Le diatomee sono un gruppo di fitoplancton ampiamente distribuito nell'idrosfera e anche nel terreno umido. Svolgono ruoli importanti nei cicli globali carbonio-ossigeno e forniscono prodotti e biomasse di valore. Le cellule di diatomee sono marroni per la presenza di speciali clorofille (Chl), Chl c, così come i carotenoidi fucoxantina e diadinoxantina.

A differenza di quelli delle alghe verdi e delle piante superiori, il fotosistema I (PSI) della diatomea lega un gran numero di proteina I legante fucoxantina-clorofilla a/c (FCPI) come antenne periferiche per raccogliere più luce blu-verde sott'acqua.

Un team di ricerca dell'Istituto di botanica dell'Accademia cinese delle scienze ha risolto la struttura di un supercomplesso PSI-FCPI da una diatomea marina centrica Chaetoceros gracilis.

In questo studio, la proteina PSI-FCPI è stata estratta e purificata dalle membrane tilacoidi del cloroplasto di diatomee. Quindi la sua struttura è stata risolta mediante microscopia crioelettronica a singola particella, che ha mostrato che PSI-FCPI è un monomero composto da un centro di reazione e 24 FCPI che lo circondano. È il più grande PSI monomerico associato al maggior numero di antenne per la raccolta della luce trovate finora.

Rispetto alle alghe rosse, diatomee PSI ha perso PsaK e PsaO nel complesso centrale, ma ha due nuove subunità, PsaR e PsaS. PsaR è coinvolto nella stabilizzazione dell'antenna FCPI periferica e nel trasferimento di energia dalle subunità FCPI al nucleo PSI, mentre la funzione di PsaS è sconosciuta.

Le 24 subunità FCPI esistono tutte nei monomeri, e sono distribuiti in tre strati che circondano il nucleo PSI. Il primo strato è un anello chiuso composto da 11 subunità FCPI che circondano il nucleo PSI, mentre il secondo è un semianello composto da 10 subunità FCPI e il terzo strato è composto da sole 3 subunità FCPI e si trova su un lato del nucleo.

L'intera struttura del supercomplesso PSI-FCPI contiene 326 Chls a, 34 Chl c, 102 fucoxantina, 35 diadinoxantina, 18 β-caroteni e alcuni cofattori di trasferimento di elettroni. Il gran numero di pigmenti costituisce un unico, vasta rete che garantisce un'efficiente raccolta di energia, trasferimento e dissipazione.

Questi risultati forniscono una solida base strutturale per svelare i meccanismi di raccolta dell'energia luminosa, trasferimento e tempra nelle diatomee PSI-FCPI, e anche importanti indizi sui cambiamenti evolutivi di PSI-LHCI.

Questo studio, intitolato "Base strutturale per il trasferimento di energia in un enorme supercomplesso di diatomee PSI-FCPI, " è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura l'8 ottobre 2020.