對實現(xiàn)“人工光合作用”具有重要意義

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

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合物（如光系統(tǒng)I和光系統(tǒng)II）協(xié)同配合來實現(xiàn)的。對于這些蛋白復合物精確三維結構的研究，將對闡明光合作用的分子機理，并以此為基礎利用、模擬光合作用，實現(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是從捕光開始的，在光系統(tǒng)II核心復合物的外周有一個復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合物LHCII和位于LHCII與反應中心之間的次要捕光復合物CP29、CP26和CP24共同構成。CP29是最大的蛋白，它不僅捕獲太陽能并將能量高效傳遞到反應中心，還在LHCII與反應中心之間的能量傳遞中起到橋梁作用。

多年來，國際上一直沒有解析CP29的晶體結構。歐洲幾家實驗室曾獲得過CP29的微晶，但都因晶體質量難以提高而最終選擇放棄。常文瑞課題組經(jīng)過5年多的研究，率先獨立解析了來源于高等植物菠菜的CP29晶體結構。

CP29晶體結構的解析，糾正了多年來很多功能研究中一直廣泛應用的一個預測CP29模型。

CP29這一重要光合膜蛋白三維結構的測定，為從原子水平上深入研究高等植物次要捕光復合物的高效捕光、能量傳遞，尤其是光保護等能量調節(jié)機制提供了結構基礎。

該項研究工作得到科技部、自然科學基金委和中科院的資助。