該研究發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》，由來自加州大學(xué)河濱分校、波士頓學(xué)院和紐約城市大學(xué)的研究人員共同撰寫。

光合作用是指植物和某些微生物（如集胞藻）吸收光能，將二氧化碳和水合成為富含能量的有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過程。光合作用的核心是光系統(tǒng)II，這是一種氧化水分子并從水分子中奪走電子以用作燃料的酶。

長期以來，科學(xué)家們一直在尋找模仿這一過程的方法，以研究光合細(xì)胞的光系統(tǒng)II，為太陽能燃料制造更有效的催化劑。但由于缺乏對(duì)合子細(xì)胞光系統(tǒng)II 分子結(jié)構(gòu)的清晰描述，科學(xué)家們要理解他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

之前耶魯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的工作創(chuàng)造了光合細(xì)胞II 處于“不成熟”階段的快照，此時(shí)酶尚不能氧化水。這項(xiàng)工作使研究人員能夠更好地了解酶是如何構(gòu)建的。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員能夠看到集胞藻中的酶以其成熟的活性形式存在，所有蛋白質(zhì)亞基和活性都參與水氧化。耶魯大學(xué)西校區(qū)的冷凍電子顯微鏡觀察提供了對(duì)集胞藻光系統(tǒng)II 的最接近和最詳細(xì)的觀察。

“在這個(gè)分辨率下，我們可以看到氨基酸、小分子輔助因子和水分子，它們用于水的氧化，”藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院化學(xué)系本杰明·西利曼教授兼實(shí)驗(yàn)室主任布魯?shù)戮S格說。耶魯大學(xué)西校區(qū)能源科學(xué)研究所。機(jī)制。”布魯?shù)戮S格是該研究的通訊作者。

“在某些情況下，我們甚至可以看到單個(gè)質(zhì)子的貢獻(xiàn)，”布魯?shù)戮S格補(bǔ)充道。

研究人員表示，通過對(duì)光系統(tǒng)II 進(jìn)行新的近距離觀察，他們將能夠?qū)γ高M(jìn)行微小的改變，例如突變單個(gè)氨基酸，以了解這些變化如何影響酶的功能。

“主要目標(biāo)是了解水氧化的化學(xué)原理，”該研究的第一作者、化學(xué)博士后吉斯里爾說。 “我們?cè)谶@里所做的事情提供了一個(gè)平臺(tái)，我們可以從中解構(gòu)系統(tǒng)，為太陽能燃料催化劑的合成提供設(shè)計(jì)原理。” ”