<p>在自然环境中,太阳光的辐照强度可以在短时间内呈现出十几倍的涨落。当云的阴影遮蔽住受强光辐照的叶片后,叶片还会将光保护状态持续数分钟之久,然后才切换到捕光状态。 我们最近的蛋白质动态结构实验结合全原子分子动力学模拟研究,揭示了高等植物光系统II主要捕光天线蛋白色素复合物(Light Harvesting Complex II,LHCII)三聚体,作为蛋白质分子机器,是如何实现高效捕光和光保护功能间可逆切换的机理。该研究表明,强光照射下的局部升温和光解水导致的光合膜囊腔侧酸度的增加所产生的驱动力,在微秒时间尺度内诱导LHCII蛋白质变构运动,导致捕光色素对叶黄素-叶绿素间的距离减小,发生叶绿激发态被叶黄素分子淬灭的能量转移过程,由此将多余的激发态能量有效地转换成热能而耗散掉,从而实现了由高效捕光到激发态能量耗散状态间的快速切换。这一分子机器的作用机理密切关联了光合系统外部环境条件(环境温度,水的蒸腾作用,光合膜的硬度)、内部分子层次动态结构变化、以及植物表观现象的因果关系,解决了光合体系如何可逆地实现由低光照条件下的高效捕光/传能功能切换到高光照条件下的光保护功能这一个核心科学问题。由此启发一系列可能提高光合效率的新途径。</p>