光系统II（PSII）是光合作用中最重要的一种复合体，含有捕光复合体、反应中心复合体和放氧复合体。利用分子组装技术，将天然PSII与各种人工材料，或者其他天然酶进行共组装，可以在体外实现高效的光能转化，如水的光催化裂解、光电子产生与转移、ATP合成等。近日，中国科学院化学研究所李峻柏研究员课题组在《国家科学评论》（National Science Review，NSR）发表综述文章，介绍了PSII复合组装体领域的进展与方向。
PSII与人工材料的复合组装体
PSII常通过共价键（酰胺键）或非共价键（静电或氢键）与人工合成体系作用，形成新的仿生体系。
例如，PSII可以和纳米粒子、聚合物多层膜等进行共组装。这些人工材料的比表面积大、结构层级多，可以显著提高PSII的空间分布密度，从而获得优于天然光合作用的光子捕捉能力与ATP合成能力。
PSII与聚合物多层膜共组装，提高PSII空间密度
PSII还能与金、铂、石墨烯等导电材料形成杂化电极，从而促进电子转移，提升光电流的输出。
基于PSII的杂化电极
除与人工合成材料杂化与组装外，PSII也可以和天然ATP合酶在体外重构，模拟叶绿体的结构与功能，在体外合成ATP分子。
PSII与ATP合酶以不同方式进行体外重构
进一步，还可以用量子点、荧光聚合物等光转换材料修饰天然叶绿体，这些人工材料可将紫外光转化为可见光，从而拓展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。
CulnS2/ZnS量子点修饰的叶绿体，可以吸收紫外线以合成ATP
这篇综述文章的通讯作者（中科院化学所李峻柏）课题组长期致力于ATP合酶与PSII仿生组装体的研究。他们从绿色植物中提取天然PSII，借助分子组装技术，实现了PSII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。
原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwab051
原文刊载于【国家科学评论】公众号
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！