盘点国家科学技术奖：主要捕光复合物的结构与功能研究

　　

生物通报道：2014年度国家科学技术奖励大会9日在北京举行，此次国家科学技术奖共授予318项成果国家自然科学奖、国家技术发明奖和国家科学技术奖。

各奖项分别的比例为国家自然科学奖46项、国家技术发明奖70项、国家科学技术进步奖202项，约为15%、25%、60%。而且今年共推荐中华人民共和国国籍科学技术合作奖29项，为历年推荐数量最多。诺贝尔物理学奖获得者、俄罗斯科学家若列斯·伊万诺维奇·阿尔费罗夫等7位外籍科学家和美国德州大学MD安德森癌症中心获奖。

另外据分析，此次获奖项目从立项到结题的平均时间为10.7年，研究时间最长的是自然奖二等奖项目“中国两栖动物系统学研究”，该项目从1961年7月至2010年3月、历时49年。

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其中“高等植物主要捕光复合物的结构与功能研究”项目由中科院生物物理研究所常文瑞，柳振峰，匡廷云，严汉池和中国科学院植物研究所王可玢等人完成。

植物捕光天线系统是由多个成员组成的精巧而复杂的系统，各成员彼此分工又相互配合，发挥高效吸收和传递太阳能的重要功能，其光能传递效率接近100%；此外，它们还参与植物在高光条件下的光保护功能，避免植物遭受强光的损害。为了阐明捕光天线系统的作用机制，了解光能在不同的天线蛋白之间传递的途径，获得这些天线蛋白的三维结构信息是至关重要的。

这一研究团队在光合膜蛋白质LHC-II的空间结构的研究上取得原创性成果，发现了膜蛋白结晶的第三种方式，首次报导了二十面体状的膜蛋白－脂复合体的空心球体的结构，在2.72?分辨率上提供了包括蛋白质分子、色素分子、脂分子和水分子在内的近三万个独立原子的高精度三维坐标数据。

这是国际上第一个用X－射线晶体学方法解析的高等植物捕光复合物高分辨率空间结构，推动我国光合作用机理与膜蛋白三维结构研究进入国际领先水平。该项成果首次完整地建立了该复合体内的能量传递网络，提出了基于结构的光保护分子机理模型，阐述了植物在高光强条件下通过LHC-II的调节作用对多余的光能进行耗散以实现自我保护的机理。对培育高光效和强抗逆性作物具有潜在的指导意义。

此后在这一基础上，研究团队又于2011年获得了菠菜次要捕光复合物CP29的2.8分辨率三维晶体结构，这也是国际上首个高等植物次要捕光复合物的晶体结构。

植物光合作用的原初反应是从捕光开始的，在光系统II核心复合物的外周有一个复杂而高效的捕光天线系统，它由位于最外周的主要捕光复合物LHCII和位于LHCII与反应中心之间的次要捕光复合物CP29、CP26和CP24共同构成。CP29是最大的蛋白，它不仅捕获太阳能并将能量高效传递到反应中心，还在LHCII与反应中心之间的能量传递中起到桥梁作用。

多年来，国际上一直没有解析CP29的晶体结构。欧洲几家实验室曾获得过CP29的微晶，但都因晶体质量难以提高而最终选择放弃。这一课题组经过5年多的研究，率先独立解析了来源于高等植物菠菜的CP29晶体结构。

CP29晶体结构的解析，纠正了多年来很多功能研究中一直广泛应用的一个预测CP29模型。CP29这一重要光合膜蛋白三维结构的测定，为从原子水平上深入研究高等植物次要捕光复合物的高效捕光、能量传递，尤其是光保护等能量调节机制提供了结构基础。

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（生物通：万纹）