天然形态下太阳光辐照强度可在长工夫内发作十几倍涨落，动物要保持一般的发展形态，必需可以在低光前提下连结高效捕光和传能（捕光态），又要在高光前提下制止强光辐照毁伤（光庇护态，能量淬灭态或淬灭态）

　　天然形态下太阳光辐照强度可在长工夫内发作十几倍涨落，动物要保持一般的发展形态，必需可以在低光前提下连结高效捕光和传能（捕光态），又要在高光前提下制止强光辐照毁伤（光庇护态，能量淬灭态或淬灭态）。因为从光庇护态切换到捕光态的速度远滞后于光强的静态变革，实际计较表白，该滞后效应能够招致高达20%的光合服从丧失。尝试上，美国科学家经由过程基因工程进步形态切换速度完成光合服从大幅度提拔。Long课题组 2016年景功将烟草光合服从提拔了15% (Science, 2016, 354, 857)；2022年又将大豆种子产量进步了约33% (Science, 2022, 377, 851)。大批的尝试究竟表白，高档动物光体系II主体捕光天线（Major Light-Harvesting Complex II, LHCII）是完成这一形态切换功用的色素-卵白复合体。

　　图3. LHCII经由过程调控Lut1-Chl612的间距完成形态切换。a, 尝试测得的荧光速度（黑圆点）和实际计较的耦合强度（橙色圆点）与Lut1-Chl612间距的对应干系。白色实线为Dexter型能量通报拟合曲线 Å。b, 差别LHCII构造中Lut1-Chl612间距与跨膜螺旋对A, B间夹角的对应干系。溶液中LHCII构造松懈，跨膜螺旋夹角的改动险些不影响Lut1-Chl612的间距。

　　尝试成果和实际计较表白地心纪行里的科学常识有哪些，Lut1-Chl612之间存在一个在5.6 Å的临界间隔，在该临界值四周很小的变革(0.02 Å)就足以使LHCII从捕光态改变到淬灭态。计较表白，该临界点对应的是差别的传能机制，即小间距时，能量淬灭经由过程波函数堆叠招致电子交流的Dexter机制完成；而大间距时则遵照偶极-偶极互相感化的Förster典范传能机制。可见LHCII是经由过程卵白质静态构造的变革完成量子传能和典范传能形式间的可逆切换，从这类意义上说，LHCII份子开关是一个彻彻底底的量子开关！

　　至此 LHCII冷冻电镜的构造完整证明了酸性前提份子动力学模仿构造，有力地撑持了先条件出的LHCII经由过程卵白量变构效应完成传能态到淬灭态可逆切换的剪切模子地心纪行里的科学常识有哪些。

　　1994年德国科学家Kühlbrandt等报导了经由过程二维晶体电子衍射法剖析的豌豆 LHCII 3.4 Å分辩率的三维构造(Nature, 1994, 367, 614)。2004年我国科学家柳振峰科学常识的界说,属于科学常识的是，常文瑞院士和匡廷云院士等报导了接纳X射线晶体学办法剖析的菠菜 LHCII 2.72 Å分辩率的三维构造(Nature, 2004, 428, 287)，该事情所供给的一套高精度的静态构造数据，为后续LHCII能量通报和光庇护份子机理的静态构造研讨奠基了根底。2020年翁羽翔，高加力课题组使用稳态、瞬态可见及红外光谱分离全原子份子动力学模仿和量子化学计较，提醒了光合膜中LHCII经由过程热和酸引诱的卵白质构像变革，完成捕光态到淬灭态间的切换 (Sci. China Chem., 2020, 63, 1121)。详细是，外界情况的变革引诱LHCII囊腔侧卵白质构像的变革中国科学基金 期刊，驱动LHCII中一对穿插跨膜螺旋A, B做剪切活动，招致位于跨膜螺旋侧向叶黄素-叶绿素a (Lut1-Chl612)色素对的间距减小；同时计较表白该色素对间的间隔减小招致二者电子态耦合强度增长，从而将叶绿素a过剩的激起能量通报给叶黄素的暗态(S 1态), 后者以热的情势有用地将能量耗散掉。在此根底上提出了卵白量变构效应调控LHCII形态切换的份子机制。该事情揭晓后科学常识的界说,属于科学常识的是，在国表里发生相称的影响。究竟结果上述LHCII的静态构造是基于份子动力学模仿的成果，还亟需卵白质静态构造变革的间接考证。

　　近来，中国科学院物理研讨所/北京凝集态物理国度研讨中间软物资物理尝试室翁羽翔课题组与深圳湾尝试室量子生物学科学常识的界说,属于科学常识的是、美国明尼苏达大学化学系高加力课题组协作，分离单颗粒冷冻电子显微镜手艺与多态密度泛函实际计较中国科学基金 期刊，尝试成果和实际计较配合在原子份子程度上提醒了高档动物LHCII在高效捕光和光庇护功用间的切换机理。该研讨剖析了差别pH值下装载在纳米膜盘(Nanodisc)中（束缚态）和溶液中（松懈态）的LHCII的六种高分辩率冷冻电镜构造：中性前提下纳米膜盘及溶液中的未质子化LHCII构造；酸性前提下纳米膜盘及溶液平分别得到的未质子化和质子化构造（见图1，2）。此中纳米膜盘经由过程多肽链构成直径约10 nm环箍，给LHCII施加以侧向压力地心纪行里的科学常识有哪些科学常识的界说,属于科学常识的是，模仿了LHCII在光合膜上会萃后招致的荧光淬灭形态，从而得到了LHCII荧光部门淬灭态的构造,而LHCII在溶液中的松懈构造则为捕光态构造中国科学基金 期刊。冷冻电镜构造表白：（1）在差别pH (7.8 / 5.4)下，束缚或会萃对LHCII酿成的侧向压力是发作荧光淬灭完成光庇护的先决前提；（2）与LHCII的非质子化构造比拟，质子化的LHCII在囊腔侧发作了较着的构象变革，即由3 10-螺旋（3 10-helix）改变成了α-螺旋（α-helix），同时C真个无规卷曲（random coil）构造改变为短α-helix，而且只要在束缚或会萃前提下，该构象变革才气加强荧光淬灭效应。由此得到了从捕光态（溶液）到部门淬灭态（纳米膜盘：中性及酸性前提）及淬灭态（晶体构造已知）一系列构造及激起能淬灭中间Lut1-Chl612色素对间的准确间隔。使用量子力学计较了差别构造中叶绿素激起能的淬灭速度科学常识的界说,属于科学常识的是，与尝试成果高度符合。

　　图2. 由冷冻电镜构造提醒的LHCII经由过程卵白量变构效应调控能量通报及光庇护形态切换的构象干系。左图：LHCII弛豫构造，对应能量通报态；右图：受限或会萃态LHCII，对应荧光淬灭态。酸引诱卵白质二级构造的变革：helix-E从310-helix (蓝色)改变成α-helix(白色)；random coil（蓝色）改变为短α-helix构造（白色）。二级构造变革促使helix D, E别离顶向穿插跨膜螺旋对A, B的底部，招致跨膜螺旋对A, B及叶黄素对(Lut1, Lut2)做剪切活动地心纪行里的科学常识有哪些，使得Lut1和叶绿素Chl612间隔变短，从而使Chl612多余的激起能经由过程Lut1的暗态(S1)态以热的情势弛豫到情况。

　　图1. LHCII在纳米膜盘及溶液中差别pH前提下剖析出的六种冷冻电镜构造。a, LHCII在纳米模盘中的三种构造; b, LHCII在溶液中的三种构造。

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