日期：2017年5月10日
资源：格罗宁根大学（University of Groningen）
概要：植物可高效地将光子转化为电子。但科学家们发现，这些电子的运输是一个相当混乱的过程。他们利用分子动力学模拟将光合系统II（Photosystem II）的运作形象可视化。
植物可高效地将光子转化为电子。但来自格罗宁根大学的科学家发现，这些电子的运输是一个相当混乱的过程。他们利用分子动力学模拟将光合系统II（Photosystem II）的运作形象可视化，并将该成果发表在了5月10日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。
植物和一些细菌利用光合系统II（PSII）复合体将光子转化为自由电子，转化出的电子被分子质体醌（plastoquinone）运送到下一步的反应中。经过几个步骤，这些电子会被用来产生细胞能量的通用载体——ATP。这些都是课本里能学到的东西，很多人都知道这个系统里的不同组件。但不知道的是，质体醌如何进入和离开PSII复合体来执行这项重要任务的。
实心块
“PSII的结构已经清楚了。基于这种静态结构，可推断出质体醌进入和离开的两个通道。”格罗宁根大学分子动力学教授Siewert-Jan Marrink解释说“但事实证明，这并不简单。” Marrink，以及他的博士生Floris van Eerden和他们的同事们利用分子动力学来研究PSII和质体醌的相互作用。这意味着需要利用巨大的计算机集群建模，建出由几个蛋白质和其他相关分子组成的巨大PSII复合物，并计算不同部分间的相互作用。
Floris van Eerden做了大部分的建模工作。他解释说：“我们大约花了两年的时间才让所有的部件都运行起来。”他不仅构建了复合体，而且将叶绿体中的一部分——脂质膜也构建了出来。起初，构建的结果看起来并不好看。Van Eerden说：“PSII非常稳定，所以它看起来就像是一个实心块一样坐在那里。但通过进一步观察，可以发现更加动态的图像——特别是质体醌分子体现出了较强的活跃性。在没有额外电子的未还原状态下，质体醌进入PSII复合体并停留在“交换腔”中。当质体醌拾起电子后，便离开该位置。
农业
这样的惊喜发生在整个过程中显得很不协调。Marrink说：“在这个领域中通常会认为有两个通道供质体醌通过——一个是入口，一个是出口。”而事实证明，有三个通道可全部用于质体醌进入或离开复合体。“大自然比我们想象的更加无序”。
膜中的任何质体醌分子都将快速进入PSII复合物中，但如果没有捕获到电子它是不会离开的，或者在复合体内部悬停一段时间后，最终在交换腔中结合到电子。Marrink：“这一切都是熵所主导的。”
然而，将捕获的光子转换成电子的过程非常高效，这些电子通过传输管道，用于合成出细胞能量的通用载体——ATP。该过程效率远超人造光伏系统。也许我们可以从大自然中学到很多东西。从长远来看，PSII的新发现对农业发展或许是有益的。“很多除草剂正是针对该转化过程发挥作用”，Van Eerden说。但就总体而言，它正揭开一个令科学家们惊叹的复杂系统。Marrink最后总结说：“这真的是很神奇”。
翻译：房体明
审稿：林然
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