Kiselalger är en grupp av växtplankton som är utbredd i hydrosfären och till och med i fuktig jord. De spelar viktiga roller i globala kol-syre-cykler och tillhandahåller värdefulla produkter och biomassor. Kiselgurceller är bruna på grund av närvaron av speciella klorofyller (Chl), Chl c, samt karotenoider fukoxantiner och diadinoxantiner.

Skiljer sig från de i gröna alger och högre växter, fotosystem I (PSI) för diatom binder ett stort antal fucoxantin-klorofyll a/c-bindande protein I (FCPI) som perifera antenner för att skörda mer blågrönt ljus under vattnet.

Ett forskargrupp från Institute of Botany of the Chinese Academy of Sciences löste strukturen för ett PSI-FCPIs superkomplex från en marincentrerad diatom Chaetoceros gracilis.

I den här studien, PSI-FCPI-proteinet extraherades och renades från tylakoidmembran i diatomatkloroplasten. Därefter löstes dess struktur med enpartikelkryo-elektronmikroskopi, som visade att PSI-FCPI är en monomer som består av ett reaktionscentrum och 24 FCPI:er som omger det. Det är den största monomera PSI som är associerad med det största antalet lättskördande antenner hittills.

Jämfört med rödalger, diatom PSI förlorade PsaK och PsaO i kärnkomplexet, men har två nya underenheter, PsaR och PsaS. PsaR är involverad i att stabilisera den perifera FCPI -antennen och energiöverföringen från FCPI -underenheterna till PSI -kärnan, medan funktionen för PsaS är okänd.

De 24 FCPI -subenheterna finns alla i monomerer, och fördelas i tre lager som omger PSI -kärnan. Det första lagret är en sluten ring bestående av 11 FCPI -subenheter som omger PSI -kärnan, medan den andra är en halvring bestående av 10 FCPI-subenheter och det tredje lagret består av endast 3 FCPI-subenheter och ligger på ena sidan av kärnan.

Hela strukturen för PSI-FCPI superkomplex innehåller 326 Chls a, 34 Chls c, 102 fucoxanthiner, 35 diadinoxantiner, 18 β-karotener och några elektronöverföringskofaktorer. Det stora antalet pigment utgör en unik, stort nätverk som säkerställer effektiv energiupptagning, överföring och spridning.

Dessa resultat ger en fast strukturell grund för att reda ut mekanismerna för skörd av ljusenergi, överföring och släckning i diatom PSI-FCPI, och också viktiga ledtrådar till evolutionära förändringar av PSI-LHCI.

Den här studien, med titeln "Strukturell grund för energiöverföring i ett enormt diatom PSI-FCPI superkomplex, "publicerades i Naturkommunikation den 8 oktober, 2020.