绿硫细菌光反应核心复合体的构造及能量传递机制研究
批准号:
32100202
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈景华
依托单位:
学科分类:
植物光合与固氮
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈景华
中文摘要
绿硫细菌是一类严格厌氧的光合细菌,其光反应系统包括外周天线绿小体、内周捕光天线FMO和反应中心(GsbRC)。在生理条件下,每个反应中心结合两个FMO形成绿硫细菌光反应核心复合体(2FMO-GsbRC)。尽管反应中心的结构此前已有报道,但其外周亚基结构不完整,完整光反应核心复合体的构造尚未见报道,且FMO与反应中心之间的能量传递机制尚不明确。本项目以嗜热型绿硫细菌为研究材料,采用机械破碎、差速离心、化学交联和凝胶层析等方法对绿硫细菌完整光反应核心复合体进行分离纯化;运用质谱和高效液相层析技术对复合体进行定性分析;利用单颗粒冷冻电镜技术解析复合体近原子分辨率的空间结构,并基于三维结构模型,明确复合体蛋白亚基间的相互作用,阐明复合体内部的电子传递和能量传递机制。
英文摘要
Green sulfur bacteria (GSB) are strictly anaerobic photosynthetic bacteria. The light reaction system of GSB comprises peripheral antenna chlorosome, energy-transferring protein FMO and reaction center (GsbRC). In vivo, each GsbRC binds two FMO, forming the light-reaction core complex (2FMO-GsbRC) of GSB. Though the structure of GsbRC had been resolved, the full-length structures of peripheral subunits remain incomplete, and the structure of the intact light reaction core complex is unknown, and the energy transfer mechanism between FMO and GsbRC is unclear. This project chooses the thermophilic GSB as research material, by jointly using the methods of disruption, centrifugation, chemical crosslinking and gel filtration to purify the intact light reaction core complex (2FMO-GsbRC) of GSB, and by using mass spectrum (MS)- high performance liquid chromatography (HPLC) to analyze the sample, and further utilizes the cryo-EM technique to resolve the atomic structure of this complex, aiming to clarify the protein-protein interactions and the possible energy transfer mechanism within the complex.
绿硫细菌的光系统由外周捕光天线绿小体、内周捕光蛋白FMO和细胞质膜内的反应中心构成。已有研究报道了反应中心与FMO蛋白复合体的冷冻电镜结构,但完整绿硫细菌光系统的结构及内部能量传递机制仍不清楚。本项目通过机械破碎、梯度离心和凝胶层析等方法纯化得到绿硫细菌完整光系统核心复合体样品,结合质谱技术对复合体多肽进行鉴定,利用单颗粒冷冻电镜技术解析了复合体2.9埃分辨率空间结构,明确了复合体各蛋白亚基间的相互作用与色素分子的排布网络,阐明了复合体内部的电子传递和能量传递机制。具体发现包括:(1)每个反应中心周质侧非对称地结合两个FMO三聚体,二者在细胞膜平面向反应中心的同一侧倾斜;(2)在FMO三聚体与核心亚基PscA间发现了两个新的蛋白亚基(PscE和PscF),推测其可能参与稳定FMO与反应中心的结合;(3)两个PscC亚基对称排列在反应中心核心亚基PscA两侧,其N末端三次跨膜螺旋与日光杆菌反应中心PshX亚基及蓝藻光系统I的外周亚基PsaF/J/I/L/M在空间位置上相似;(4)发现了更多的辅因子,包括脂分子和类胡萝卜素分子等,其中,一个位于FMO三聚体和反应中心间隙的中间叶绿素分子(BChl-816)可能介导能量由FMO向反应中心的传递,并导致两个FMO三聚体向反应中心能量传递效率的差异。本项目研究成果进一步提升了人们对于绿硫细菌光合作用分子机理的认识,有助于人们深入理解光合作用的自然发生机制,提高人工太阳能利用效率。
绿硫细菌细胞色素 bc1 复合体的结构生物学研究
-
批准号:LR22C010001
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:0.0万元
-
批准年份:2021
-
负责人:陈景华
-
依托单位:
国内基金
海外基金