紫色光合细菌LH1-RC复合物的结构生物学研究进展

紫色光合细菌作为研究光合作用分子机制的一种古老的模式生物,通过无氧光合作用将太阳能转化为化学能,其光合作用原初反应主要发生在由捕光天线复合物1(LH1)及反应中心复合物(RC)组成的核心复合物(LH1-RC)中。近年来,随着晶体学和冷冻电镜技术的迅速发展,多个不同菌种来源的LH1-RC复合物的三维结构被解析出来,极大地拓展了人们对该复合物的认识。文章系统总结了近年来紫细菌光合膜蛋白复合物的结构生物学研究进展,为深入了解光合作用分子机制、提高光合效率、促进人工光合作用系统的开发及应用提供了理论基础。

紫色光合细菌中类胡萝卜素的选择性分布及功能

紫色光合细菌Rhodopseudomonas（Rps．）palustris光合膜中的外周捕光天线（LH2）及核心复合物（LH1-Rc）中都含有多种类胡萝卜素分子（Crt）。研究不同种类的Crt在上述色素蛋白复合物中的分布及其生理学功能具有重要意义。采用了高效液相色谱（HPLC）手段分析了中等光强（～4000lux）培养条件下所获得的Rps．palustris的LH2及LH1-RC中的Crt组成，发现共轭双键数目（n）为11或12的类胡萝卜素分子（包括lyeopene（n=11），Anhydrorhodivibrin（n=12）及Rhodopin（n=12）等，主要集中在LH2复合物中，而n=13的类胡萝卜素分子Spirilloxanthin则优先结合到LH1-RC中。通过将稳态吸收光谱及近红外荧光激发光谱在细菌叶绿素的Qx带处归一化，并比较两者的数值，发现在LH2中Crt从单重态向BCh1的传能效率[30．9％（v=0），25．4％（v=1），30．4％（v=2）]明显高于在LH1-RC中的传能效率[10．7％（v=0），7．8％（v=1），11．4％（v=2）]。此外，本文还运用亚微秒时间分辨吸收光谱检测了类胡萝卜素三重态Tn←T1吸收，发现伴随着532nm激光脉冲激发，LH1-RC和LH2中Crt三重态的吸收主峰位于571及560mn左右，它们分别归属于n=13和n=12的类胡萝卜素分子。通过对动力学衰减曲线进行单指数拟合，发现前者的衰减时间常数（1．6μs）明显短于后者（2．2μs）。上述研究结果表明，短链Crt易于结合到LH2中承担捕光的功能，而长链Crt优先结合到LH1-RC中发挥光保护功能。