我國學者揭秘古老光合細菌光合作用機理

新華社杭州11月20日電（記者朱涵）浙江大學醫學院、良渚實驗室與中國科學院植物研究所科研團隊合作，解析了綠硫細菌古老光合反應中心的原子空間結構，揭示了獨特的色素分子空間排布及能量傳遞機制，有助於理解光合反應中心的起源和進化，為設計光敏器件、提升植物光能利用率提供借鑑。相關研究於2020年11月20日刊登在《科學》雜誌。

光合細菌是一種35億年前就在地球上出現的古老的原核生物體，在經歷漫長的生物進化和多次對生物界具有毀滅性的氣候大災變後，這些古老的生物依然頑強地活着。綠硫細菌是光合細菌大家庭中的一員，這類細菌具備獨特的光合作用系統，能夠在光線極弱的環境中進行光合作用。

科研團隊優化了樣品製備的各環節，獲得了穩定且足夠的蛋白複合體樣品，通過冷凍電鏡技術，收集了近萬張樣品顆粒的電子顯微鏡成像圖片，最終成功解析了綠硫細菌反應中心的三維原子結構。

綠硫細菌反應中心的葉綠素分子分為兩層，兩層葉綠素之間有一條明顯的“間隙”。據浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院、良渚實驗室教授張興介紹，在目前已經解析的其他光合作用反應中心結構中，類似的“間隙”中間都有一種作為橋樑的葉綠素分子來促進能量由上層的葉綠素分子傳到下層葉綠素分子，但在綠硫細菌反應中心內部沒有這個橋樑分子。

“光合作用的反應過程十分複雜，反應中心的空間結構也極其複雜。在地球幾十億年的歷史中，光合反應中心起源只產生過一次，地球上現有的所有光合反應中心都是從同一個祖先蛋白通過發散方式進化而來。”張興説，課題組下一步研究將努力獲取更多的數據，來揭示該古老反應中心進行能量傳遞的分子機理。未來有望通過人工模擬光合作用機制、仿生設計光敏器件，改造植物光合反應系統、提高太陽能利用率，提高農作物產量。