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捕光复合体II通过脂质重新分布抵抗植物类囊体膜中非双层脂质诱导的多态性。

Light Harvesting Complex II Resists Non-bilayer Lipid-Induced Polymorphism in Plant Thylakoid Membranes via Lipid Redistribution.

作者信息

Garg Avinash, Debnath Ananya

机构信息

Department of Chemistry, IIT Jodhpur, Jodhpur, Rajasthan 342037, India.

出版信息

J Phys Chem Lett. 2025 Jan 9;16(1):95-102. doi: 10.1021/acs.jpclett.4c03300. Epub 2024 Dec 19.

DOI:10.1021/acs.jpclett.4c03300
PMID:39700347
Abstract

The plant thylakoid membrane hosting the light-harvesting complex (LHCII) is the site of oxygenic photosynthesis. Contrary to the earlier consensus of a protein-driven single lamellar phase of the thylakoid, despite containing 40% non-bilayer-forming lipids, recent experiments confirm the polymorphic state of the functional thylakoid. What, then, is the origin of this polymorphism and what factors control it? The current Letter addresses the question using a total of 617.8 μs long coarse-grained simulations of thylakoids with and without LHCII and varying concentrations of non-bilayer lipids using Martini-2.2 and -3.0 at 323 K. The LHCII redistributes the non-bilayer lipids into its annular region, increases the bending modulus and the stalk formation free energy, reduces the nonzero mean curvature propensity, and resists the polymorphism these lipids promote. The thermodynamic trade-off between non-bilayer lipids and LHCII dictates the degree of nanoscopic curvature leading to the polymorphism crucial for non-photochemical quenching under excess light conditions.

摘要

承载光捕获复合物(LHCII)的植物类囊体膜是产氧光合作用的场所。与早期关于类囊体由蛋白质驱动的单分子层相的共识相反,尽管含有40%的非双层形成脂质,但最近的实验证实了功能性类囊体的多态状态。那么,这种多态性的起源是什么,又有哪些因素控制它呢?本论文通过使用Martini-2.2和-3.0力场,在323 K下对有无LHCII以及不同浓度非双层脂质的类囊体进行了总共617.8微秒的粗粒度模拟,来解决这个问题。LHCII将非双层脂质重新分布到其环形区域,增加了弯曲模量和茎形成自由能,降低了非零平均曲率倾向,并抵抗了这些脂质促进的多态性。非双层脂质和LHCII之间的热力学权衡决定了纳米级曲率的程度,这对于高光条件下的非光化学猝灭至关重要。

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引用本文的文献

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Photosynth Res. 2025 Jun 11;163(3):36. doi: 10.1007/s11120-025-01156-3.