西湖大学科学家破解叶绿体蛋白转运之谜

浙江日报讯（记者严粒粒通讯员张弛）扫码进车站、扫码进公司、扫码进学校……如今，扫码进入公共区域是我们日常生活的一部分。在叶绿体上也存在着惊人相似的场景。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

光合作用被称为地球上最重要的化学反应，先后有多个相关研究获得过诺贝尔奖。作为光合作用重要场地，叶绿体宛如一个“光能工厂”，有2000至3000种蛋白需要被识别然后进入叶绿体“工作”。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

叶绿体到底有个怎样“守门人”可以做到精确识别自己的“工人”，并对他们“放行”？这个问题，业内研究了近四十年。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

西湖大学生命科学学院特聘研究员闫浈近日在《细胞》杂志发表研究论文，揭开了叶绿体蛋白转运之谜，使人们认识了叶绿体“守门人”。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

此前，科学界已经知道叶绿体是双膜结构。内膜上存在转运复合物TIC和外膜上存在转运复合物TOC联合形成一个TOC-TIC超级复合物结构，扮演叶绿体“守门人”的角色。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

闫浈长期从事蛋白质的结构与功能研究，尤其在跨膜转运领域取得了多项重要成果。她带领团队希望采用生物化学和结构生物学的方法进一步揭示TOC-TIC超级复合物的组成、组装和转运机制。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

通过对之前研究成果的分析归纳，他们选择了克莱因衣藻的TOC-TIC超级复合物作为研究对象，设置两组实验，在两个已被确认并在不同物种中高度保守的TOC（Toc34）和TIC（Tic20）组分上分别通过亲和标签进行纯化。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

最终这两种不同策略所纯化出来的蛋白质组分完全一致，并且解析出来的电镜结构也高度一致。所解析的结构显示，克莱因衣藻叶绿体上的TOC-TIC超级复合物一共包含14个组分，其中8个为之前已知的组分，6个为功能未知的新组分。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

结合前人理论，研究认为，在双层的叶绿体膜上，蛋白带着转运信号肽经过TOC-TIC超级复合物这个重要的通道依次进入叶绿体。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

TOC-TIC复合物对叶绿体的生成以及稳态至关重要，理解清楚其结构和工作机理将为未来潜在的对叶绿体乃至光合生物的改造奠定重要基础，后续的研究也才能在此基础上展开想象。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

能否让“守门人”提高效率加速“放行”，或者只为“特种工人”放行？能否再人造出形形色色的“守门人2号”“守门人3号”？hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

论文的一位审稿人评价说：该研究用纯化并解析结构这个“终极手段”解决了光合物种叶绿体生物学的一个核心问题，为增进理解和认识藻类、植物叶绿体如何发展进化迈出了一大步。因为叶绿体生物学对食品安全与气候变迁的潜在影响，以及对蛋白如何转运这种问题的基础性，该研究也为其他非特定领域的科学家们带来了非常有价值的信息。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站

也许在不遥远的未来，通过绿色植物与光合藻类的改造，能够助力碳达峰碳中和，或者促进作物增收增产。当下的科学家们，正在为这样的梦想铺下台阶。hV0新江南网| 江南第一生活服务网站