研究揭示光合作用核心蛋白复合物的修复机制

中国科学院生物物理研究所柳振峰团队透露，绿藻光系统III(PSII)多种中间态复合物的结构类型及其在修复过程中重新组装的原理，阐述了TEF30在PSII修复循环后半段发挥作用的分子机制。有关论文发表在《自然-植物》中。

PSII是光合生物中的关键膜蛋白复合物，负责水裂化和光合电子传输的启动，但其核心亚基D1容易受到光损伤。为了保持光合作用的效率，光合生物需要不断修复PSII，完成从解组装到重组形成超复合物的一系列复杂过程。虽然早期研究已经揭示了PSII修复的早期机制，但后半段重组的结构基础还不清楚。

本研究结合抗体亲和力净化和冷冻电镜技术，对TEF30PSII中间态复合物的四种高分辨率结构进行了净化和分析，即TEF30。-C、TEF302-C2-I、TEF30-C2-C2-II和TEF30-C2-S(C代表PSII核心复合物，S代表捕光天线复合物的紧密结合)。结构表明，TEF30与PSII的多个核心亚基构成了密切的相互作用，生物膜干预实验结果表明TEF30与PSII-C之间具有较高的亲和力。PSII中TEF30的结合位点跨越了RC47和CP43模块的页面，这与它们的组装功能相一致。

研究还发现，TEF30和PSII的外周天线复合物之间存在空间位阻，可以避免天线过早与未成熟的PSII结合，从而保护PSII免受过剩光能的损害。此外，结构分析表明，在二聚体形成过程中，PSII-C可能会在单个房间内移动和重新排列，从而为天线复合物的融合创造空间。

这一结果提醒PSII-SC的形成包含了一系列精确的结构重构过程。在此基础上，研究小组提出了TEF30参与PSII重组调控的机制模型，系统描述了从RC47-CP43组装到成熟PSII超复合物形成的五个步骤。

这项研究由柳振峰研究人员担任通信作者，第一个作者是王伊迪博士，王辰曦和李安节博士参加了这项研究。该研究得到了国家自然科学基金委员会、中国科学院基础研究领域青年科学家项目和中国科学院战略先导技术的支持和支持。