藍(lán)藻如何應(yīng)對(duì)鐵短缺 使其成為地球上最成功的光合生物

海洋是世界上最大的生態(tài)系統(tǒng)，它蘊(yùn)藏著兩種光合生物，它們產(chǎn)生地球上大約一半的氧氣。藍(lán)藻原綠球藻是海洋中最豐富的光合生物，每年固定約 4 十億噸碳，相當(dāng)于世界農(nóng)業(yè)的全球初級(jí)凈產(chǎn)量。

光合作用依賴于鐵，而海洋中的鐵供應(yīng)有限，原綠球藻在生態(tài)學(xué)上取得的顯著成功是基于其在低營養(yǎng)水域中繁衍生息的能力。

南安普頓大學(xué) Ivo Tews 領(lǐng)導(dǎo)的工作使用多種互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)(包括 I24 和 SACLA 的連續(xù)晶體學(xué)技術(shù))研究了原綠球藻鐵結(jié)合蛋白FutA。

這項(xiàng)工作表明，F(xiàn)utA 可以容納兩種不同氧化態(tài)的鐵，這一功能被認(rèn)為可以使原綠球藻更加高效。該研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

作為這項(xiàng)工作的一部分，X 射線、中子和可見光都被用來幫助理解 FutA 中的鐵結(jié)合。中子晶體學(xué)用于定位鐵結(jié)合位點(diǎn)周圍的氫原子，從而可以確定氨基酸側(cè)鏈的電荷和鐵的電荷狀態(tài)。光學(xué)光譜測(cè)量用于監(jiān)測(cè) X 射線照射時(shí)從鐵銹紅色三價(jià)鐵到無色二價(jià)鐵的氧化態(tài)變化率。

Diamond Light Source 的 I24 光束線團(tuán)隊(duì)幫助設(shè)計(jì)了兩個(gè) X 射線實(shí)驗(yàn)，將鐵結(jié)合蛋白暴露于特定的 X 射線劑量。實(shí)驗(yàn)使用了一種稱為串行晶體學(xué)的技術(shù)，該技術(shù)將數(shù)千個(gè)晶體依次短暫暴露在 X 射線束下。然后將這些許多單晶測(cè)量結(jié)果合并起來，形成完整的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集。

Ivo Tews 說：“我們的工作包括許多不同類型的實(shí)驗(yàn)和來源，但其中最突出的是 Diamond Light Source 的串行同步加速器晶體學(xué)，它使我們能夠在環(huán)境條件下實(shí)時(shí)跟蹤 FutA 結(jié)構(gòu)的變化。”

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