赤い藻類のin situ構造のin situ構造-PSII-PSI-LHC Megacomplex

酸素性光合成生物では、光エネルギーはアンテナシステムによって捕捉され、光化学系II（PSII）および光化学系I（PSI）に移動して光合成を促進します1,2。赤い藻類のアンテナ系は、可溶性フィコビリソーム（PBSS）と膜貫通光ハリベート錯体（LHC）で構成されています。PBSから光化学系への励起エネルギー移動経路は、構造情報がないため、不明のままです。ここでは、極低温電子断層撮影とその場の単一粒子分析を使用して、赤藻類ポルフィリジウム純粋体からのPBS-PSII-PSI-LHCメガコンプレックスのPBS-PSII-PSI-LHCメガコンプレックスを提示し、PBS、PSII、およびPSI間の相互作用の詳細を提供します。構造は、いくつかの正体不完全で不完全なタンパク質と、Megacomplexのアセンブリにおけるその役割、および巨大で洗練された色素ネットワークを明らかにしています。この作業は、PBS-PSII-PSI-LHCメガコームプレックスアセンブリのメカニズム、PBSから2つの光化学系への効率的なエネルギー移動、およびPSIIとPSI間のエネルギー分布の調節を解明するための強固な構造的基盤を提供します。

In oxygenic photosynthetic organisms, light energy is captured by antenna systems and transferred to photosystem II (PSII) and photosystem I (PSI) to drive photosynthesis1,2. The antenna systems of red algae consist of soluble phycobilisomes (PBSs) and transmembrane light-harvesting complexes (LHCs)3. Excitation energy transfer pathways from PBS to photosystems remain unclear owing to the lack of structural information. Here we present in situ structures of PBS-PSII-PSI-LHC megacomplexes from the red alga Porphyridium purpureum at near-atomic resolution using cryogenic electron tomography and in situ single-particle analysis4, providing interaction details between PBS, PSII and PSI. The structures reveal several unidentified and incomplete proteins and their roles in the assembly of the megacomplex, as well as a huge and sophisticated pigment network. This work provides a solid structural basis for unravelling the mechanisms of PBS-PSII-PSI-LHC megacomplex assembly, efficient energy transfer from PBS to the two photosystems, and regulation of energy distribution between PSII and PSI.