作者:李峻柏等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/6/25 17:04:34
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光系统二复合组装体能有效促进光合作用的能量转化

光系统二是光合作用过程中最重要的一种酶,用于阳光捕获、水裂解、氧气释放及电子生成与转移。从光合作用的机理出发,利用分子组装技术,将提取的天然光系统二与组装材料如纳米粒子、脂质体、高分子多层膜与囊泡,或与天然酶(光系统一、细菌视紫红质和ATP合酶等)进行共组装,能在体外成功实现光合作用的高效能量转化。如水的光催化裂解,光电子产生与转移和ATP能量合成等。因此,发展光系统二与人工合成材料的复合组装体,对于仿生光捕捉器件的设计与性能改进及提高光能转化效率具有重要的现实意义。

光系统二常通过共价键(静电力、氢键)或非共价键(酰胺键)的方式与人工合成体系作用,形成新的仿生体系。利用人工合成材料如纳米粒子、聚合物多层膜等在比表面积和结构层级上的优势,与光系统二共组装,可显著提高光系统二的空间分布密度,进而具有比天然光合作用更高效的光子捕捉能力与ATP 能量的合成。光系统二还能与导电材料如金、铂和石墨烯等形成杂化电极而促进电子转移,提升光电流的输出。除与人工合成材料杂化与组装外,光系统二可与同样提取于绿色植物的ATP合酶在体外重构,模拟叶绿体的结构与功能实现ATP能量分子的合成。进一步地,天然叶绿体经过光转换材料如量子点和荧光聚合物修饰后,可将紫外光转化为可见光,拓展了叶绿体在非可见光谱带上的光捕获力,同样可以实现ATP的高效合成。

中国科学院化学研究所李峻柏研究员课题组长期致力于ATP合酶与光系统二仿生组装体的研究。他们从绿色植物中提取天然光系统二体,借助分子组装技术,实现光系统二与ATP合酶的体外共组装,用于人工智能叶绿体的体外构建和杂化生物化学太阳能电池的研究。近期,该团队在《国家科学评论》上发表综述性文章“Photosystem II-based biomimetic assembly for enhanced photosynthesis”。该文章系统地总结了光系统二的研究进展,阐释了天然光系统二及叶绿体与人工合成材料共组装的优势与重要性,展望了光系统二仿生组装体在未来光能捕获与能量转化的应用潜能。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab051

 
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