《科学》：首次确定光合作用中光系统Ⅱ结构

　　

生物通综合：来自美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory），德国Max Planck生物无机化学研究所等处的研究人员确定了光系统Ⅱ的结构，发现在这一系统中水被太阳能分裂，这一过程能产生出氢分子。如果科学家们可以复制以上过程，就可以得到取之不尽的清洁能源。这一研究结果发表在11月3日的《Science》上。 

原文摘要：
Science 3 November 2006:
Vol. 314. no. 5800, pp. 821 - 825
DOI: 10.1126/science.1128186
Where Water Is Oxidized to Dioxygen: Structure of the Photosynthetic Mn4Ca Cluster 
[Abstract]

为了实现人工得到氢能源，科学家必须完全理解植物和光合细菌分裂水分子的过程——这样他们才能在未来复制这一过程。现在Johannes Messinger博士确定了水分裂的含锰分子团的精确结构，而在之前这一关键步骤还是无法实现的。分子含有4个锰，一个钙和至少5个氢原子。Messinger说：“其中的秘密在于它们的几何排列。我们考虑了至少18种锰和氧原子的排列模型。”通过实验和理论计算，他们现在确定了正确的几何排列。分子由3个相互连接的菱形构成，两个锰和氧共边，所以每个锰和氧原子和三个原子相连。剩下的一个锰有四个氧原子相连。小组还计算出了原子间的精确距离，之前科学家只知道锰原子的距离并不一样。 

在这篇文章中，研究人员利用计算机将所有理论可能模型和实验结果进行对比。最后只有一种结构符合要求，这是关键的一步。但是还有两个步骤需要进行：分子在蛋白质中有3种可能取向，导致钙原子有4种可能位置。实验中科学家还使用了EXAFS技术进一步研究，以上结果对于人工催化产生氢分子无疑是非常重要的一步。 

附：我国光合作用膜蛋白研究获重大成果

我国光合作用膜蛋白研究产生重大成果。3月18日，国际权威科学杂志《自然》以文章的形式发表了由我国科学家完成的“菠菜主要捕光复合物(LHC—Ⅱ)晶体结构”研究成果，并将晶体结构图选作封面图案。3月20日，项目主要负责人在京发布了这一成果。
   
    光合作用是自然界最重要的化学反应，光合作用机理是国际上长盛不衰的研究热点。科学家认为，光合作用由捕光系统和光反应系统共同完成，捕光复合物这种膜蛋白的三维结构是研究植物如何高效利用光能的结构基础。但要深入理解这种膜蛋白的重要功能，还有赖于高分辨率膜蛋白三维结构的解析。LHC—Ⅱ是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物，它是由蛋白质分子、叶绿素分子、类胡萝卜素分子和脂类分子组成的一个复杂分子体系，被镶嵌在生物膜中，具有很强的疏水性，难以分离和结晶。测定这种膜蛋白复合体的晶体结构，是国际公认的高难课题，也是衡量一个国家结构生物学研究水平的重要标志。
   
    最近，我国科学家成功地超越德国和日本等发达国家的多家实验室，率先完成了这一具有高度挑战性的国际前沿课题。经过6年努力，中科院生物物理研究所常文瑞研究员主持的研究小组完成了LHC—Ⅱ三维结构的测定工作，植物研究所匡廷云院士主持的研究小组分离纯化了这一重要的光合膜蛋白，为晶体和空间结构的解析打下了物质基础。这是生物化学、结晶学及结构生物学多学科交叉、科研人员精诚团结所取得的重大成果。这一原创性成果推动我国光合作用机理与膜蛋白三维结构研究进入了国际领先行列。
（生物通：万纹）