人工模擬葉綠體結(jié)構(gòu)與功能研究取得進展

光合磷酸化是自然界光合作用中最重要的環(huán)節(jié)之一，從根本上決定了光能到化學能的轉(zhuǎn)變，也是高等植物生命活動中化學合成與能量轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。三磷酸腺苷合成酶（ATP合酶）催化生成三磷酸腺苷(ATP)的效率是評價光合作用最重要的參數(shù)。近年來，借助天然ATP合酶的生物活性，構(gòu)建能進行體外催化生成ATP的超分子組裝體系，成為化學、材料與生物科學領(lǐng)域交叉研究的熱點。

在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中科院化學研究所膠體、界面與化學熱力學重點實驗室研究員李峻柏課題組科研人員長期致力于活性生物分子馬達ATP合酶的超分子組裝研究，取得了系列原創(chuàng)成果。他們將生物分子馬達ATP合酶和光系統(tǒng)II進行體外共組裝，有效模擬了自然界中葉綠體的結(jié)構(gòu)和進行光合作用時的功能（ACS Nano 2016， 10， 556； ACS Nano 2018， 12， 1455； Adv. Funct. Mater. 2018， 28， 1706557）。進一步將生物分子馬達ATP合酶與人工合成的光酸分子或量子點共組裝，顯著提升了光能向化學能的轉(zhuǎn)化效率（ACS Nano 2017， 11， 10175； Angew. Chem. Int. Ed. 2017， 56， 12903； Angew. Chem. Int. Ed. 2018， 57， 6532）。

基于以上研究工作，科研人員最近從天然葉綠體結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用可犧牲模板法獲得了能高效包埋光酸分子的多腔室介孔二氧化硅材料，隨后在其表面重組含有ATP合酶的磷脂雙層，從而構(gòu)筑了一種“人工葉綠體”分子組裝系統(tǒng)。進一步研究表明，在光照下，上述分子組裝體系在體外可實現(xiàn)可控與高效的ATP合成。該體系的建立為提高光能利用率提供了新途徑和新思路，被評審人認為是最接近真實葉綠體結(jié)構(gòu)和功能的人工合成系統(tǒng)。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的Angew. Chem. Int. Ed. 2019， 58， 796， 并被選為“Hot paper”。