RIKEN 生物化學(xué)家對(duì)光系統(tǒng) I 進(jìn)行高分辨率結(jié)構(gòu)分析，其中包含葉綠素 d 和脫鎂葉綠素 a(一種在海洋細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的吸光色素)，可以幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)微生物如何在深海的低能量光照條件下生存海。

在光合作用中，植物、藻類和一些細(xì)菌利用來(lái)自陽(yáng)光的能量，從二氧化碳和水中產(chǎn)生氧氣和碳水化合物。葉綠素是賦予植物綠色的色素，在吸收陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)能方面起著重要作用。

過(guò)去認(rèn)為，光系統(tǒng)I的科學(xué)家，復(fù)雜存在的膜蛋白中的所有需氧生物，使用的一種形式葉綠素稱為葉綠素a進(jìn)行光合作用。但是，當(dāng) 1990 年代發(fā)現(xiàn)一種使用不同形式葉綠素的海洋藍(lán)藻時(shí)，情況發(fā)生了變化。Acaryochloris marina 使用葉綠素 d 來(lái)利用遠(yuǎn)紅色波長(zhǎng)的光，以前認(rèn)為其能量太低而無(wú)法用于典型生物。

“A. marina 如何使用低能量光進(jìn)行光合作用一直是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，”RIKEN SPring-8 中心生物結(jié)構(gòu)機(jī)制組負(fù)責(zé)人 Koji Yonekura 指出。

現(xiàn)在，Tasuku Hamaguchi、Keisuke Kawakami、Yonekura 和他們的同事通過(guò)分析光系統(tǒng) I 反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)闡明了這個(gè)問(wèn)題——葉綠素的一部分將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為一種化學(xué)能，可供其余部分使用。 A. marina 中葉綠素 d 的光合作用機(jī)制(圖 1)。他們通過(guò)使用比以前用于觀察這些蛋白質(zhì)復(fù)合物的分辨率更高的冷凍電子顯微鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

研究人員的分析表明，其中一種捕光色素是脫鎂葉綠素 a，這是一種與其他 I 型反應(yīng)中心不同的無(wú)金屬二氫卟酚。脫鎂葉綠素 a 和葉綠素 d 的這種巧妙結(jié)合有助于解釋藍(lán)藻可以有效利用遠(yuǎn)紅光的低能量進(jìn)行光合作用的一些方式。

該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)可以幫助我們更好地了解光合生物如何能夠在極低光環(huán)境中生存，無(wú)論是在地球上還是在其他地方。A. marina 位于海洋的極低光區(qū)域，地球以外的生命可能存在于類似的低光環(huán)境中。

研究人員通過(guò)使用低溫電子顯微鏡產(chǎn)生具有高度相干電子束的卓越高分辨率圖像，在這項(xiàng)研究中實(shí)現(xiàn)了前所未有的分辨率。

該團(tuán)隊(duì)打算繼續(xù)研究這種神秘生物及其將光轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的方法。他們還應(yīng)用相同的技術(shù)來(lái)研究其他生物大分子。“我們正在對(duì)其他具有重要生物學(xué)意義的目標(biāo)進(jìn)行高分辨率單粒子低溫電子顯微鏡檢查，”米倉(cāng)說(shuō)。