植物所发表光系统II结构及光合作用水氧化机理研究综述

　　在地球上生命进化的一大突破是具有放氧光合作用生物的产生，它能利用太阳能裂解水，放出氧气，将太阳能转变为生物可利用的化学能。光驱动的水裂解反应是放氧光合生物利用太阳能进行光合作用链式反应的第一步，发生于高等植物、藻类和放氧蓝藻等光合生物类囊体膜上的光系统II中。迄今为止，自然界只有光系统II可以在常温常压下利用可见光的推动，使在热力学上非常稳定的水在较低的电化学势下裂解。光驱动的水氧化作为自然界最重要的生物化学过程之一，长期以来一直是光合作用研究领域中最重要的热点，同时也是生物学、化学、物理学等学科交叉领域中的前瞻性课题。

　　中国科学院植物研究所研究员沈建仁多年来长期致力于光系统II结构和功能的研究，其带领的研究组于2011年在世界上首次解析出了光系统II膜蛋白复合体的高分辨率晶体结构，从原子水平上首次清晰地揭示了光系统II的核心-放氧复合物的组成和几何结构。这一创造性成果不仅对进一步理解光系统II的结构和功能提供了重要依据，而且对阐明光合水氧化机理都具有重要的里程碑意义。从此，人们对光合放氧复合物的结构有了更为直接、清晰的认识，标志着对光合水氧化机理的研究迈入一个崭新的阶段。这一成果也因此被Science 杂志评为2011年世界十大科技进展之一。

　　最近，沈建仁受邀在植物学学术期刊Annual Review of Plant Biology 撰写了题为《光系统II结构及光合作用水氧化机理》(The Structure of Photosystem II and the Mechanism of Water Oxidation in Photosynthesis) 综述文章(doi:10.1146/annurev-arplant-050312-120129)。该文章综述了该领域近年来的主要进展，对光系统II及其核心-放氧中心的结构进行了全面分析。在此基础上，该文章结合光谱学研究结果，对光合水氧化的机理进行了深入探讨，提出了独到见解，不仅在光合作用的基础理论研究中具有重要的科学意义，而且对提高作物及能源植物的光能利用效率具有重要的实践意义，特别是将为今后模拟光合作用利用太阳能裂解水制氢，开辟太阳能利用的新途径、新技术，开发清洁能源等提供重要的理论依据。

光合放氧过程中氧-氧键形成的4种(a-d)可能机理