Science：科学家重新审视光合作用

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生物谷报道：美国亚利桑纳州立大学（Arizona State University）的科学家 Neal Woodbury 及其研究团队提出光合作用反应机制的新想法，包含了在时间尺度为百万又百万分之一秒中所有蛋白质的协同运动状态之观察。他们将所观察到的现象以“Protein Dynamics Control the Kinetics of Initial Electron Transfer in Photosynthesis”为题发表于5月4日的著名期刊Science。

  植物或部分细菌可以利用光合作用，透过捕捉光线能量中的光子，并吸取二氧化碳后转化为氧气及醣类。这个维持地球上所有生命的生化过程，仍有许多关键的疑问未被解开。研究人员利用Rhodobacter sphaeroides（紫色光合作用菌的一种）作为研究模式，并将焦点集中在光合作用的反应中心（reaction center），在此光线的能量能被导入一个特殊的叶绿素结合蛋白（chlorophyll binding proteins）上，由于其距离与方位已为最适化，因此电子可以从其中一个叶绿素分子转移到另一个身上。当叶绿素刚好位于对的位置，系统中蛋白质的移动就可被视为电子的副产物在叶绿素分子之间穿梭。

  Woodbury 及其研究团队希望透过蛋白质的突变，观察电子在分子及反应中心转移的情况，另一位研究人员Wang 则利用一种超快速雷射系统来进行研究，以高速图像摄影机捕捉快如闪电的反应数据，发现在光合作用产生时，反应中心蛋白质的移动能使植物或细菌即使在环境条件都不理想的状态下，仍能保有光线能量转换的高效率状态。

(资料来源 : Bio.com)

原始出处:

Science 4 May 2007:
Vol. 316. no. 5825, pp. 747 - 750
DOI: 10.1126/science.1140030

Reports

Protein Dynamics Control the Kinetics of Initial Electron Transfer in Photosynthesis
Haiyu Wang,1,2 Su Lin,1,2 James P. Allen,2 JoAnn C. Williams,2 Sean Blankert,1,2 Christa Laser,1,2 Neal W. Woodbury1,2*

Abstract
The initial electron transfer dynamics during photosynthesis have been studied in Rhodobacter sphaeroides reaction centers from wild type and 14 mutants in which the driving force and the kinetics of charge separation vary over a broad range. Surprisingly, the protein relaxation kinetics, as measured by tryptophan absorbance changes, are invariant in these mutants. By applying a reaction-diffusion model, we can fit the complex electron transfer kinetics of each mutant quantitatively, varying only the driving force. These results indicate that initial photosynthetic charge separation is limited by protein dynamics rather than by a static electron transfer barrier.
1 Biodesign Institute, Arizona State University, 1001 South McAllister Avenue, Tempe, AZ 85287–5201, USA.
2 Department of Chemistry and Biochemistry, Arizona State University, Tempe, AZ 85287–1604, USA.


* To whom correspondence should be addressed. E-mail: Nwoodbury@asu.edu