在白昼时间，植物会通过复杂的、多阶段性的生化过程将太阳能转化为糖类，这一过程被称作光合作用。一项由卡耐基（Carnegie）的研究员Mark Heinnickel、Wenqiang Yang、Arthur Grossman进行的研究项目从植物光合反应器中识别了一种特定蛋白，这将有助于我们重返地球上生命起源初期——那个氧气含量相对稀少的时期，探究植物光合作用的发展史。美国国家科学院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）刊登相关研究论文。
光合作用是按阶段分步进行的。在第一阶段，植物吸收阳光产生能量分子，在这一阶段氧气只是作为副产物存在。这一过程中产生的能量分子将用于第二阶段的能量源，把大气中的二氧化碳固定成植物体内的碳基糖类，比如葡萄糖和蔗糖。
来自斯坦福大学（Stanford University）的研究生Rick Kim、Tyler Wittkopp，和宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的Karim Walters，以及怀俄明州立大学（University of Wyoming）的访问学者Stephen Hrbert等人组成的研究团队选择了绿藻作为试验材料，研究的重点就是上文提到的蛋白质——CGL71。在此之前，CGL71蛋白已被广泛认定为是装配光合作用蛋白质阵列的参与者，而这些蛋白质阵列会加入到光合反应器的合成过程，在第一阶段中把光能转换为助推第二阶段的能量分子，并产生氧气。但是直到现在，CGL71蛋白在装配过程中的作用才被逐步揭示。
研究团队指出，CGL71蛋白的作用之一就是在装配过程中保护光合反应器免受氧气的破坏。你没听错，这里说的正是你我司空见惯的氧气。如你所知，光合作用第一次出现在距今30亿年前的细菌身上，那个时期的大气层中氧气的含量及其稀少。当然，随着光合细菌在地球上的声势越来越浩大，大气成分也在发变化，最终形成我们今日赖以生存的大气状态。
氧气是具有较高活性的分子，它可以破坏对光合作用极其重要的含铁和含硫蛋白簇。比如CGL71蛋白，这些蛋白簇对光合作用的第一阶段至关重要，因为它们可以输送电子形成能量分子。正如氧气可以使马蹄铁和平底锅生锈一般，它同样可以瓦解反应器中的含铁含硫蛋白。
正如氧气在地球大气圈中逐渐富集，光合反应器也同样需要发展一种保护措施来避免自身副产物氧气对其造成的破坏，而CGL71蛋白正是这种保护措施的成员之一，可以使反应器在新的生存环境中保持稳定。
“现在，当我们对CGL71蛋白这种重要的组装分子进行研究之时，就仿佛回到了地球大气圈成分发生变化的远古时期，植物的光合反应器正在努力适应这些变化。”Grossman说到。
Journal reference: Proceedings of the National Academy of Sciences
期刊来源：美国国家科学院院刊
Provided by: Carnegie Institution for Science
资料提供：卡耐基科学研究院
原文链接：
翻译：冼妍
审校：颜磊
留言