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第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼 |
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由国家自然科学基金等资助的重要光合膜蛋白-高等植物光合作用主要捕光复合物(LHC-II)晶体结构研究取得重要突破。 绿色植物的光合作用是通过镶嵌在细胞膜上的一系列色素-蛋白复合体构成的光合作用系统相互分工协作完成的。植物的光合作用系统中参与光能吸收、传递和转换的两类最基本的色素-蛋白复合体是反应中心和捕光天线复合物。捕光是光合作用中最初的过程。捕光天线复合物的三维结构是认识植物高效利用光能的结构基础。然而，参与这些过程的蛋白质都是膜蛋白，膜蛋白的晶体结构解析是国际公认的难题。
中国科学院生物物理研究所常文瑞研究员领导的研究组和植物所有关科技人员一起,历经6年艰苦努力终于成功地测定了菠菜主要捕光复合物(LHC-II)2.72
?分辨率的晶体结构。这一重要研究结果将人们关于光合作用中所涉及的光能收集和能量转移过程的认识提高到全面的原子分辨率水平,该研究在膜蛋白结构生物学领域和光合作用捕光及光保护机制研究领域均获得了创新性的重要结果： |
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1.研究结果表明：LHC-II膜蛋白-脂质体复合物的晶体是由60个LHC-II单体组装形成一个正20面体形状的空心球体，再以此为基本单位在晶胞中周期排列而形成的（图1a）。此堆积方式完全不同于以往所报道的I型和II型的膜蛋白晶体，是迄今为止所发现的膜蛋白结晶的一种全新方式,定义为“Type-III”膜蛋白晶体。
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2.在2.72Å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3万个独立原子坐标的高精度三维结构模型,并对每一个复合物单体中的14个叶绿素分子和4个类胡萝卜素分子的具体归属进行准确的确认，每个色素分子在三维空间的取向和位置得到了精确的测定。首次揭示了色素分子在LHC-II复合物中的排布规律（图2），为认识LHC-II高效捕光和能量传递的机制提供了重要的结构基础。 |
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3.基于精确的结构数据，首次完整地建立该复合体内的能量传递网络，并对高等植物在强光照条件下的光保护机理进行了讨论。 该项研究成果於2004年3月18日在Nature （2004，Vol 428：287～292）上以主题论文的方式发表,其晶体结构的彩图被选作该期杂志的封面照片（图3）。Nature评审专家指出：“这是光合作用研究领域的一大突破,它标志了光合作用研究的重大跨越。”
该项成果一经披露，就引起了众多国际同行的关注。截至2005年12月22日，本文已被国内外同行引用99次。该成果己被我国两院院士评选为2004年“中国十大科技进展” 。 |
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