藍藻類囊體膜的插圖。圖片來源：Luning Liu

利物浦大學的研究人員進行的一項新研究揭示了古老的光合生物——藍細菌——如何進化它們的光合機制并組織它們的光合膜結構，以有效捕獲太陽光和能量轉導。

由植物、藻類和藍細菌進行的有氧光合作用為地球上的生命產生能量和氧氣，可以說是最重要的生物過程。藍藻是最早可以進行有氧光合作用并對地球大氣和初級生產做出重大貢獻的光養生物之一。

依賴光的光合作用反應是由一組光合作用復合物和容納在稱為類囊體膜的特殊細胞膜中的分子進行的。雖然一些研究報告了光合復合物的結構以及它們如何進行光合作用，但研究人員仍然對天然類囊體膜如何構建和進一步發展成為藍藻細胞中的功能實體知之甚少。

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反射顯微鏡的物體一般是不透明的，光從上面照在物體上，被物體反射的光進入顯微鏡。這種顯微鏡經常被用來觀察固體等，多應用在工業領域。在正置顯微鏡中，此類顯微鏡又稱作金相顯微鏡。 透射顯微鏡所觀察的物體是透明的或非常薄樣品，光可透過它進入顯微鏡。這種顯微鏡常被用來觀察生物組織，按照樣品與物鏡的位置關系又可分為正置式與倒置式兩種。

由大學系統、分子與綜合生物學研究所的劉魯寧教授領導的研究小組開發了一種在細胞生長過程中控制類囊體膜形成的方法，并使用最先進的蛋白質組學和顯微成像來表征類囊體膜的逐步成熟過程。他們的研究結果發表在《?自然通訊》雜志上。

“我們對這些發現感到非常興奮，”劉教授說?！拔覀兊?a href="/products/microscope/0-0-0-0-2129" title="研究" target="_blank" >研究描繪了光養生物如何產生并發展它們的光合膜，以及不同的光合成分如何結合并定位在類囊體膜中以進行有效的光合作用——這是該領域長期存在的問題?！?/p>

該研究的第一作者 Tuomas Huokko 博士說：“我們發現新合成的類囊體膜出現在稱為質膜的外周細胞膜和預先存在的類囊體層之間。通過檢測類囊體發育過程中的蛋白質組成和光合活性，我們還發現光合蛋白在空間和時間上得到了很好的控制，可以進化并組裝成類囊體膜?！?/p>

新的研究表明，藍藻類囊體膜是一個真正動態的生物系統，可以在細菌生長過程中迅速適應環境變化。在類囊體中，光合蛋白可以從一個位置擴散到另一個位置，并形成功能性“蛋白質島”，共同發揮高光合效率。

“由于藍藻進行類似植物的光合作用，從藍藻類囊體膜中獲得的知識可以擴展到植物類囊體，”劉教授補充說?！傲私庾匀还夂蠙C制如何在光養生物中進化和調節對于調整和增強光合性能至關重要。這為在氣候變化和人口增長的背景下可持續地提高作物光合作用和產量提供了解決方案。我們的研究也可能有益于仿生設計和人工光合裝置的產生，以實現有效的電子轉移和生物能源生產?！?/p>

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