橙色类胡萝卜素蛋白质的变化不仅仅是蓝藻光保护的颜色

研究小组在伯克利实验室物理生物科学部门的结构生物学家CherylKerfeld领导的一项研究中发现，在蓝藻中，能量猝灭机制是由一个前所未有的大规模运动(相对而言)从一个地方到另一个地方引发的。一种称为橙色类胡萝卜素蛋白(OCP)的关键光敏蛋白中的类胡萝卜素色素。由于这种易位，类胡萝卜素稍微改变其形状并与不同的氨基酸邻居相互作用，导致蛋白质从“橙色”光吸收状态转变为“红色”光保护状态。这证明是光保护中意外的分子引发事件。

“在我们工作之前，假设类胡萝卜素是静态的，由蛋白质支架固定，”Kerfeld说。“已经证明蛋白质中的类胡萝卜素的转移是光保护的功能性触发因素，科学家们需要重新审视其他类胡萝卜素结合蛋白复合物，看看易位是否也能在这些中发挥作用。了解类胡萝卜素的动态功能应该是对于未来人工光合系统的设计非常有用。“

克尔菲尔德是科学论文的相应作者，该论文描述了这项名为“与蓝藻光保护相关的照片开关中的12种类胡萝卜素易位”的研究。共同作者是RyanLeverenz，MarkusSutter，AdjéléWilson，SayanGupta，AdrienThurotte，CélineBourcierdeCarbon，ChristopherPetzold，CorieRalston，FrançoisPerreau和DianaKirilovsky。

通过光合作用，绿色植物和藻类能够收获太阳能并将其转化为化学能。创建一个有效的光合作用人工版本将实现太阳能作为最终绿色和可再生电能来源的梦想。但是，如果阳光收获系统的太阳能吸收过载，它很可能会遭受某种形式的破坏。

“我们知道，色素分子彼此之间以及与蛋白质的相互作用对于光合作用的光捕获和光保护功能具有根本重要性，”Kerfeld说。“我们也知道，两种颜料分子之间的距离对于能量转移很重要，这意味着在过程中的任何给定时间准确了解颜料分子的结构排列及其位置是至关重要的。”

Kerfeld和她的合着者专注于OCP，一种蓝藻中的色素结合蛋白，吸收蓝绿光并与蓝藻天线结合，导致过量捕获能量的消散。蓝藻是被称为“地球大气层的建筑师”的水生微生物，因为它们在太古代和元古代时代产生了大部分大气的氧气。使绿色植物能够进行光合作用的叶绿体是古代蓝藻的后代。

当橙态OCP吸收蓝绿光时，它会发生结构变化，导致红态OCP。一旦多余的太阳能被淬灭，OCP就会与第二种蛋白荧光恢复蛋白(FRP)相互作用，使其恢复到捕光的橙色状态。在伯克利实验室的AdvancedLightSource工作，美国能源部(DOE)科学办公室的国家用户设施，Kerfeld和她的合着者使用ALSBeamlines5.0.1和5.0.2的蛋白质晶体学能力来获得这些的晶体结构关键的光保护蛋白。

“这些晶体结构揭示了OCP光活化伴随着蛋白质中色素的12Å易位以及类胡萝卜素-蛋白质相互作用的显着重组，”Kerfeld说。“我们的研究结果还确定了由光触发的OCP光致变色的起源，并揭示了光保护过程中与光捕获天线相互作用所需的结构决定因素。”

为确认这种易位实际发生在OCP处于其天然溶液环境中并且不是由于蛋白质在晶体形成过程中经历的结构变化时，Kerfeld和她的同事转向ALSBeamline5.0.3和X射线足迹(XFP)，结构生物学中一种强大的技术，用于研究溶液中蛋白质和核酸的大分子结构和动力学。

伯克利结构生物学中心(BCSB)的主任，生物物理学家CorieRalston说：“在任何蛋白质晶体学研究中，总是存在一个问题，即结晶蛋白质是否代表了现实生活中的蛋白质”，该中心使用的是ALSBeamlines。研究，和科学论文的合着者。“XFP最强大的功能之一就是你可以在溶液状态下观察蛋白质和/或核酸，通常是在接近生理条件的条件下。”

随着XFP研究证实蛋白质晶体学结果是真实的，Kerfeld说下一步将是了解OCP与天线相互作用以消耗能量的详细机制。

“一些蓝藻与OCP有多种同源物，”她说。“这些同源物在做什么?它们是否允许微调光保护?如果我们能够学到答案，我们就可以在青色植物中设计智能光保护，甚至可以改善绿色植物的光合作用。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！