中科院生物物理所推荐2014年度国家科学技术奖候选项目公示.pdf

产物是包括人类在内的绝大多数生命体赖以生存和繁衍的物质基础，也是新一代 清洁能源开发和利用的一个重要方向。目前全球范围内正面临着日益严重的能源 危机，光合作用机理的研究对于未来开发可再生的清洁能源具有重要的理论和战 略意义。 人工模拟光合作用的首要前提是深入了解和揭示光合作用的分子机理，而解 析参与光合作用的膜蛋白色素复合物的结构与功能是达到这一目标的关键一步。 本项目以高等植物光合作用体系中负责光能捕获的主要捕光天线复合物 LHC-II 为 研究对象，通过 X-射线晶体学方法解析其高分辨率的晶体结构，并深入分析其发 挥高效捕光功能的结构基础。LHC-II 具有多重生物学功能，这些功能包括光能捕 获、高光下对植物的光保护作用、光合状态转换过程以及介导叶绿体基粒类囊体 膜的垛叠。LHC-II 高分辨率结构的解析将有助于揭示这一系列重要生物学过程的 分子机制，促进光合作用机理研究和人工模拟光合作用研究的进展。 主要研究内容 （1）采用 X-射线晶体学方法解析光合膜蛋白 LHC-II 的三维结构，分析色素 分子的空间排布规律和相互作用，揭示其发挥功能的结构基础。（2）膜蛋白的分 离及晶体结构解析是国际结构生物学领域的难点和重点，通过本项目的实施，探 索和优化膜蛋白三维结晶的方法，总结膜蛋白结晶的规律。（3）研究捕光蛋白 LHC-II 在不同状态下的光谱特征及其所参与的光保护过程的分子机理。 主要科学发现和价值 1、在国际上率先完成了菠菜主要捕光蛋白复合物 LHC-II 的高分辨率晶体结 构解析工作， 研究成果作为国际权威学术期刊 Nature 的封面主题论文发表（2004） ， 该项成果被两院院士评为“2004 年中国十大科技进展”。测定像 LHC-II 这样的膜 蛋白复合体的晶体结构，是国际公认的高难课题，也是一个国家结构生物学研究 水平的重要标志。 2、项目的完成填补了国内在膜蛋白晶体结构研究领域的空白。首次发现了一 种新型的膜蛋白三维结晶。膜蛋白 LHC-II 在该晶体中的堆积方式完全不同于已知 的 I 型和 II 型膜蛋白晶体，是一种全新的膜蛋白结晶类型,将其命名为 III 型膜 蛋白晶体。这一发现是膜蛋白结构生物学研究领域的一个创新点。 3、对 LHC-II 参与的植物光保护的机理进行了深入探索，提出了一个基于结 构的光保护分子机理的模型，并论述了植物如何在光胁迫条件下通过 LHC-II 的调 2