革命性的 3D 快照揭開了光合作用背后的秘密機(jī)器

來自漢諾威和哥廷根的研究人員成功創(chuàng)建了葉綠體復(fù)制機(jī)的三維可視化。

對(duì)于地球上生命的生存，植物利用陽光進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣和化學(xué)能的過程至關(guān)重要。來自哥廷根和漢諾威的科學(xué)家現(xiàn)在取得了突破，首次創(chuàng)建了葉綠體復(fù)制機(jī)制( RNA聚合酶 PEP )的高分辨率 3D 可視化。這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)為這種重要細(xì)胞裝置的運(yùn)作和進(jìn)化歷史提供了新的視角，有助于解釋光合作用蛋白質(zhì)的遺傳藍(lán)圖。

沒有光合作用，就不會(huì)有可供呼吸的空氣——它是地球上所有生命的基礎(chǔ)。這個(gè)復(fù)雜的過程使植物能夠利用太陽的光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和氧氣。這種轉(zhuǎn)化發(fā)生在葉綠體中，葉綠體是光合作用的核心。當(dāng)當(dāng)今植物細(xì)胞的祖先吸收了光合藍(lán)細(xì)菌時(shí)，葉綠體在進(jìn)化過程中形成。隨著時(shí)間的推移，細(xì)菌變得越來越依賴其“宿主細(xì)胞”，但仍保留了一些重要的功能，例如光合作用和部分細(xì)菌基因組。因此，葉綠體仍然擁有自己的DNA，其中包含“光合作用機(jī)器”關(guān)鍵蛋白質(zhì)的藍(lán)圖。

借助 PEP 來補(bǔ)充能量

“一種獨(dú)特的分子復(fù)制機(jī)，一種稱為 PEP 的 RNA 聚合酶，可以從葉綠體的遺傳物質(zhì)中讀取遺傳指令，”馬克斯普朗克多學(xué)科科學(xué)研究所 (MPI) 研究組組長、哥廷根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和哥廷根“多尺度生物成像”卓越集群 (MBExC) 的成員。Hillen 強(qiáng)調(diào)，這對(duì)于激活光合作用所需的基因至關(guān)重要。如果沒有有效的 PEP，植物就無法進(jìn)行光合作用并保持白色而不是變綠。

不僅復(fù)制過程很復(fù)雜，復(fù)制機(jī)本身也很復(fù)雜：它由多亞基核心復(fù)合體組成，其蛋白質(zhì)部分在葉綠體基因組中編碼，以及至少十二種相關(guān)蛋白質(zhì)(稱為 PAP)。植物細(xì)胞的核基因組為此提供了藍(lán)圖。“到目前為止，我們已經(jīng)能夠在結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)上表征葉綠體復(fù)制機(jī)的一些單獨(dú)部分，但我們?nèi)狈?duì)其整體結(jié)構(gòu)和各個(gè) PAP 功能的精確了解，”Thomas Pfannschmidt 教授說。漢諾威萊布尼茨大學(xué)植物學(xué)研究所。

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