Cell：对光合膜组装的新见解

　　

一项国际研究阐明了一种蛋白质的结构，这是光合膜组装和稳定所必需的。

植物、藻类和蓝藻细菌通过光合作用将二氧化碳和水转化为生物量和氧气。这一过程构成了地球上大多数生命形式的基础。全球变暖使光合生物面临越来越大的压力。这降低了增长率，并在较长期内对人类的粮食供应构成威胁。德国慕尼黑大学(LMU)生物学家K?rin Nickelsen和他的研究小组在一个国际项目中发挥了重要作用，现在已经确定了一种蛋白质的三维结构，该蛋白质参与了光合作用发生的细胞膜的形成和维护。这项研究提供的见解将促进生物技术的努力，以提高植物应对环境压力的能力。

光合作用的最初步骤发生在“类囊体”膜内，其中含有从阳光中吸收能量的色素-蛋白质复合物。几十年来，人们已经知道，在几乎所有的光合生物体中，一种名为VIPP1(即质体中的囊泡诱导蛋白)的蛋白质对类囊体的组装是必不可少的。“然而，到目前为止，VIPP1到底是如何实现这一基本功能的仍然是个谜，”Nickelsen团队的博士后、新出版物的联合第一作者Steffen Heinz说。多亏了Helmholtz Zentrum München领导的这项新研究，研究人员现在知道了更多。

光合膜的组装

该团队使用低温电子显微镜以高分辨率确定了VIPP1的三维结构。对这种结构的分析，结合蛋白质作用方式的功能研究，证明了少量的VIPP1分子是如何形成短链的，这些短链相互交织形成一个篮子状的结构。这就成为了类囊体膜组装的支架，并决定了它的曲率。利用一种相关的技术，即低温电子断层扫描技术，科学家们还能够对藻类细胞中自然状态下的VIPP1膜进行成像。通过在VIPP1中引入位点特异性突变，他们发现VIPP1与类囊体膜的相互作用对于在高水平光胁迫下保持类囊体膜的结构完整性至关重要。这一发现表明，该蛋白质不仅介导类囊体的组装，而且在使它们适应环境波动方面发挥作用。

这些结果为更好地理解类囊体形成和稳定的机制提供了基础。它们还将为提高绿色植物抵御极端环境压力的能力开辟新的机会。

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