光合藻类进化的神秘终于解决了


捕捉阳光能量的Cryptophyte天线中新型蛋白质结构的计算机模型。图片:无人机

如果它不适用于Covid-19大流行,那么一定程度的分子生物学家的进化谜团可能永远不会解决。

“陷入困境是一种伪装的祝福,因为没有任何实验可以做到这一点。我们只是有我们的电脑和大量的时间,”保罗·克法米教授,一个结构生物学家和联合国联合国悉尼的分子生物物理学家。

Curmi教授参考本月在本质上发布的研究,详细介绍了一种叫做叫做小植物的单一细细的光合生物中的关键蛋白质的苦味衰脱和重建,这是一百亿多年前演变的一种藻类。

到目前为止,Cryptophytes如何获得用于捕获和漏斗阳光的蛋白质的蛋白质在刮去头部的分子生物学家。他们已经知道蛋白质是一种天线的一部分,用于将阳光转化为能量的生物体。他们还知道Cryptophyte继承了一些天线组分从其光合祖先 - 红藻类,并且在那些Cyanobacteria之前,地球上最早的Lifeform之一是负责胚醇的。

但是,蛋白质结构如何在Cryptophyte自己身上融合,新的天线结构仍然是一个谜,直到穆斯兰教授,博士生哈利里罗瑟和同仁,昆士兰大学和不列颠哥伦比亚省大学仔细阅读了天线蛋白的电子显微镜图像2020年3月,中国研究人员将祖先的红藻生物公布。

揭开神秘意味着该团队最终讲述了这种蛋白质使这些古代单细胞生物能够在最荒凉的条件下茁壮成长的故事 - 在水下的米米,阳光直射才能转化为能量。

Curmi教授表示这项工作的主要含义是进化生物学。

“我们提供两个非常不同的天线系统之间的直接链接,并打开门,以确切地发现一个系统如何发展到不同的系统中 - 两者似乎在捕获光线中似乎非常有效,”他说。

“光合藻具有许多不同的天线系统,该天线系统具有能够捕获每种可用光光子并将其转移到将光能转化为化学能的光系统蛋白质。”

通过努力了解藻类系统,科学家希望揭示利于这些光合体系的精致光子效率的基本物理原则。Curmi教授表示,这些可能有一天有一个在包括太阳能系统的光学装置中的应用。

吃两个

为了更好地欣赏蛋白质发现的重要性,它有助于了解奇怪的单细胞生物世界,这是一种追求的谚语“你是你吃的东西”到一个新的水平。

作为研究铅作家,博士生哈利里罗瑟解释说,当一个细胞有机体吞下另一个时,它可以进入内同组病的关系,其中一个有机体在另一个内部生活,而两个有机体存在于另一种内容中。

“经常用藻类,他们会去寻找一些午餐 - 另一个藻类 - 他们会决定不消化它。他们会让它基本上是为了竞标,基本上,”Rathbone先生说。“那些新的生物可以以同样的方式被其他生物吞噬,就像Matryoshka娃娃一样。”

事实上,这可能发生在大约一个半年以前发生的情况下发生了什么样的一种蓝细菌,被另一种单细胞生物吞咽。蓝细菌已经有一个复杂的蛋白质天线,捕获了每个光子的光子。但不是消化蓝藻,宿主生物有效地剥离了它的零件 - 保留新生物 - 红色藻类 - 用于能量的天线蛋白质结构。

当另一个生物吞下红藻以成为第一个加密物时,这是一个类似的故事。除此时,该天线被送到宿主生物的膜的另一侧,并完全地重新排成新的蛋白质形状,在捕获阳光光子时同样有效。

进化

随着奇特教授解释的,这些是迈向现代植物和其他光合生物的演变等诸如海藻的其他微小步骤。

“从染色体的睾丸染成光合作用,对于像光合作用的星球上的一切,一些古老的祖先吞噬了一个蓝藻,然后成为细胞的叶绿体,使阳光转化为化学能量。

“并且有机体之间的交易有点像,只要你做光合作用,就会让你安全,给我能量。”

该项目的一个合作者,Beverley Green博士,拥有英国哥伦比亚大学植物学系的Emerita教授表示,克里米教授能够通过从不同角度接近问题来进行发现。

“保罗的新方法是在形状而不是氨基酸序列中的相似性寻找祖先蛋白质,”她说。

“通过以与加密蛋白相同的方式折叠的蛋白质的三种红藻多蛋白复合物的3D结构,他能够找到失踪的拼图件。”

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