光合作用是地球上各种生命赖以生存的基础。光合系统Ⅱ(PSⅡ)是重要的光合膜蛋白之一，主要负责水的氧化。LHCⅡ是PSⅡ的主要捕光复合物，它的功能是捕获和传递光能、强光状态下的光保护以及通过N末端磷酸化来调节PSⅡ以及PSⅠ之间的能量分配。来源于菠菜、黄瓜以及豌豆的LHCⅡ三体的高分辨率晶体结构已被解析，但是在结构中没有发现位于N末端的一段与磷酸化有关的氨基酸序列。　　 LHCⅡ由三类基因编码：LHCb1，LHCb2和LHCb3。在天然状态下LHCⅡ以三体的形式存在并行使其功能，但是这三种单体在LHCⅡ中的含量以及分布不同，并且重组LHCb单体的生化性质以及光谱特征具有差异，因此推断它们可能具有不同的功能：LHCb1以及LHCb2与LHCⅡ的磷酸化以及状态转换有关，能够参与不同光条件下的适应作用；LHCb3将激发能量从LHCb1/b2传递给次要捕光复合物和PSⅡ反应中心。　　 为了明确不同单体的结构与功能，以及进一步阐述LHCⅡ的功能机制，我们开展了LHCb1单体的结构生物学研究。由于很难用天然提取的办法将这三种单体分离开来，我们用体外重组的方法获得LHCb1的单体。LHCb1的质粒以及重组技术由意大利的Bassi实验室提供。然而，由于重组样品的不稳定性，给我们的实验带来了很大困难。而且，目前还没有体外重组的α螺旋型膜蛋白晶体结构被报道。　　 我们利用重组的方法获得了LHCb1的单体蛋白，并经过对重组、纯化以及结晶条件的大量优化，包括不同Chla/b色素重组样品，去掉脱辅基蛋白C末端的His-tag等，最终获得了LHCb1的三种不同外型的晶体：棒状、块状以及三角形。其中，棒状晶体的衍射能力较其他晶型的晶体有了较大提高，退火之后一个方向的分辨率可达4A，但是存在各向异性。初步判断晶体属于P222或者P2(P21)空间群。　　 尿卟啉原Ⅲ合成酶(U3S)是生成天然四吡咯化合物的关键酶之一。它催化线性的羟甲基胆色烷(HMB)经过一次分子内重排环化生成尿卟啉原Ⅲ。尿卟啉原Ⅲ是天然四吡咯化合物血红素、细胞色素C、叶绿素、维生素B12、西罗血红素和辅酶F430等的共同前体，它们分别在氧的运输、电子传递、光合作用、蛋氨酸的合成、亚硝酸和亚硫酸的吸收以及甲烷的合成中起着关键的作用。在没有U3S的作用下，线性的HMB可以在几分钟之内直接环化生成非生理性的尿卟啉原Ⅰ.在人体中，U3S的突变会导致尿卟啉原Ⅰ的堆积，从而引起先天性红细胞生成性卟啉病的发生(CEP)，这是一种常染色体隐形遗传疾病。　　 我们制备了来源于丁香假单胞菌番茄致病菌株DC3000的尿卟啉原Ⅲ合成酶(psU3S)的硒代甲硫氨酸蛋白样品，利用单波长反常散射(SAD)的方法解析了psU3S的2.5A的晶体结构。psU3S的晶体属于P21空间群，每个不对称单位中有两个psU3S单体分子。每个分子由两个结构域组成，中间由两个反β折叠链接。psU3S的构象与其他同源的U3S的构象不同，这是由于两个结构域之间的连接部分具有柔性，这种柔性与蛋白的催化过程有关。两个结构域之间的口袋区域可能是催化的主要部位。　　 通过序列对比以及结构分析，我们制备了Glu38Ala，Glu114Ala，Leu116Ala，Arg164Ala，Arg219Ala共五个突变体并检测其酶活。其中，保守性位点Arg164以及Arg219的突变对psU3S的活性影响较大，它们突变体的活性分别降至野生型的70％和25％。通过与来源于嗜热菌的U3S(ttU3S)并结合产物尿卟啉原Ⅲ复合物的晶体结构对比，推测带正电的Arg164可能与产物A环带负电的羧基形成氢键以及静电相互作用，位于两个结构域之间的口袋开口处的Arg219可能能够吸引带负电的底物进入到催化反应的口袋区域，因此它们的突变造成该酶的部分活性丧失。在已有的结构和突变信息的基础上，我们对U3S的催化机制进行了推测。