该研究发表于《美国国家科学院院刊》，由来自加州大学河滨分校、波士顿学院和纽约城市大学的研究人员共同撰写。
光合作用是指植物和某些微生物（如集胞藻）吸收光能，将二氧化碳和水合成为富含能量的有机物，同时释放氧气的过程。光合作用的核心是光系统II，这是一种氧化水分子并从水分子中夺走电子以用作燃料的酶。
长期以来，科学家们一直在寻找模仿这一过程的方法，以研究光合细胞的光系统II，为太阳能燃料制造更有效的催化剂。但由于缺乏对合子细胞光系统II 分子结构的清晰描述，科学家们要理解他们的实验结果一直是一个挑战。
之前耶鲁大学领导的工作创造了光合细胞II 处于“不成熟”阶段的快照，此时酶尚不能氧化水。这项工作使研究人员能够更好地了解酶是如何构建的。
在这项新研究中，研究人员能够看到集胞藻中的酶以其成熟的活性形式存在，所有蛋白质亚基和活性都参与水氧化。耶鲁大学西校区的冷冻电子显微镜观察提供了对集胞藻光系统II 的最接近和最详细的观察。
“在这个分辨率下，我们可以看到氨基酸、小分子辅助因子和水分子，它们用于水的氧化，”艺术与科学学院化学系本杰明·西利曼教授兼实验室主任布鲁德维格说。耶鲁大学西校区能源科学研究所。机制。”布鲁德维格是该研究的通讯作者。
“在某些情况下，我们甚至可以看到单个质子的贡献，”布鲁德维格补充道。
研究人员表示，通过对光系统II 进行新的近距离观察，他们将能够对酶进行微小的改变，例如突变单个氨基酸，以了解这些变化如何影响酶的功能。
“主要目标是了解水氧化的化学原理，”该研究的第一作者、化学博士后吉斯里尔说。 “我们在这里所做的事情提供了一个平台，我们可以从中解构系统，为太阳能燃料催化剂的合成提供设计原理。” ”
