光合作用是植物利用陽光將二氧化碳轉化為有機化合物的重要過程。光捕獲復合物 II (LHCII) 由附著在蛋白質上的色素分子組成。它在兩個主要角色之間交替：在強光下，它通過非光化學猝滅以熱量的形式消散多余的能量，在弱光下，它有效地將光轉移到反應中心。
最近的生物工程研究表明，加速這些功能之間的轉換可以提高光合作用效率。例如，大豆作物的產量增幅高達 33%。然而，LHCII 中觸發(fā)這種調節(jié)的精確原子級結構變化此前尚不清楚。
NPQ和酸度引起的一些關鍵結構因素的變化驅動LHCII三聚體在光捕獲和能量淬滅狀態(tài)之間切換的分子機制
NPQ 的分子機制和酸度誘導的一些關鍵結構因素的變化驅動 LHCII 三聚體在光捕獲和能量猝滅狀態(tài)之間切換。圖片來源：物理研究所
在一項新研究中，中國科學院物理研究所翁玉祥教授領導的研究人員與深圳灣實驗室高嘉麗教授團隊合作，結合了單粒子冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)研究利用多態(tài)密度泛函理論 (MSDFT) 計算光合色素分子之間的能量轉移，以原子分辨率分析 LHCII 的動態(tài)結構，以確定分子間能量轉移的光合色素量子開關。
作為他們工作的一部分，他們報告了一系列六種冷凍電鏡結構，包括溶液中 LHCII 的能量轉移狀態(tài)以及中性和酸性條件下膜納米盤中橫向限制的 LHCII 的能量猝滅狀態(tài)。
這些不同結構的比較表明，LHCII 在酸化時會發(fā)生構象變化。僅當 LHCII 被限制在膜納米盤中時，這種變化才會以變構方式改變熒光猝滅位點葉黃素 1 (Lut1)-葉綠素 612 (Chl612) 的色素間距離，從而導致 Lut1 猝滅激發(fā)的 Chl612。因此，側壓限制的LHCII(例如聚集的LHCII)是非光化學猝滅(NPQ)的先決條件，而酸誘導的構象變化增強了熒光猝滅。
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