Science：科学家首次缝合光合作用大复合体

当阳光照射到一个能进行光合作用的生物体时，后者所捕获的能量在蛋白之间流动，最终成为电荷被捕获。这一过程最终为生物的生长和行动提供了支持。

根据化石判断，蓝藻（cyanobacterium）已有三十五亿年历史，被认为是第一批向原始大气释放氧气的生物，它是常用于光合作用研究的一种模式生物。蓝藻的光合作用体系由三种蛋白复合体组成：藻胆体、光合系统I和光合系统II。这三种复合体只有在精确定位的情况下，才能行使正常功能。如果蛋白之间的距离过远，能量转移太慢，则会最终导致生物体的死亡。

迄今为止人们还未能明确，上述三种蛋白是如何相互联系组成大复合体的。由于破坏了将蛋白连接起来的弱链，此前分离大复合体的尝试均以失败告终。

现在，来自华盛顿大学的研究人员在《科学》（Science）杂志上报告称，他们利用最新技术，成功地提取了完整的光合作用大复合体，并检验了它的整体功能。

科学家利用化学交联来缝合大复合体中的蛋白，并在保证功能的同时，将大复合体完整的分离出来。研究人员指出，这一成果有望帮助人们增加农作物的光合效率，现在亟需这样的技术来应对世界人口的日益增加。

光合作用生物能够通过多种分子组成的结构捕获光，并将激发能转移到反应中心，以电荷形式储存能量。蓝藻通过藻胆体捕获光，藻胆体位于光合系统II的上方，光合系统I的斜对角。

在这项最新研究中，科学家提出了将光合作用大复合体交联起来的方案。研究人员通过基因工程，标记了蓝藻光合系统II的底部，并用起缝合作用的试剂处理改造后的蓝藻细胞。裂解这些细胞，就可以利用标记提取光合系统II，以及与之相连的其他蛋白。

为了分析这些蛋白之间的联系，研究人员对蛋白进行反复的切割，通过质谱在单个氨基酸水平上进行研究。他们将质谱得到的氨基酸序列，与已知的蛋白复合体序列进行比对，以确定不同蛋白之间的交联位点，以便建立光合作用大复合体的总体结构。随后，研究人员在完整的大复合体中激发藻胆体，并追踪了复合体中的能量传递，一般这样的能量转移发生在1皮秒以内。

长期以来，人们一直希望理解光合作用蛋白之间的组织形式，而这项新研究解决了这一问题。此外，这种先交联再进行质谱分析的方案，也可以用来解析其他的蛋白复合体。