "Strukturelt grundlag for energioverførsel i et enormt kiselalger PSI-FCPI superkompleks, " blev offentliggjort i Naturkommunikation den 8. oktober, 2020.