光合海洋细菌中的独特色素揭示了它在弱光下的生活

RIKEN 生物化学家对光系统 I 进行高分辨率结构分析，其中包含叶绿素 d 和脱镁叶绿素 a(一种在海洋细菌中发现的吸光色素)，可以帮助科学家发现微生物如何在深海的低能量光照条件下生存海。

在光合作用中，植物、藻类和一些细菌利用来自阳光的能量，从二氧化碳和水中产生氧气和碳水化合物。叶绿素是赋予植物绿色的色素，在吸收阳光并将其转化为有用的化学能方面起着重要作用。

过去认为，光系统I的科学家，复杂存在的膜蛋白中的所有需氧生物，使用的一种形式叶绿素称为叶绿素a进行光合作用。但是，当 1990 年代发现一种使用不同形式叶绿素的海洋蓝藻时，情况发生了变化。Acaryochloris marina 使用叶绿素 d 来利用远红色波长的光，以前认为其能量太低而无法用于典型生物。

“A. marina 如何使用低能量光进行光合作用一直是一个长期存在的问题，”RIKEN SPring-8 中心生物结构机制组负责人 Koji Yonekura 指出。

现在，Tasuku Hamaguchi、Keisuke Kawakami、Yonekura 和他们的同事通过分析光系统 I 反应中心的结构阐明了这个问题——叶绿素的一部分将阳光转化为一种化学能，可供其余部分使用。 A. marina 中叶绿素 d 的光合作用机制(图 1)。他们通过使用比以前用于观察这些蛋白质复合物的分辨率更高的冷冻电子显微镜来实现这一点。

研究人员的分析表明，其中一种捕光色素是脱镁叶绿素 a，这是一种与其他 I 型反应中心不同的无金属二氢卟酚。脱镁叶绿素 a 和叶绿素 d 的这种巧妙结合有助于解释蓝藻可以有效利用远红光的低能量进行光合作用的一些方式。

该团队的发现可以帮助我们更好地了解光合生物如何能够在极低光环境中生存，无论是在地球上还是在其他地方。A. marina 位于海洋的极低光区域，地球以外的生命可能存在于类似的低光环境中。

研究人员通过使用低温电子显微镜产生具有高度相干电子束的卓越高分辨率图像，在这项研究中实现了前所未有的分辨率。

该团队打算继续研究这种神秘生物及其将光转化为化学能的方法。他们还应用相同的技术来研究其他生物大分子。“我们正在对其他具有重要生物学意义的目标进行高分辨率单粒子低温电子显微镜检查，”米仓说。

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