它是一个由约三十个蛋白质和数百个色素分子组成的超级复合物，主要由捕光元件和光电转换元件这两个部分组成。其中，捕光元件位于外周，主要负责吸收光能。其中每个单体包含有28个蛋白质亚基，并且有超过200个不同的色素分子和辅因子有序地镶嵌在其中。
太阳能是生物圈最主要的能量来源，光合作用是将太阳能转换为化学能的地球上最重要的生命活动过程。绿色植物通过光合作用，利用太阳光能，将水和二氧化碳合成为碳水化合物（如葡萄糖），在此过程中完成光能向化学能的转换并同时释放出氧气。
忘记公式的读者们，请看下图复习一下。
光合作用的研究始于两百多年以前，经过几代科学家的不断探索，现在人们对光合作用的研究已经深入到了分子和原子水平。
科学家告诉我们，光合作用是在植物细胞内的一个被称为叶绿体的“光合工厂”中完成的。你看过电影《查理和他的巧克力工厂》么？这个“光合工厂”就跟巧克力工厂一样，有不同工种的工人在忙碌工作着。这些工人是非常多的蛋白质和色素分子的复合物。他们组成一条“流水线”，通过分工和合作共同完成复杂的光合作用反应过程。为了合成一分子的葡萄糖，植物需要数十种不同的蛋白质“工人”以及众多的色素分子“工人”及其它辅助工人来协同工作。
《查理和他的巧克力工厂》剧照
《查理和他的巧克力工厂》剧照
位于这条“流水线”最上游，也是最核心的部门是一个被称为“光系统II-捕光复合物II”的超级分子机器。
这个机器可厉害了，它的装配复杂而且巧妙。它是一个由约三十个蛋白质和数百个色素分子组成的超级复合物，主要由捕光元件和光电转换元件这两个部分组成。其中，捕光元件位于外周，主要负责吸收光能。光电转换元件就在核心，负责裂解水分子释放氧气、电子和氢离子。这两个“元件”精巧地组装在一起，使得光能的吸收、传递和转换过程紧密偶联，从而高效完成光电转换和裂解水产生氧气的反应过程。
但是，这些元件是如何协同工作的？科学家一直在探索，并且在绞尽脑汁想办法去了解那个超级分子机器的结构。
然而，要研究这个机器的结构可不是一件简单的事。因为它是一个嵌在膜内的超大复合物，自身不稳定且提取纯化非常困难。最近，中国科学院生物物理研究所常文瑞/李梅研究组、章新政研究组与柳振峰研究组通力合作，获得了来源于豌豆的光系统II-捕光复合物II超级复合物样品，研究表明这是一个完整的可以吸收和转换光能，并有裂解水释放氧气功能的超分子机器。经过不懈努力，该研究团队最终应用单颗粒冷冻电镜方法解析了这个超级复合物的高分辨率三维结构。
也就是说，我们的科学家终于得到了这个超级分子机器的样品，还利用这个样品解析了超级分子机器的三维结构！
植物光系统II-捕光复合物II超级复合物二体结构（螺旋表示蛋白骨架，棍状表示色素分子；其中洋红色和灰色显示的是二体的核心复合物（“光电转换元件”），外侧的5个捕光复合物（“捕光元件”）则分别用橙色、紫色、黄色、绿色、青色显示）。
现在，我们终于能清清楚楚地看到这台超级机器的结构了。你看，这是一个分子量高达到1.4兆（140万）道尔顿（注：每个碳原子的原子量约为12道尔顿）的二聚体复合物。其中每个单体包含有28个蛋白质亚基，并且有超过200个不同的色素分子和辅因子有序地镶嵌在其中。也就是说，这个超级机器里，包括有28个蛋白质“工人”和超过200个不同色素分子“工人”在共同工作，还包括好多的辅因子“工人”。
在这个机器的外围，有多达五个不同的外部捕光“元件”（包括CP29、CP26、CP24和两种LHCII）与核心“光电转换元件”的不同部位巧妙地组装在一起，确保不同“元件”中的色素分子相互靠近，从而建立起多条有效的能量传输途径。
根据这个三维结构，科学家们阐明了“光合工厂”工作的过程中，捕光元件和光电转换元件是怎么对接和组装的，还揭示了植物在弱光条件下高效捕获光能和传递能量的结构基础。
该项研究成果对于光合作用机理研究具有重要的科学意义及潜在的应用价值，有助于理解光合作用过程中太阳能是如何被吸收、传递和转换的原理，并可为人工模拟光合作用的应用研究提供具有启发性的自然界范本。
