Science子刊：科学家们在弱光条件下提供了对光系统II的见解

　　

在高等植物和绿藻中，光系统II （PSII）通常与光收获复合物II （LHCII）结合形成PSII-LHCII超复合物。在弱光条件下，PSII-LHCII超配合物横向组织成高阶PSII-LHCII巨配合物和半晶阵列，以优化光合效率。

最近的一项合作研究破译了菠菜I型PSII- lhcii巨复合体的低温电镜结构，为低光条件下植物PSII的高阶组装原理和潜在调节机制提供了见解。

这项研究由中国科学院生物物理研究所、圣路易斯大学和圣路易斯华盛顿大学的研究人员领导，发表在12月14日的《科学进展》杂志上。

通过结合结构生物学、交联质谱、超快时间分辨荧光光谱和其他先进技术，研究人员阐明了一种主要类型的菠菜光合巨复合体（I型）的详细结构原理。这种巨复合体由四个PSII核心（C4）、四个强相关LHCII三聚体（S4）和两个中度相关LHCII三聚体（M2）组成，统称为I型C4S4M2巨复合体。

该研究确定了两个小膜蛋白，PsbR （PSII 10 kDa多肽R）和PsbY (PSII反应中心蛋白Y)，它们位于巨型复合物组装界面的中心区域，夹在两个相邻的C2S2M超复合物之间（图1）。

PsbR是PSII的一个小而重要的亚基，在调节I型和II型PSII- lhcii巨复合物在天然类囊体膜中的中央组装界面中起作用。它的缺失破坏了PSII颗粒在类囊体膜上的高阶组织。

除了PsbR， PsbY是位于PSII核心外围的另一个小亚基，靠近Cyt b559 （PSII的一个保护亚基）。PsbR和PsbY一起在Cyt b559周围形成屏蔽，潜在地调节其氧化还原电位。

进一步的结构和功能研究表明，PSII- lhcii巨络合物中最内层的两个PSII核极有可能处于抑制状态，阻止它们向外转移电子。结果，与超配合物样品相比，巨型配合物的产氧活性降低了约50%。

“我们的发现解决了一个长期存在的关于植物光系统II的高阶组装的结构和功能的难题。”“这增强了我们对植物如何在类囊体膜中组织PSII并根据不断变化的光照条件调整其功能的理解。”