生物合成“光合作用膜”又向前迈出一步

　　

没有臭氧层的地球将遭受来自太阳紫外线的疯狂灼烧，如果没有来自植物、蓝藻细菌、藻类的光合作用，吸收太阳能转化为自身的化学能，同时生成氧气和固定二氧化碳，如今地球上大多数生物就不能享受呼吸这个过程。

可以说蓝藻细菌是当代复杂生物的造世主，对地球的大气和初级生产力做出重大贡献。

现代人类拼命挖掘和使用石油，燃烧含碳燃料释放二氧化碳，把地球大气环境推回远古，更可怕的是，人们还在肆无忌惮地砍伐大片森林，倘若这些温室气体无处可去，总有一天会反噬我们人类。这正是科学家们不遗余力研究光合作用的原因之一。

最近，利物普大学的研究人员进行了一项新的研究，揭示了古代光合生物——蓝藻——如何进化它们的光合机制，并组织它们的光合膜结构，以有效地捕获太阳光和能量传导。

光依赖的光合反应是由一组光合复合物和分子调节在特殊的细胞膜，称为类囊体膜。虽然一些研究报道了光合复合物的结构及其如何进行光合作用，但研究人员对天然类囊体膜是如何构建并进一步发展成为蓝藻细胞中的功能实体仍知之甚少。

该研究小组由美国大学系统、分子和整合生物学研究所的Luning Liu教授领导，开发了一种控制细胞生长过程中类囊体膜形成的方法，并使用最先进的蛋白质组学和显微成像技术来表征类囊体膜的逐步成熟过程。他们的研究结果发表在《Nature Communications》杂志上。

Liu教授说：“我们对这一发现感到非常兴奋。”我们的研究描绘了光合营养体如何生成并发育其光合膜，以及不同的光合成分如何结合并定位在类囊体膜中以进行有效的光合作用——这是该领域长期存在的问题。”

这项研究的第一作者Tuomas Huokko博士说：“我们发现新合成的类囊体膜出现在外周细胞膜（称为质膜）和预先存在的类囊体层之间。通过检测类囊体发育过程中的蛋白质组成和光合活性，我们还发现光合蛋白质在空间和时间上都受到很好的控制，可以进化和组装成类囊体膜。”

新的研究表明，蓝藻类囊体膜是一个真正的动态生物系统，能够在细菌生长过程中快速适应环境变化。在类囊体中，光合蛋白质可以从一个位置扩散到另一个位置，形成功能性的“蛋白质岛”，共同工作以获得高的光合效率。

“由于蓝藻能进行类似植物的光合作用，从蓝藻类囊体膜获得的知识可以扩展到植物类囊体，”Liu教授补充说。“了解自然光合机制是如何进化和调节光合营养是至关重要的调节和提高光合性能。在气候变化和人口增长的背景下，这为可持续地提高作物光合作用和产量提供了解决方案。我们的研究也可能有助于以生物为灵感设计和制造高效电子转移和生物能生产的人工光合装置。”

原文检索：Probing the biogenesis pathway and dynamics of thylakoid membranes