Первичные реакции фотосинтеза растений начинаются с механизма расщепления воды, известного как фотосистема II (ФСII). Завод PSII содержит два основных модуля: систему сбора света (известную как LHCII) и основную комплексную систему.
Основной комплекс содержит фотосинтетический реакционный центр и центр выделения кислорода, способный расщеплять молекулы воды при температуре окружающей среды. Реакции в основном комплексе работают от светособирающей системы, которая поглощает световую энергию и передает ее в основной комплекс.
Детальная архитектура завода PSII оставалась неуловимой на протяжении десятилетий.
Структура этого гигантского супрамолекулярного комплекса с высоким разрешением была долгождана в областях структурной биологии и исследований фотосинтеза.
Недавно три группы под соответствующим руководством LIU Zhenfeng, ZHANG Xinzheng, CHANG Wenrui и LI Mei из Института биофизики CAS совместно решили структуру суперкомплекса шпината PSII-LHCII в 3.2 Разрешение с помощью одночастичной криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ). Работа опубликована в журнале Nature 18 мая 2016 г.
Суперкомплекс шпината PSII-LHCII имеет общую молекулярную массу 1.1 мегадальтон (1 мегадальтон = 1×106 дальтон) и образует гомодимер с двумя идентичными единицами.
Каждая единица содержит более 25 белковых субъединиц, 105 хлорофиллов, 28 каротиноидов и множество других кофакторов. В этом исследовании были выявлены сложные общие структурные особенности и расположение каждой отдельной субъединицы в суперкомплексе.
Три разных типа LHCII, а именно, главный тример LHCII и два минорных LHCII, i.е., Сборка этих трех типов LHCII и основного комплекса опосредуется тремя небольшими субъединицами, и их сайты связывания расположены внутри суперкомплекса.
Результат объясняет важную роль этих малых субъединиц в стабилизации суперкомплекса PSII-LHCII, как было обнаружено в предыдущих функциональных исследованиях.
Детали, касающиеся путей передачи энергии между LHCII и основным комплексом в суперкомплексе PSII-LHCII, оставались неуловимыми в течение десятилетий, прежде чем это исследование было завершено. Эта новая информация жизненно важна для понимания процесса сбора света у растений. Путем анализа пигментных сетей в суперкомплексе шпината PSII-LHCII были определены и подробно описаны специфические пути между LHCII, CP29, CP26 и центральными антенными комплексами CP43 / CP47.
Более того, потенциальные участки гашения энергии (образующиеся в условиях высокой освещенности), функционирующие в регулирующем процессе (известном как фотозащита), были расположены внутри суперкомплекса. Эти результаты являются фундаментальными и помогут продвинуть дальнейшие исследования кинетики переноса энергии и механизма фотозащиты в суперкомплексе PSII-LHCII.
Исследование финансировалось Национальным проектом 973 Министерства науки и технологий Китайской Народной Республики, Программой стратегических приоритетных исследований CAS и Национальным фондом естественных наук Китая.
Сбор крио-электромагнитных данных проводился в Центре биологической визуализации, основных объектах белковой науки в IBP, CAS и в Национальном центре белковых исследований Шанхая (NCPSS), Шанхайском институте биологических наук / Шанхайском научно-исследовательском центре, CAS.