研究揭示植物光系统超配合物的原位结构
研究揭示植物光系统超配合物的原位结构
作者： 小柯机器人 发布时间：2026/8/3 13:34:18
本期文章：《自然》：Online/在线发表
安徽医科大学第一附属医院朱家鹏小组的一项最新研究揭示植物光系统超配合物的原位结构。相关论文于2026年7月29日发表在《自然》杂志上。
利用原位冷冻电子显微镜对水稻叶绿体进行了直接成像，并测定了光系统超复合体在天然膜环境中的结构。该课题组研究人员分离了C2S2M2L4型PSII-光收获配合物II （LHCII）超配合物，包括纯化制剂中未保留的LHCII天线三聚体。基于该结构的激发能传递计算紧密再现了体内测量，表明其生理相关性。研究人员还分析了不对称PSII-LHCII二聚体，包括并排、跨腔和跨基质结构，以及三聚体和四聚体的高阶组装。
在这些观察的基础上，研究小组提出PSII形成一个跨腔和跨基质的“骨架”，形成类囊体形态并支持颗粒堆积。此外，该课题组研究人员还获得了PSI–LHCI–LHCII和PSI-LHCI超配合物的高分辨率结构。总之，这些结构揭示了脂质、色素和辅助因子的广泛网络，为理解植物光系统的天然结构如何支持光合作用的特殊光子到电子效率提供了第一个分子框架。
据悉，光合作用通过类囊体膜内光系统I （PSI）和光系统II （PSII）的协同作用将光能转化为化学能，从而维持地球上的生命。虽然孤立光系统的结构是可用的，但它们在叶绿体中的天然组织仍然未知。
附：英文原文
Title: In situ structures of plant photosystem supercomplexes
Author: Li, Jiao, Elias, Eduard, Zhang, Kai, Croce, Roberta, Zhu, Jiapeng
Issue&Volume: 2026-07-29
Abstract: Photosynthesis sustains life on Earth by converting light to chemical energy through the coordinated action of photosystem I (PSI) and photosystem II (PSII) within thylakoid membranes1,2,3,4. Although structures of isolated photosystems are available, their native organization in chloroplasts remains unknown. Here, using in situ cryo-electron microscopy, we directly imaged Oryza sativa (rice) chloroplasts and determined structures of photosystem supercomplexes in their native membrane environment. We resolved a C2S2M2L4-type PSII–light harvesting complex II (LHCII) supercomplex, including four LHCII antenna trimers that were not retained in purified preparations. Excitation energy transfer calculations based on this architecture closely reproduce in vivo measurements, indicating its physiological relevance. We also resolved asymmetric PSII–LHCII dimers, including side-by-side, trans-lumenal and trans-stromal architectures, and higher-order assemblies of trimers and tetramers. On the basis of these observations, we propose that PSII forms a trans-lumenal and trans-stromal ‘skeleton’ that shapes thylakoid morphology and supports grana stacking. In addition, we obtained high-resolution structures of PSI–LHCI–LHCII and PSI–LHCI supercomplexes. Together, these structures reveal extensive networks of lipids, pigments and cofactors, providing the first molecular framework for understanding how the native architecture of plant photosystem supports the exceptional photon-to-electron efficiency of photosynthesis.
DOI: 10.1038/s41586-026-10847-3
Source: https://www.nature.com/articles/s41586-026-10847-3