Diatomeeën zijn een groep fytoplankton die wijdverspreid is in de hydrosfeer en zelfs in vochtige grond. Ze spelen een belangrijke rol in de wereldwijde koolstof-zuurstofcycli en leveren waardevolle producten en biomassa op. Diatomeeëncellen zijn bruin door de aanwezigheid van speciale chlorofylen (Chl), Chl c, evenals carotenoïden fucoxanthins en diadinoxanthins.

Anders dan die in groene algen en hogere planten, het fotosysteem I (PSI) van diatomeeën bindt een groot aantal fucoxanthine-chlorofyl a/c bindend eiwit I (FCPI) als perifere antennes om meer blauwgroen licht onder water te oogsten.

Een onderzoeksteam van het Institute of Botany van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft de structuur van een PSI-FCPIs-supercomplex opgelost van een marien centrische diatomeeënaarde Chaetoceros gracilis.

In dit onderzoek, het PSI-FCPI-eiwit werd geëxtraheerd en gezuiverd uit thylakoïde membranen van de diatomeeën-chloroplast. Toen werd de structuur opgelost door cryo-elektronenmicroscopie met één deeltje, waaruit bleek dat PSI-FCPI een monomeer is dat is samengesteld uit een reactiecentrum en 24 FCPI's eromheen. Het is de grootste monomere PSI die is geassocieerd met het grootste aantal lichtoogstende antennes dat tot nu toe is gevonden.

Vergeleken met rode algen, diatomeeën PSI verloor PsaK en PsaO in het kerncomplex, maar heeft twee nieuwe subeenheden, PsaR en PsaS. PsaR is betrokken bij het stabiliseren van de perifere FCPI-antenne en energieoverdracht van de FCPI-subeenheden naar de PSI-kern, terwijl de functie van PsaS onbekend is.

De 24 FCPI-subeenheden bestaan ​​allemaal in monomeren, en zijn verdeeld in drie lagen die de PSI-kern omringen. De eerste laag is een gesloten ring bestaande uit 11 FCPI-subeenheden die de PSI-kern omringen, terwijl de tweede een halve ring is die is samengesteld uit 10 FCPI-subeenheden en de derde laag is samengesteld uit slechts 3 FCPI-subeenheden en zich aan één kant van de kern bevindt.

De hele structuur van het PSI-FCPI-supercomplex bevat 326 Chls a, 34 Chls c, 102 fucoxanthinen, 35 diadinoxanthinen, 18 β-carotenen en enkele cofactoren voor elektronenoverdracht. Het grote aantal pigmenten vormt een unieke, enorm netwerk dat zorgt voor een efficiënte energiewinning, overdracht en dissipatie.

Deze resultaten bieden een stevige structurele basis voor het ontrafelen van de mechanismen van het oogsten van lichtenergie, overdracht en blussen in de diatomeeën PSI-FCPI, en ook belangrijke aanwijzingen voor evolutionaire veranderingen van PSI-LHCI.

Deze studie, getiteld "Structurele basis voor energieoverdracht in een enorm diatomeeën PSI-FCPI supercomplex, " werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 8 oktober, 2020.