冷冻电镜“新玩法”近原子分辨率助力观察完整藻胆体

　　近日，科技部发布了技术成果——膜生物学国家重点实验室首次揭示完整藻胆体的三维结构。其中利用近原子分辨率的冷冻电镜获得了完整藻胆体的近原子分辨率的三维结构。攻克了藻胆体在冷冻制样时盐浓度高、稳定性差、具有优势取向等难题，整体结构分辨率达到3.5，核心区域分辨率达到3.2。

　　光合作用是地球上的生物赖以生存的基础。为了获取更多的光能，生物体发展出了多种捕光蛋白系统。其中存在于蓝藻和红藻中的藻胆体是迄今已知的最大的捕光蛋白复合物，它位于膜表面，并与位于膜中的光和反应中心结合，能将吸收的太阳光以极高的效率传递给光合反应中心以便进一步转化为有机物并释放氧气。这个巨大的超分子复合体的组装机制和光能在其中的传递机制一直是光合作用研究领域的前沿热点问题。

　　 膜生物学国家重点实验室隋森芳教授研究组长期致力于利用冷冻电镜技术研究与生物膜相关的重要蛋白质复合物的结构与功能，曾发现了蓝藻发菜和蓝藻鱼腥藻的完整藻胆体的电镜结构。近期该研究组攻克了藻胆体在冷冻制样时盐浓度高、稳定性差、具有优势取向等难题，获得了近原子分辨率的冷冻电镜结构，其中整体结构分辨率为3.5，核心区域分辨率达到3.2。这是第一个完整藻胆体的近原子分辨率的三维结构，也是迄今为止报道过的分辨率高于4的最大的蛋白复合体结构，该复合体理论分子量为16.8MDa，包含862个蛋白亚基。

　　 该研究工作首次解析出了所有连接蛋白在功能组装状态下的结构；首次观察到这些连接蛋白有序地形成了超分子复合体的结构骨架；首次确定了藻胆体中全部2048个色素的整体排布，并推测出了多条新的能量传递途径，为进一步理解藻胆体内的能量传递机制提供了坚实的基础。该研究成果于2017年10月19日在国际学术期刊Nature上发表。