从纳米尺度观察单细胞红藻

从纳米尺度观察单细胞红藻

 山东大学微生物技术国家重点实验室，山东大学海洋生物技术研究中心，荷兰莱顿大学的研究人员从纳米尺度上，直接观察到了单细胞红藻——紫球藻天然状态下藻胆体的三维形貌及其在类囊体膜上的排列格式，这对于阐明光合作用的机制、进化及其在生物医学检测中的应用具有重要的意义。这一研究结果以封面文章的形式发表在杂志《生物化学杂志》（Journal of Biological Chemistry）上。
 
    文章的通讯作者是来自微生物技术国家重点实验室的张玉忠教授，其早年毕业于山东师范大学生物系，曾先后访问过美国威斯康星州立大学（访问学者），俄亥俄州立大学、UCLA、夏威夷大学、华盛顿大学西雅图分校。主要研究方向包括海洋微生物学与海洋微生物技术，深、远海微生物资源的多样性、重要的生命过程与环境响应。
 
    多年来，国内外一直用透射电子显微镜技术研究藻胆体的结构，但透射电子显微镜观察的是样品的二维结构。张玉忠教授课题组刘鲁宁等人，利用原子力显微镜技术，从纳米尺度上，直接观察到了单细胞红藻——紫球藻天然状态下藻胆体的三维形貌（64×42×28nm）（长×宽×高）及其在类囊体膜上的排列格式。研究发现紫球藻藻胆体在类囊体膜上的排列格式具有多样性，更有意义的是，各种不同排列格式中，藻胆体在类囊体膜上的排列都是非常拥挤的。此外，张玉忠教授与荷兰莱顿大学Thijs J. Aartsma教授等合作，利用单分子光谱技术，发现强光下紫球藻通过藻胆体内部能量传递解偶联，来实现过多光能的耗散，避免过多光能对光系统II的伤害，根据上述研究结果，提出了红藻中新的过多能量耗散机制模型。研究成果近期发表在PLOS ONE（2008,3（9）:e3134）上。
 
    藻胆体是蓝藻（蓝细菌）和红藻光合作用的主要捕光色素蛋白复合物，由藻胆蛋白和连接蛋白组成，分布于类囊体膜的表面，负责光能的吸收，并主要传递给光系统II，实现光能向化学能的转变。藻胆蛋白和藻胆体的结构与功能的研究，对于阐明光合作用的机制、进化及其在生物医学检测中的应用具有重要的意义。