我所解析出光系統II復合物的動態光損傷分子機制

  近日,我所生物分子結構表征新方法創新特區研究組(18T5組)王方軍研究員團隊在超大分子量膜蛋白質復合物組成和結構動態分析方面取得新進展,通過整合化學交聯質譜法和整體蛋白質組學分析,解析出光系統II復合物的動態光損傷分子機制。

  光系統II(PSII)是光合作用過程中光依賴性反應中的第一膜蛋白復合物,是催化水的氧化產生氧氣的核心。PSII復合物主要以二聚體形式嵌入類囊體膜中,每個單體含有20多種不同的蛋白質亞基,二聚體總分子量約為700kDa。雖然光是光合作用的能量來源,但是過量的光照也會造成光損傷。PSII是光損傷的關鍵部位,光損傷導致復合物中電子傳遞鏈失活,并造成復合物放氧活性中心的氧化損傷和放氧活性喪失。由于PSII二聚體分子量巨大,對其在光損傷過程中的組成和結構變化的動態分析極具挑戰。

 

  為對PSII膜蛋白復合物在光損傷過程中的組成、結構和氧化修飾變化進行全面分析,王方軍團隊提出了化學交聯質譜法和整體蛋白質組學分析整合策略,發現這兩種分析方法獲得的結果高度互補、相互驗證。研究顯示,在光損傷早期,PSII核心蛋白亞基靠近錳簇的氨基酸殘基如D2/304F和311L發生氧化,同時錳簇附近的序列區域如D2/324Q-342L首先被降解。隨后,復合物電子傳遞鏈中PheoD2,QA,非血紅素鐵以及CP47和CP43的基質側附近殘基發生氧化,核心蛋白亞基D1,D2,CP47和CP43中發生了明顯的降解和解離,外周小亞基也發生降解并最終從核心亞基上解離。研究還發現,囊腔側結構域的主要部分在光照過程中相對穩定,并且在核心亞基降解后可能與復合物整體完全脫離。該工作對PSII膜蛋白復合物的光損傷分子機制進行了全面解析,加深了對光損傷過程的認識。

  該工作于近日發表在中國化學會旗艦刊物CCS Chemistry上。該工作得到國家自然科學基金、遼寧省自然科學基金、我所科研創新基金等項目的資助。(文/圖 周燁)

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