對(duì)實(shí)現(xiàn)“人工光合作用”具有重要意義

日前，國(guó)際著名期刊自然結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)在線發(fā)表了中科院生物物理所常文瑞院士課題組關(guān)于高等植物光合膜蛋白——菠菜次要捕光復(fù)合物CP29的2.8分辨率三維晶體結(jié)構(gòu)的論文。這是繼2004年該課題組解析了菠菜主要捕光復(fù)合物L(fēng)HCII晶體結(jié)構(gòu)之后的又一重要突破，也是國(guó)際上首個(gè)高等植物次要捕光復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。

自然界的光合作用是由一系列鑲嵌在光合膜上的蛋白色素復(fù)合物（如光系統(tǒng)I和光系統(tǒng)II）協(xié)同配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于這些蛋白復(fù)合物精確三維結(jié)構(gòu)的研究，將對(duì)闡明光合作用的分子機(jī)理，并以此為基礎(chǔ)利用、模擬光合作用，實(shí)現(xiàn)“人工光合作用”將具有重要意義。

植物光合作用的原初反應(yīng)是從捕光開(kāi)始的，在光系統(tǒng)II核心復(fù)合物的外周有一個(gè)復(fù)雜而高效的捕光天線系統(tǒng)，它由位于最外周的主要捕光復(fù)合物L(fēng)HCII和位于LHCII與反應(yīng)中心之間的次要捕光復(fù)合物CP29、CP26和CP24共同構(gòu)成。CP29是最大的蛋白，它不僅捕獲太陽(yáng)能并將能量高效傳遞到反應(yīng)中心，還在LHCII與反應(yīng)中心之間的能量傳遞中起到橋梁作用。

多年來(lái)，國(guó)際上一直沒(méi)有解析CP29的晶體結(jié)構(gòu)。歐洲幾家實(shí)驗(yàn)室曾獲得過(guò)CP29的微晶，但都因晶體質(zhì)量難以提高而最終選擇放棄。常文瑞課題組經(jīng)過(guò)5年多的研究，率先獨(dú)立解析了來(lái)源于高等植物菠菜的CP29晶體結(jié)構(gòu)。

CP29晶體結(jié)構(gòu)的解析，糾正了多年來(lái)很多功能研究中一直廣泛應(yīng)用的一個(gè)預(yù)測(cè)CP29模型。

CP29這一重要光合膜蛋白三維結(jié)構(gòu)的測(cè)定，為從原子水平上深入研究高等植物次要捕光復(fù)合物的高效捕光、能量傳遞，尤其是光保護(hù)等能量調(diào)節(jié)機(jī)制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

該項(xiàng)研究工作得到科技部、自然科學(xué)基金委和中科院的資助。