光合作用是地球上最重要的化學反應(yīng)，1988年諾貝爾化學獎頒發(fā)給了紫色光合細菌光反應(yīng)中心的晶體結(jié)構(gòu)1。這是世界上第一個膜蛋白晶體結(jié)構(gòu)，顛覆了人們對膜蛋白結(jié)晶學的認識，也開辟了光合膜蛋白結(jié)構(gòu)與功能研究的新時代。然而三十年來，人們對紫細菌光合反應(yīng)中心與外圍天線蛋白復(fù)合體聯(lián)系仍不清楚，其與外界的物質(zhì)和能量交換機制也無結(jié)構(gòu)生物學證據(jù)支持。
本期（2018年4月5日）在線發(fā)表的兩篇Nature長文分別報道了高分辨率的反應(yīng)中心和天線的超級復(fù)合體結(jié)構(gòu)（LH1-RC）2,3。這是繼2014年日本茨城大學王征宇團隊與合作者解析了紫色光合細菌Thermochromatiumtepidum晶體結(jié)構(gòu)（Niwa?et al?2014）之后4，此研究領(lǐng)域迎來的終極突破。日本岡山大學沈建仁團隊與王征宇團隊合作再次將Tch.Tepidum的LH1-RC晶體分辨率提高到1.9埃。此高分辨率晶體結(jié)構(gòu)揭示了LH1-RC蛋白和多種輔因子更加清晰的精細結(jié)構(gòu)，與1988年諾獎的反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)相比，此超級復(fù)合體結(jié)構(gòu)描繪了反應(yīng)中心結(jié)合外圍天線的狀態(tài)，描述了中心與天線（16組α和β亞基對）的結(jié)合方式（圖1），以及天線復(fù)合體中鈣離子的準確位置和結(jié)合環(huán)境。也對醌轉(zhuǎn)移單子的路徑和機制進行了描述。
同時，英國謝菲爾德大學的Hunter教授團隊通過冷凍電鏡技術(shù)對Blastochloris?viridis的LH1-RC復(fù)合體進行了結(jié)構(gòu)解析，分辨率為2.9埃。此紫色光合細菌即是當年獲諾貝爾獎的菌株，Tch.tepidum為其“兄弟”。相比于Tch.Tepidum，Bch. viridis的LH1-RC復(fù)合體外圍共17對α和β亞基，而且多了一圈γ亞基（16個）。缺失的一個γ亞基剛好作為醌轉(zhuǎn)移單子的通道，而且在復(fù)合體內(nèi)部完美地發(fā)現(xiàn)了Qp的口袋位點（圖2）。這兩個long-awaited高分辨率LH1-RC結(jié)構(gòu)，在時隔三十年以后，為掀起膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學研究熱潮的光合紫細菌反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)研究畫上了完美句號。
雖然國內(nèi)在高等植物和紅藻的光合蛋白結(jié)構(gòu)解析方面領(lǐng)先世界，但關(guān)于光合細菌的研究工作還開展較少。而很多光合細菌是出自火山和熱泉眾多的島國日本，風行于歐美，但參與這兩項主要工作的第一作者都是國人，錢樸博士致力于此項研究已逾二十載，于龍江博士也是2014年晶體結(jié)構(gòu)的主要完成人之一。沈建仁教授和王征宇教授更是在光合作用研究領(lǐng)域的國際知名專家，更是華人科學界的驕傲！
Refer：
1???? Deisenhofer,J., Epp, O., Miki, K., Huber, R. & Michel, H. Structure Of the ProteinSubunits In the Photosynthetic Reaction Center Of Rhodopseudomonas-Viridis at3a Resolution. Nature 318, 618-624 (1985).
2???? Yu, L.-J.,Suga, M., Wang-Otomo, Z.-Y. & Shen, J.-R. Structure of photosyntheticLH1–RC supercomplex at 1.9 ? resolution. Nature, doi:10.1038/s41586-018-0002-9(2018).
3???? Qian, P.,Siebert, C. A., Wang, P., Canniffe, D. P. & Hunter, C. N. Cryo-EM structureof the Blastochloris viridis LH1–RC complex at 2.9 ?. Nature,doi:10.1038/s41586-018-0014-5 (2018).
4???? Niwa, S. etal. Structure of the LH1-RC complex from Thermochromatium tepidum at 3.0 A.Nature 508, 228-232, doi:10.1038/nature13197 (2014).
