绿硫细菌光合反应中心复合体的原子结构

2021-06-25陈景华匡廷云沈建仁张兴

自然杂志 2021年3期

陈景华，匡廷云，沈建仁†，张兴†††

①浙江大学医学院生物物理系，邵逸夫医院，冷冻电镜中心，杭州 310058；②中国科学院植物研究所，北京100093

1 光合细菌反应中心简介

1.1 光合反应中心定义与分类

光合作用是指光合生物利用光能将无机物转化为有机物，同时产生氧气(或生成硫单质)的生化反应过程。光合作用为几乎所有生物的生存繁衍提供必需的物质基础和能量来源，被称为“地球上最重要的化学反应”。反应中心是光合作用过程中进行光能-电能转化的核心结构，是具有特殊空间构造的色素-蛋白复合体。通常根据末端电子受体的种类可以将反应中心分为两类，即铁-硫型反应中心(type-I型)和醌型反应中心(type-II型)[1]。已知的产氧光合生物(如蓝细菌、绿藻和高等植物)均具有两类反应中心，分别又称为光系统I和光系统II；而非产氧光合生物(绝大多数光合细菌)仅具有单一类型的反应中心。

1.2 光合细菌的分布

光合细菌是地球上分布最广、种类最多的光合生物。已报道的光合细菌主要分布在7个菌门，即厚壁菌门(Firmicutes)、绿菌门(Chlorobi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和蓝细菌(Cyanobacteria)[2]。不同菌门的代表性光合细菌在反应中心类型、蛋白亚基及色素组成上存在较大差异(表1)。由表1可见，这些光合细菌中，除蓝细菌是产氧生物，具有两类反应中心外，其余都是非产氧细菌，仅具有单一类型的反应中心。