第2章 光合膜蛋白研发态势分析

光合膜蛋白是位于光合膜上具有特定的分子排列和空间构象的色素蛋白复合物，可以推动光合作用光能的吸收、传递和转化。这些复合物大多数都镶嵌在类囊体膜中，最主要的膜蛋白复合体有4种：光系统II（PSII）、光系统I（PSI）、细胞色素b6f和ATP合酶，其中最重要的就是PSII和PSI。

PSII的重要功能是利用光能催化水裂解而产生电子、质子和氧气。PSII可以在常温常压下利用可见光的推动，使在热力学上非常稳定的水在较低的电化学势下裂解。光驱动的水裂解反应是放氧光合生物利用太阳能进行光合作用链式反应的第一步，发生于高等植物、藻类和放氧蓝藻等光合生物类囊体膜上的光系统II中。光驱动的水氧化作为自然界最重要的生物化学过程之一，长期以来一直是光合作用研究领域最重要的热点，同时也是生物学、化学、物理学等学科交叉领域的前瞻性课题。

2011年，Nature发表了中国科学院植物研究所沈建仁研究团队的突破性研究成果——嗜热蓝藻PSII的原子分辨率（1.9 Å）晶体结构[1]，该成果首次得到了水裂解催化中心锰簇复合物（Mn4CaO5-cluster）的详细结构，从原子水平上首次清晰地揭示了光系统II的核心——放氧复合物的组成和几何结构，被Science评为2011年“世界十大科技突破”之一[2]。这一创造性成果对进一步理解光系统II的结构和功能提供了重要依据，标志着对阐明光合水氧化机理的研究迈入了一个崭新的阶段。2015年， Nature发表了沈建仁研究团队的最新研究成果，其利用具有超短时间脉冲（10fs）的高强度X-射线自由电子激光收集了无X-射线损伤的晶体衍射数据，解析了天然状态下锰簇化合物的精细结构[3]。根据得到的结构，2015年沈建仁研究员提出了PSII在常温常压下利用太阳光裂解水而产生电子、质子和氧气的分子机理[4]。

高等植物的PSI是由核心部分（PSI core）和捕光天线（LHCI）组成的分子量达600kDa以上的超大分子复合体，PSI利用从水分子得到的电子，驱动电子从反应中心P700经由一系列的电子传递体到达末端电子受体FA/FB的跨膜电子传递，由此传递的电子最终将NADP+还原成NADPH，并用于碳素同化。

2015年，Science以长文（Article）的形式并作为封面文章发表了中国科学院植物研究所沈建仁和匡廷云研究团队的突破性研究成果——高等植物PSI光合膜蛋白超分子复合物2.8 Å的世界最高分辨率晶体结构[5]，首次全面地解析了高等植物PSI-LHCI复合体的精细结构和4个不同捕光天线蛋白在天然状态下的结构，以及它们之间的相互关系，揭示了各个捕光天线蛋白与核心复合物的相互作用，首次解析了LHCI中特有的红叶绿素的结构和结合位置。根据所得到的结构信息，该研究团队提出了从捕光天线LHCI向PSI核心复合体能量传递的4条可能途径。该成果被评为2015年“中国生命科学领域十大进展”之一，这一研究将为提高作物光能利用效率、仿生模拟、开辟太阳能利用提供理论依据和重要途径。

本章从基金资助、论文、专利3个方面对光合膜蛋白的研究态势进行分析，揭示其基金的资助数量、资助经费、资助机构、资助科学家；分析领域科研产出的年度、地区、机构、期刊等分布情况、研究热点关键词、高影响力论文等；并针对光合膜蛋白领域的专利技术发明进行分析和详细解读，揭示其专利的产出时间趋势、专利布局、专利持有机构、技术热点、专利价值等情况，以期为全面把握全球光合膜蛋白领域的发展态势及总体布局提供有益的参考依据。