科学家解析蓝藻固碳机器组装机制

据中国科学技术大学官方消息，该校生命科学与医学部周丛照教授/江永亮副教授课题组与中国科学院分子植物科学卓越创新中心米华玲研究员课题组合作，利用X-射线衍射技术成功解析了蓝藻固碳机器羧酶体组装相关分子伴侣CcmS及其与外壳蛋白复合物的晶体结构。这一研究为人工设计高效固碳系统提供了新思路。

相关成果以“Assembly mechanism of the β-carboxysome shell mediated by the chaperone CcmS”为题，于3月24日在线发表于知名植物学期刊《New Phytologist》。

蓝细菌作为地球上最古老的光合自养微生物，每年固定的二氧化碳占全球生物固碳总量的30%，是主要的碳汇贡献者。蓝细菌通过进化出的二氧化碳浓缩机制（CCM），将环境中的无机碳运输到细胞内，并在羧酶体内高度富集，从而提高固碳酶RuBisCO的催化效率。羧酶体是一种直径约100~300纳米的正二十面体，由外壳蛋白封装RuBisCO和碳酸酐酶自组装而成，分为α和β两种类型。

研究发现，CcmS能够特异性结合CcmK1的C末端，并在β-羧酶体组装及CCM功能中发挥关键作用。本次研究报道了蓝藻Synechocystis sp. PCC 6803中CcmS的晶体结构，揭示了其与BMC-H六聚体的结合模式。CcmS通过稳定CcmK1的铰链区域，促进相邻六聚体的组装，从而精准调控β-羧酶体的形态与大小。

基于结构和生化分析，研究团队提出了分子伴侣CcmS辅助蓝藻β-羧酶体组装的分子模型。该模型表明，羧酶体的核心由RuBisCO与碳酸酐酶交联凝聚形成，外壳蛋白CcmK1、CcmK2等自组装包裹核心，最终由BMC-P五聚体蛋白封闭顶点完成组装。