光系统Ⅱ外周的主要捕光复合物(LHC-Ⅱ)是绿色植物光合作用中的主要太阳能收集器，并且它还可能参与高光条件下植物的光保护作用。1994年报道的3.4A分辨率的豌豆LHC-Ⅱ的电子晶体学结构模型揭示了LHC-Ⅱ的一些基本结构特征。十年来，研究人员一直期盼着更高分辨率的LHC-Ⅱ三维结构的测定，以便将人们对于光合作用中的光能吸收和传递过程以及光保护机理的认识提高到全面的原子数据的水平。 本文中，我们通过对菠菜叶片中提取出来的LHC-Ⅱ原始样品进行再纯化，获得了均—性较高的适合于三维晶体生长的LHC-Ⅱ样品。在不同的晶体生长条件下得到了四种不同外形的LHC-Ⅱ三维晶体，其中一种晶体在各个方向上堆积的有序度高，适合用于晶体结构测定。该晶体的空间群为R32，具有异常巨大的晶胞：a=b=261.8A，c=660.5A。用最好的一颗晶体收集到的一套母体数据可用到2.7A分辨率。自身旋转函数分析的结果显示在LHC-Ⅱ晶体中存在一种具有封闭的‘532’点群对称特征的正二十面体单位。该二十面体在晶胞中的唯一取向得到了确定。 我们通过单对同晶置换法获得了初始相角，然后采用实空间分子平均方法进行相角的修正和扩展，最后成功地将相角从5A扩展到了2.72A，最终相角的总体品质因子为0.922。计算出来的2.72A分辨率的电子密度图具有很高的质量，易于进行肽链的跟踪和模型的构建。经过晶体学精化后的2.72A分辨率的最终结构模型的晶体学R因子为19.4％，自由R因子为22.1％。 每二十个LHC-Ⅱ三聚体和众多的双半乳糖二脂酰基甘油脂分子一起组装成一种独特的正二十面体囊泡状脂蛋白体复合物。此囊泡作为晶胞的结构基元在晶体中有序堆积排列。这种组装和堆积方式是膜蛋白结晶的一种全新的方式。一个晶体学不对称单位中共含有十个LHC-Ⅱ单体。LHC-Ⅱ结构和功能的基本单位是三聚体，疏水相互作用对于三体中单体间的缔合起主导作用。以往研究所发现的对于三体的形成起关键作用的磷脂酰甘油分子在结构中被定位于单体间的界面上。 每个LHC-Ⅱ单体中含有十四个叶绿素分子，它们被确切无误地区分为八个Chla和六个Chlb分子。每个叶绿素分子的过渡态偶极动量的朝向得到了确定。我们还揭示了LHC-Ⅱ单体和三体中独特的叶绿素分子排布规律，发现所有的Chlb分子集中分布于单体间的界面附近，和Chla一起共同构成LHC-Ⅱ高效捕光的结构基础。通过对各个叶绿素分子的结合位点进行详细的分析，我们提出了Chlb和Chla分子在LHC-Ⅱ中选择性结合的结构基础。 我们还在每个LHC-Ⅱ单体中观察到四个类胡萝卜素的结合位点。在单体中央位置形成交叉支撑的两个类胡萝卜素分子为lutein。9’-顺式neoxanthin则被发现位于螺旋C附近的Chlb富集区。这三个类胡萝卜素分子与叶绿素之间的紧密相互作用表明它们可能发挥有效的辅助捕光天线色素的功能。位于单体间界面上的叶黄素循环类胡萝卜素分子可能参与在高光条件下发生的过多激发能的非辐射耗散机制，该机制是植物体中进化出来的光保护策略之一。通过将以往功能方面的研究结果与结构上观察到的证据结合起来，我们提出了一个基于结构的非光化学淬灭模型。