日前，《自然—結構與分子生物學》(NatureStructural&MolecularBiology)在線發表了中科院院士、生物物理研究所研究員常文瑞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，這是國際上首個高等植物次要捕光復合物的晶體結構。
　　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。
　　在光系統Ⅱ外周捕光天線中，CP29是最大的蛋白，它是維持PSⅡ-LHCⅡ超大復合物所必需的。除了承擔捕獲太陽能并將能量高效傳遞到反應中心外，CP29還在LHCⅡ與反應中心之間的能量傳遞中起到橋梁作用。此外，越來越多的研究表明，CP29在強高光照條件下植物自身的光保護機制中發揮關鍵作用。
　　由于CP29在光系統Ⅱ中的含量較低并且結合多種色素分子，存在見光不穩定性，因而獲得足夠量并且穩定、均一的可用于晶體生長的蛋白樣品十分不易。而高等植物光合膜蛋白結晶是國際公認的難題，即便獲得晶體也往往因為衍射能力很差而無法用于結構解析。因此，多年來一直沒有CP29的晶體結構信息。歐洲的幾家實驗室曾經獲得過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年多的潛心研究，最終取得了突破，解析了來源于高等植物菠菜的CP29晶體結構，率先完成了這一具有高度挑戰性的國際前沿課題。該項目的全部工作，包括蛋白的分離純化、晶體生長以及結構解析等都是由常文瑞課題組獨立完成的。
　　CP29晶體結構的解析，糾正了多年來很多功能研究中廣泛應用的一個預測CP29的模型。根據晶體結構，CP29完整精確的色素網絡得以構建，每個單體結合有13個葉綠素(Chl)分子及3個類胡蘿卜素分子。
　　與預測模型相比，晶體結構中有5個葉綠素是新發現的，研究人員還發現一個非常特殊的葉綠素對具有特殊的葉綠素配位方式，這種配位方式在光合膜蛋白中也是首次被發現。另外，晶體結構中還發現了兩個重要的色素簇，它們位于CP29分子表面，并且分布在兩側，可能是能量傳遞途徑的進出口和潛在的能量淬滅中心。該研究工作在晶體結構的基礎上深入分析討論了CP29的捕光、能量傳遞和光保護等功能。
　　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。該項目的完成，是繼2004年常文瑞課題組解析菠菜LHCⅡ晶體結構之后，在光合膜蛋白晶體結構研究領域的又一突出貢獻，為進一步推動我國在光合作用機理和膜蛋白三維結構等研究領域處于國際領先水平奠定了基礎。

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