對實現“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I和光系統II）協同配合來實現的。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“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II核心復合物的外周有一個復雜而高效的捕光天線系統，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。