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影響LHCII聚集的因素

  LHCII。圖片來源: 維基百科 如果說光合作用(photosynthesis)是世界上最重要的反應,這句話一點也不過份。畢竟,所有的生物都依賴植物,而植物依賴光合作用來合成一切。 光合作用又分為光反應(light reaction)與卡爾文循環(也稱為碳反應,Calvin cycle)。光反應主要就是吸收光能並轉化為化學能(ATP,腺核苷三磷酸)與電子。 光反應中,吸收光能的成員有兩個光系統(photosystems,PS)與兩個捕光複合體(light-harvesting systems,LHC)。光系統負責捕捉光能,並啟動光反應;捕光複合體則是協助光系統捕捉光能。 而其中的LHCII是植物光合作用系統中最豐富的膜蛋白質複合體。它的主要位於葉綠體的類囊體膜中,由多種蛋白質和色素分子(如葉綠素和類胡蘿蔔素)組成,形成一個高度有序的複合體。 LHCII的主要功能是捕獲太陽光能量並將其轉換為化學能。它吸收光子並將激發能傳遞給光系統II(PSII)的反應中心,促進水分子的光解並釋放氧氣。 LHCII不僅是光能的捕獲者,還參與調節植物對光環境的適應。它在非光化學淬滅(NPQ)過程中起著重要作用,這是一種保護機制,用於在強光條件下避免對光合作用系統的損害。 LHCII的組裝和聚集狀態可以根據光照強度和其他環境因素進行動態調節。在不同的環境條件下,它會通過改變其聚集狀態來調整對光能的捕獲和利用效率。過去的研究發現,在高光照狀況下,光反應的電子傳遞鏈趨於飽和,使還原態的質體醌(PQH 2 )累積,活化捕光複合體II激酶(LHCII protein kinase)。LHCII激酶活化後便會去磷酸化LHCII,使其離開光系統II。捕光複合體II離開光系統II後,傳遞至光反應電子傳遞鏈的電子減少,PQH 2 慢慢減少,減少到一定程度後便會活化LHCII磷酸酶(LHCII phosphatase),讓捕光複合體II回來。 LHCII也參與類囊體膜的組織結構,協助確保有效的能量轉移和光合作用的最佳化。 總而言之,LHCII是一個多功能的蛋白質複合體,對於植物的光合作用和對光環境的適應非常重要。 最近的研究報告探討了植物細胞膜中光合作用的主要捕光複合體(LHCII)的聚集現象。研究團隊通過單分子測量、LHCII蛋白質脂質體(proteoli...

植物如何發散過多的光能

捕光複合體II(LHCII)。圖片來源: 維基百科 光合作用(photosynthesis)就是植物以葉綠素(chlorophyll)將光能捕捉下來,產生能量(ATP)與電子(NADPH),用來還原二氧化碳(CO 2 )產生醣類的過程。說來好像非常簡單,但是在日正當中時,因為無法移動的關係,植物總是會被迫吸收過多的光能。 這些光能如果不排除,就會在植物細胞內遊走,產生自由基,對植物造成傷害。要如何把這些過多的光能給發散掉呢?在教科書裡面總是提到兩個很重要的蛋白質複合體:捕光複合體I與捕光複合體II(light harvesting complex,LHC)。捕光複合體們不只有葉綠素、還有類胡蘿蔔素(carotenoids)。據信,類胡蘿蔔素會將葉綠素所吸收的過多的光能給發散掉,這樣就不會生成自由基來傷害植物了。 說是這麼說,但是誰也沒真的觀察到葉綠素直接把光能傳遞給類胡蘿蔔素過。沒看到過是因為光能傳遞的速度實在太快以及光能的波長未知。 2017年,麻省理工學院的研究團隊建立了一個新的技術,可以觀察10 -15 秒的能量傳遞,而且從紅光到藍光的範圍都可以看到。於是他們將捕光複合體II放在脂質所構成的奈米盤中進行觀察。這是第一次直接觀察到葉綠素將光能直接傳遞給類胡蘿蔔素。 雖然看到了,但究竟是什麼引發葉綠素將光能傳給類胡蘿蔔素,而不是傳遞給光系統呢?這就需要更多的研究來加深理解了。 參考文獻: Minjung Son, Alberta Pinnola, Samuel C. Gordon, Roberto Bassi, Gabriela S. Schlau-Cohen. Observation of dissipative chlorophyll-to-carotenoid energy transfer in light-harvesting complex II in membrane nanodiscs. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-15074-6