光合作用是植物、藻类和蓝细菌从阳光、二氧化碳和水中以富含能量的生物分子的形式提取“食物”的方式。这是一个复杂的过程，研究人员仍在从中寻找许多新的细节。正如科学家在《植物细胞》杂志上报道的那样，由LMU生物学家ThiloRühle、BennetReiter和DarioLeister教授领导的一个团队现在已经解决了这一基本过程的另一个难题，并阐明了辅助因子CGL160的作用。

光合作用辅助因素确保高效能源生产

光合作用发生在叶绿体中所谓的类囊体膜的几个部分反应中，其中各种色素吸收阳光的电磁辐射。特定的蛋白质复合物与ATP合酶结合，然后将这种光能转化为ATP形式的化学能。除其他外，这使植物能够合成碳水化合物作为细胞呼吸的富含能量的“燃料”。作为“分子机器”，ATP合酶因此是植物新陈代谢的重要组成部分。

ATP合酶是如何在细胞中组装的尚未完全阐明。基于模式生物拟南芥，研究人员现在已经能够通过募集ATP合酶的偶联因子CF1来证明蛋白质CGL160在该过程中起关键作用。

“蛋白质CGL160的基部位于类囊体膜中，而其N端结构域像杆一样突出，并将ATP合酶的可溶性CF1部分从叶绿体内部的液体中捞出。这部分蛋白质与CF结合1'头饰'并促进与嵌入类囊体膜中的ATP合酶部分连接，使其形成效率更高，”ThiloRühle解释说。

进化根源和适应

即使在不利的生长条件下，CGL160等辅助因子的存在也被证明是有利的：LMU生物学家发现，在光照不足的条件下，缺乏具有CF1结合功能的CGL160会对叶绿体的发育产生负面影响。

“我们观察到相应突变体的叶绿体结构在短短8小时日光下的短日照中遭受的影响更大。因此我们提出了假设，即CGL160的N端结构域和CF1之间的相互作用也是一种进化适应，使植物能够在各种光照条件下都能更好地应对，”Rühle说。

研究人员还发现了有关CGL160进化起源的线索。在拟南芥的实验中，他们成功地用集胞藻属蓝藻的Atp1蛋白在功能上取代了CGL160的膜结构域。

“通过这种方式可以恢复大约80%的功能。这表明陆地植物中的CGL160可能来自蓝藻的前身蛋白，”Rühle说。事实上，植物细胞通过蓝藻的掺入和功能整合获得了它们的叶绿体。

调节光合作用的潜在途径

这启动了光合作用机制的复杂合成计划的出现。为了更好地理解这个计划，LMU生物学家现在想要确定所有辅助因子——除了CGL160和少数其他目前已知的因子——它们对植物类囊体膜中ATP合酶的组装和功能很重要。

“我们假设这里涉及的因素比光系统本身要少得多——因此，ATP合酶是一种更容易调节光合作用的潜在途径，”Rühle说。“在未来，人们可以将这些知识用于各种应用，例如改造植物，以便即使在高温或极端光照条件下也能最佳地满足其ATP需求。”