浙江在線11月26日訊（記者 黃慧仙 通訊員 柯溢能 吳雅蘭） 近日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院、良渚實驗室與中國科學(xué)院植物研究所合作，通過冷凍電鏡技術(shù)，在全球率先解析了一種古老的光合細菌——綠硫細菌的光合反應(yīng)中心空間結(jié)構(gòu)。11月20日，該研究成果刊登在國際頂級雜志《科學(xué)》上。
光合作用是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)之一，光合作用反應(yīng)中心則是該過程中實現(xiàn)光能—電能轉(zhuǎn)化的核心結(jié)構(gòu)。今天的高等植物擁有兩種不同的光合作用反應(yīng)中心，且各自是由不一樣的中心蛋白構(gòu)成。但地球上最早的光合作用反應(yīng)中心構(gòu)成其實是兩個相同的蛋白，經(jīng)過長期演化才逐漸形成如今的狀態(tài)。綠硫細菌的光合作用反應(yīng)中心的特別之處，正在于其兼具演化前后兩種光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點。
“光合作用反應(yīng)中心在地球幾十億年的歷史中只進化過一次，現(xiàn)在地球上的所有光合作用反應(yīng)中心蛋白都是從同一個祖先進化而來。因此，此次發(fā)現(xiàn)在光合作用反應(yīng)中心研究上具有‘追本溯源’的意義，補上了其進化史研究中的重要一環(huán)。”浙江大學(xué)冷凍電鏡中心、良渚實驗室教授張興說。
論文評審專家表示：“這項研究對于揭示30億年前地球原始光合生物如何進行光合作用具有重要的啟示，對于理解光合作用反應(yīng)中心的進化極其重要?！?
對不同光合生物的光合作用機制研究，將有望推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。“當(dāng)前大田農(nóng)作物對于太陽能的利用率低于2%，遠低于其理論值6%至8%。未來，在該項研究的基礎(chǔ)上，我們可以借鑒不同生物的光合作用機理，進而改造植物光的反應(yīng)系統(tǒng)，提高太陽能利用率，從而提升農(nóng)作物產(chǎn)量?！闭憬髮W(xué)冷凍電鏡中心博士后陳景華說。此外，該項研究還有望在仿生設(shè)計光敏器件制造以及醫(yī)學(xué)治療上發(fā)揮重要作用。
據(jù)專家介紹，綠硫細菌已被發(fā)現(xiàn)數(shù)十年，但綠硫細菌的光合作用反應(yīng)中心復(fù)合體在有氧條件下極不穩(wěn)定，樣品分離制備十分困難；同時，早期的結(jié)構(gòu)解析手段主要為X射線晶體學(xué)，對樣品的純度和均一度都有很高要求。因而，此前科學(xué)家對其光合作用反應(yīng)中心的詳細構(gòu)造了解甚少。浙大科研團隊優(yōu)化了樣品制備的各環(huán)節(jié)，獲得了足夠的蛋白樣品；運用冷凍電鏡技術(shù)，收集了近萬張樣品顆粒的電子顯微鏡成像圖片，最終成功解析了綠硫細菌光合作用反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)，分辨率高達2.7埃。在該分辨率下，古老綠硫細菌光合作用反應(yīng)中心的廬山真面目才被首次揭開。
