一个突变的光系统II复合物的结构揭示了影响O-O键形成过程中质子退出的键网络的变化
David A Flesher1, Jieun Shin2, Richard J Debus3
1Department of Molecular Biophysics and Biochemistry, Yale University, New Haven, Connecticut, USA.
光系统II (PSII) 质子通道对于光合作用至关重要. 在PSII中突变Lys317改变了水分子相互作用和质子转移,影响氧气释放,并揭示了离子.
科学领域:
- 生物化学 生化学
- 光合作用研究研究 光合作用研究
- 结构生物学 结构生物学
背景情况:
- 光系统II (PSII) 是催化氧光合作用中的水分裂酶,释放O2.
- 通过结网络有效的质子退出对于PSII催化周转至关重要,但通路尚未完全理解.
- D2亚单元中的氨酸317 (Lys317) 参与了质子转移,突变影响了O2释放动力学.
研究的目的:
- 调查Lys317在光系统II的质子退出路径中的作用.
- 阐明D2-Lys317Ala替换对PSII函数观察到的影响的结构基础.
主要方法:
- 在PSII中产生D2-Lys317Ala替代的局部定向突变发生.
- 低温电子显微镜 (cryo-EM) 用于以1.97 Å分辨率确定突变PSII的结构.
- 分析水分子和离子 (Cl1) 在质子退出路径中的相互作用.
主要成果:
- D2-Lys317Ala的替代导致了四个新的水分子占据了Lys317的空间,缺乏特定的蛋白质相互作用,并可能阻碍质子转移.
- 保存的离子 (Cl1) 仍然存在于突变体中,但失去了对氧气进化速率的影响,这表明它依赖于Lys317氨基群.
- 结构数据显示,在D2-Lys317Ala突变体中,改变了结,并可能增加了对质子外流的阻.
结论:
- 317在促进质子外出方面发挥着关键作用,可能是通过优化键和最大限度地降低性障碍来实现.
- 相关的离子 (Cl1) 在氧的演变中的功能取决于Lys317氨基群的存在.
- 这些发现为光合作用过程中的质子转移中Cl1结通道的机制提供了结构性的见解.
更多相关视频
10:03Proton Transfer and Protein Conformation Dynamics in Photosensitive Proteins by Time-resolved Step-scan Fourier-transform Infrared Spectroscopy
Published on: June 27, 2014
08:40Separation of Spinach Thylakoid Protein Complexes by Native Green Gel Electrophoresis and Band Characterization using Time-Correlated Single Photon Counting
Published on: February 14, 2019
相关概念视频
Photosystem II
The pigment molecules are arranged across two photosystem domains — the antenna complex and the reaction center. The main aim of the pigment...
Photosystem I
Both these photosystems work in concert. An excited electron from PSII is relayed to PSI via an electron transport chain in the thylakoid membrane of the chloroplast, which is comprised of the carrier molecule plastoquinone, the dual-protein cytochrome complex, and plastocyanin. As electrons move between PSII and PSI, they lose energy and must be re-energized...
Photosystems
Functioning of Photosystems
Photosystems contain many pigment molecules, such as chlorophylls and carotenoids, arranged in a particular organization across two domains — the antenna complex and the reaction center. The main aim of the pigment...
The Z-Scheme of Electron Transport in Photosynthesis
Electron Transport Chain: Complex III and IV
The Photochemical Reaction Center
