李国辉课题组Nature Plants：揭示脂类在光合作用系统I四聚体组装过程中的重要作用

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中国科学院大连化学物理研究所分子模拟与设计研究组研究员李国辉与北京大学教授高宁、赵进东合作，通过分子动力学模拟的手段，揭示了脂类在光合作用系统I四聚体组装过程中的重要作用。
　　光合作用是自然界中将太阳能转化为化学能的主要途径。绿色植物和藻类的类囊体膜上存在两种大型蛋白复合物（光合作用系统I（PSI）和光合作用系统II（PSII））以实现光诱导电子传递、ATP生物合成等光合作用步骤。不同种属的PSI和PSII高度保守，在类囊体膜上以不同的寡聚状态行使生物学功能，以往的研究主要围绕PSI的三聚形式展开。

　　本工作通过冷冻电镜技术解析出一种异形胞蓝藻的PSI，其以四聚的形式稳定存在。根据结构推测，紧密的四聚结构比三聚结构更有利于单体间的能量传递。通过分子模拟研究，其聚合过程为四个单体先结合成两个二聚体再聚集成四聚体，并得出其聚合驱动力为PSI与类囊体膜上一种糖脂的范德华相互作用。
　　上述工作得到国家自然科学基金的资助。相关结果以共同通讯作者的形式发表于《自然-植物》（Nature Plants）上。


       关于光合作用系统I四聚体
       光合作用可以将光能转换成化学能。光系统I（Photosystem I，PSI）和光系统II（Photosystem II，PSII）是执行光合作用光反应的重要的超大色素-蛋白复合体。在线性电子传递链中，光系统II、细胞色素b6f以及光系统I依次将电子从水转移到铁氧还蛋白，产生NADPH和ATP。而环式电子传递链则围绕光系统I进行，驱动ATP的生成，但是不形成NADPH。与高等植物和真核藻类不同，蓝细菌的光系统I存在三聚体和四聚体两种形式。其中四聚体的光系统I主要存在于可以形成异型胞的丝状蓝细菌中，以往的研究主要围绕光系统I的三聚形式展开，但对于四聚体的研究甚少。Anabaena sp. PCC 7120是一类可以形成异型胞的丝状蓝细菌，可以在缺乏化合态氮源的环境中利用空气中的氮气进行固氮生长。异型胞就是固氮发生的场所，细胞高度特化，特别是光系统II在其中被抑制或降解，其主要的能量来源是围绕光系统I的NDH-1介导的环式电子传递链产生的，对于光系统I四聚体的功能研究有助于对环式电子传递机制的理解。


       李国辉，男，博士，研究员，1972年生，辽宁沈阳人。1994年毕业于辽宁师范大学物理系，2000年获中科院大连化物所博士学位，毕业于分子反应动力学国家重点实验室。2000年毕业后去美国留学，在美国新墨西哥大学从事分子光谱的精确量子力学计算研究工作，从2001年到2006年先后在威斯康辛大学-麦迪逊分校、哈佛大学医学院从事理论与计算生物学方面的方法学发展和应用方面的研究工作。从2006年3月份开始到2009年3月份应聘回国工作，一直在世界著名生物制药公司Biogen Idec Inc.从事计算生物学方法的发展和小分子药物以及蛋白质药物的研发工作。回国后担任大连化物所研究员、科学院百人计划入选者，现为大连化物所分子反应动力学国家重点实验室分子模拟与设计题目组组长。