光合作用是地球上生命体赖以生存的基础,对它的科学研究已持续了两百多年,但仍有很多未解之谜。记者21日从中科院获悉,该院生物物理所的研究团队在光合作用研究中获得重要突破,在国际上率先解析了高等植物菠菜光合作用超级复合物的高分辨率三维结构。该项研究工作发表在最新出版的国际顶级期刊《自然》上。
据介绍,基于结构的光合作用机理研究具有重要的理论意义,同时也将为解决能源、粮食、环境等问题提供具有启示性的方案。1985年,德国马普生物化学所的戴森豪福等首次解析了紫细菌光合作用反应中心的晶体结构,获得了1988年的诺贝尔化学奖。
近年来,国际上围绕蓝细菌、藻类和高等植物光合作用的结构生物学研究陆续获得了一系列进展,但关于植物光系统II的结构研究却相对滞后,这被认为是光合作用研究领域最后一个也是最受关注的超级复合物结构。
“植物光合作用的原初反应是从光系统II开始的,光系统II是一个超大膜蛋白-色素复合物。解析植物光系统II神秘而复杂的精细结构是结构生物学研究领域的科学家们多年来一直追求的热点和难点课题。”中科院生物物理所研究员柳振峰说。
经过多年努力,中科院生物物理所柳振峰研究组、章新政研究组和常文瑞/李梅研究组通力合作,联合攻关,通过单颗粒冷冻电镜技术,首次解析了高等植物(菠菜)的光系统II-捕光复合物II超级膜蛋白复合体的三维结构。
科学家介绍,光系统II具有独特而神奇的裂解水分子和放出氧气的功能,因此被认为是人工模拟光合作用的理想模板,可为实现光能向清洁能源氢气转换提供具有启示性的方案。
“我们解析了高等植物光系统II的高分辨率三维结构,并且获得了其与外周捕光天线之间相互装配原理和能量传递过程相关的重要结构信息。”柳振峰表示,这一突破为研究团队打开了一片全新的天地,有望在该领域中继续深入挖掘,获得更大更复杂的超级复合物研究成果。
原标题：我国科学家率先破解光合作用超分子结构之谜
