光合作用利用光能将CO2固定形成有机物同时存储能量，放氧光合生物还可以将水分子裂解而释放出氧气。光合反应是地球上最宏大的化学反应，人们现在对光合作用的认识已经进入到分子和原子水平。人们习惯上将能进行光合作用的生物分为3大类：光合细菌，藻类和高等植物。光合作用的光反应在光合生物的光合膜上进行，在光合膜上有四种重要的光合膜蛋白复合物：PSⅠ(PSⅠ-LHCⅠ)、PSⅡ(PSⅡ-LHCⅡ)、细胞色素b6/f、ATPase。关于这些光合膜蛋白的结构和功能研究是目前科学研究的一个热点和难点。现在每一种光合膜蛋白的结构都已经获得了不同程度的解析，但是目前获得的结构信息对人们理解光合作用的机制仍然不够，现在对光合作用的研究正从结构生物学角度、生理和生物化学角度等多方面深入。　　 本实验室已经解析了来源于菠菜和黄瓜的LHCII的高分辨率晶体结构，来源于豌豆的LHCII的结构也被德国Kulbrandt实验室解析。LHCII既能捕获光能并将激发能传递给Psn反应中心，又可以在高光照条件下以热能的形式将过多激发能耗散，这是一个有趣也很有意义的问题，许多科学家正致力于这方面的研究。LHCⅡ的高分辨率晶体结构提供了研究LHCⅡ参与NPQ的结构基础，我们仔细分析了3个LHCⅡ的晶体结构模型，结合LHCⅡ晶体的荧光发射光谱和不同存放时间的LHCⅡ晶体的晶胞参数变化，讨论了LHCⅡ通过构象变化参与NPQ的可能机制。近来还有体内的光谱实验结果与我们的讨论相呼应。　　 PSⅡ是自然界中唯一能够氧化水的酶。来源于蓝细菌的PSⅡ的晶体结构已经被测定至3.0A。高等植物PSⅡ已有一些晶体生长方面的报道，但至今还没有获得高质量的三维晶体。我们以解析高等植物PSII的高分辨率晶体结构为目标，用菠菜作为研究对象，围绕PSII反应中心展开了样品制备及晶体生长工作，经过改进样品制备流程和大量筛选结晶条件，已经获得了至少两种晶型的菠菜Psn晶体，目前各项工作正在进展中。　　 MSH依赖性马来酰丙酮酸异构酶(MDMPI)是某些微生物分解代谢芳香族化合物的一个关键酶。一些芳香族化合物可以通过龙胆酸途径进入中心代谢：芳香族化合物首先被分解为含有一个苯环的龙胆酸(2，5-二羟基苯甲酸)，然后被加氧开环形成马来酰丙酮酸，再分解为丙酮酸而进入中心代谢。在某些微生物体内MDMPI负责将马来酰丙酮酸异构化为富马来酰丙酮酸，其酶活性依赖于MSH作为辅因子。MSH是存在于大多数放线菌中的一种主要的低分子量硫醇，它与真核生物和许多细菌中的GSH有相似的生物学功能，可以保护细胞抵抗氧自由基和有活性的亲电子试剂。MSH可能在这些生物体中取代GSH的功能，另外它也有一些自身的特性。本实验室已经解析了MDMPI的母体和突变体H52A的晶体结构，但是其酶学机制，底物与辅因子的结合位点都还没有被阐明。目前也还没有MSH与酶复合物的晶体结构被解析。　　 以透析MDMPI的酶学机制为目的，我们解析了6个MDMPI突变体的晶体结构(W44A，N56A，R82A，E85A，E144A，R222A)，还尝试了用MDMPI与马来酰丙酮酸和MSH分别共结晶并得到一些晶体，但是目前还没有发现底物和辅因子的电子密度。在现有实验结果的基础上，我们讨论了MDMPI中的金属、底物和MSH的结合特性。关于酶的活性机制还有待于进一步研究。