普林斯顿大学 由莫里茨·迈耶(Moritz Meyer)和马丁·乔尼卡斯(Martin Jonikas)领导的普林斯顿研究人员发现，海藻蛋白核通过鲁比斯科(Rubisco)和其他含有基序(图中为球形)的蛋白核之间的相互作用进行自我组装，该蛋白核为鲁比斯科酶浓缩二氧化碳
信用:迈耶等人
下次你去湖边或海边时，深呼吸
当你呼气的时候，花一点时间来感谢一些小事:具体来说，感谢你周围的土壤和水中的微小单细胞藻类，它们正在提取你刚刚呼出的二氧化碳，并将其转化为糖，这些糖最终将被生物圈中的所有其他生物所利用
在全球范围内，大约30%的这种活动是由藻类中一种叫做蛋白核的特殊结构进行的
想象一颗除虫菊，想象一颗石榴
这种蛋白核含有茜草核，这种酶的分子工作是将二氧化碳结合到糖中
这些核仁被包埋在由其他蛋白质组成的支持性果肉或基质中，其本身被淀粉制成的外壳所包围
水果有点虫蛀；它布满了指状通道——实际上是被膜包围的小管——将浓缩的二氧化碳输送到鲁比斯科玉米粒中
细管对蛋白核的功能很重要，因为像莱茵衣藻这样的水生藻类将很难获得足够的二氧化碳来维持鲁比斯科在最大容量下运行
除虫菊给科学家们带来了几个谜
例如，组成蛋白核的蛋白质是如何被运送到那里的，以及它们是如何组织成如此复杂的排列的，一直是一个持久的谜
普林斯顿大学分子生物学系助理教授马丁·乔尼卡斯及其合作者的实验室的新研究已经解开了这个谜
“最初的关键发现是偶然发现的，”Jonikas说
研究分子生物学家莫里茨·迈耶和他的同事们试图确定除了鲁比斯科之外，蛋白核中还存在什么蛋白质
为了做到这一点，他们使用了一种抗体:一种蛋白质，像钥匙一样，附着在其他拥有特定匹配锁的蛋白质上
迈耶和他的同事计划打开藻类，然后在生成的分子汤里加入一种抗体，这种抗体能结合特定的基质蛋白
通过拉抗体，科学家们可以把蛋白质拉出来
任何其他与抗体目标蛋白结合的蛋白质都会随车而来，然后科学家就可以确定其中是否有以前未知的蛋白成分
但是实验结果并不像预期的那样
普林斯顿大学的研究人员发现，海藻蛋白核可以为鲁比斯科酶浓缩二氧化碳，通过鲁比斯科和其他含有基序的蛋白核之间的相互作用进行自我组装
这是一张藻类细胞的电子显微照片，上面标记了部分蛋白核
信用:迈耶等人
“我们注意到抗体直接与几个蛋白核定位的蛋白质结合，”Jonikas说
换句话说，他们刚刚发现所有这些蛋白质都拥有一把与抗体钥匙相匹配的锁
对这些蛋白质的进一步检查发现，存在一系列氨基酸或基序，这些氨基酸或基序存在于抗体的最初目标中，也存在于所有其他蛋白质中
“我们假设这个基序可能作为一个信号，将蛋白质定位于蛋白核，我们所做的实验支持了这个假设，”Jonikas解释说
“从含有基序的蛋白质中除去基序，使其不再定位于蛋白核，而将其加入到非蛋白核的蛋白质中，使其定位于蛋白核
" 迈耶和他的同事们发现该基序与鲁比斯科结合
这解释了蛋白核是如何形成的:它的组成蛋白在细胞中保持松散，直到它们撞上鲁比斯科并被捕获
“一些蛋白质并不简单地定位在蛋白核基质上，而是定位在基质和蛋白核的另外两个子区，蛋白核小管和淀粉鞘之间的界面上，”Jonikas指出
这可能允许蛋白质自组织成复杂的蛋白结构
“这项研究代表了调查科学的一个精致的例子，”博士说
霍华德·格里菲斯，英国剑桥大学植物科学教授
医生
格里菲思曾与Jonikas的小组在其他研究上合作，但他没有参与这项工作
“他们使用了巧妙的实验操作来证明，一个共同的基序可以让特定的接头形成卢比斯科基质，并将其他关键元素锚定在类囊体小管内部，并将淀粉鞘锚定在外围，”格里菲斯说
“总的来说，迈耶和他的同事们的报告对我们理解拟除虫菊的形式和功能做出了重大贡献，这不仅有助于理解水生初级生产力，也有助于巩固寻求将这种机制纳入陆地作物光合作用‘涡轮增压’的方法
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