中国科学家向揭开光合作用奥秘又迈一步

光合作用为地球上几乎所有生命体提供赖以生存的物质和能量,一直以来,科学家们希望能解开光合作用的奥秘,为解决能源、粮食、环境等问题提供启示性方案。

中国科学院生物物理所柳振峰研究组、章新政研究组与常文瑞-李梅研究组通力合作,通过单颗粒冷冻电镜技术,在3.2埃(1埃即0.1纳米,相当于一个氢原子的直径)分辨率下,解析了高等植物(菠菜)光系统II-捕光复合物II超级膜蛋白复合体的三维结构,论文于北京时间19日在《自然》在线发表。

柳振峰介绍,光系统II处于整个光合作用电子传递过程的最上游,可以通过吸收的光子能量来激发反应中心的电荷分离,完成光能向电子势能的转换,并且具有独特而神奇的裂解水分子和放出氧气的功能。正是由于光系统II这一特殊的能力,它被认为是人工模拟光合作用的理想模板——一旦人类掌握这种技术,就能将太阳能和水转化为清洁能源氢气。

光合作用一直是国际学术界关注的焦点,与之相关的研究成果已经十余次获得诺贝尔奖。但到目前为止,围绕植物光系统II的研究进展却一直很缓慢。

在3.2埃分辨率下,科学家发现,光系统II是由25个以上蛋白质亚基以及众多色素和其他辅因子组成的超大膜蛋白-色素复合物,该复合物中包含了天线系统,反应中心系统,以及一个能在常温常压下裂解水、释放氧气的放氧中心。中科院生物物理所副所长许瑞明解释:“如果把光系统II比作一个工厂,以前我们只看到过一个车间,今天终于见到了全貌。”不仅如此,科学家们还看到了这些“车间”是如何协作的,比如负责“捕捉”光线的天线系统与反应中心系统是如何识别、如何传递和转换光能的。(记者齐芳)

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