PNAS：最新研究加深我们对光合作用的了解

如果世界上没有植物，就变成一个没有氧气的世界，不适合我们和许多生物居住。我们知道，植物通过光合作用过程，吸收二氧化碳，利用阳光分解水，释放氧气。然而，我们对于“在光合作用过程中植物如何制造氧气”的机制，却知之甚少。最近，美国路易斯安那州立大学（LSU）科学家所取得的一项突破性进展，将有助于推进我们对于这一关键生态过程的理解。

LSU生物科学系Terry Bricker教授称：“没有光合作用或氧，在我们自然景观中所看到的所有可辨识生命基本上都将消失：没有动物，没有植物。”

Bricker在其职业生涯中已经花了大约30年的时间，来研究细胞植物生物化学，和使植物能够进行光合作用的不同组件。他实验室的研究生Manjula Mummadisetti带领了这项最新研究，检测了光合作用期间负责制造氧气的细胞系统（称为光合体系II）。根据以前的信息和她最近的研究，她分析了两个蛋白——这两个蛋白对制造氧气至关重要，并模拟它们如何连接和互动的。相关研究论文，以“Use of protein cross-linking and radiolytic footprinting to elucidate PsbP and PsbQ interactions within higher plant Photosystem II”为题发表在本周的《PNAS》杂志。

Mummadisetti这样评论她第一次发表的科研论文：“这一发现，对于光合作用研究，意味着很多。很长一段时间以来人们都想了解这个过程。我们没有这些技术，科学家无法找到这些蛋白质是如何连接的。”

生物化学中的一个原则就是，一个蛋白质的结构决定着它的功能。通过创建这两个关键植物蛋白质的三维模型，Mummadisetti提升了我们对它们结构的认识，这会使我们更好地了解这些蛋白质如何发挥功能。在她的实验中，她使用来自食品杂货店的菠菜。她分离出叶绿体——植物的食品工厂，并用一种化学洗涤剂处理它们，以提取高浓度的光系统II，在植物中该系统可制造氧气。然后她用高分辨率的质谱分析法，来观察者两种蛋白在哪里重叠和连接。

Bricker把这个过程比作为，将一幅拼图拼在一起，但是你不能看到或触摸到单块拼图。他说：“我们研究了数以千计片拼图，但是其中只有相对较少的对识别‘发生了什么事’有用。”

然后，根据他们的分析，Bricker和Mummadisetti构建了两种光系统II蛋白的三维计算机模型，它们被称为PsbP和PsbQ。

Bricker说：“坦率地说，这是第一次有论文表明，PsbP和PsbQ之间有直接的关联。因为Manju的工作，我们现在知道，PsbP和PsbQ如何相互作用，对于这些蛋白质如何一起行动，我们可以得出一些很好的工作假设。”

这两种蛋白质就像是一部汽车的部件，使汽油能够到达发动机。在植物中，“油”是钙和氯化物，“燃料”是水和阳光。PsbP和PsbQ的结构有利于钙和氯离子在植物中的有效利用，使其能够产生氧气。

Bricker说：“在光合作用的领域内，我们一直在想，这两种蛋白质肯定是相关的，但是我们没有任何直接证据。现在，经过30年的工作，该论文提出了直接证据，证明了它们是相互作用的。”

原文检索：

Manjula P. Mummadisetti, Laurie K. Frankel, Henry D. Bellamy, Larry Sallans, Jost S. Goettert,Michal Brylinski, Patrick A. Limbach, and Terry M. Bricker. Use of protein cross-linking and radiolytic footprinting to elucidate PsbP and PsbQinteractions within higher plant Photosystem II. PNAS, October 27, 2014; doi:10.1073/pnas.1415165111