在地球上生命進(jìn)化的一大突破是具有放氧光合作用生物的產(chǎn)生，它能利用太陽能裂解水，放出氧氣，將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)樯锟衫玫幕瘜W(xué)能。光驅(qū)動的水裂解反應(yīng)是放氧光合生物利用太陽能進(jìn)行光合作用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的第一步，發(fā)生于高等植物、藻類和放氧藍(lán)藻等光合生物類囊體膜上的光系統(tǒng)II中。迄今為止，自然界只有光系統(tǒng)II可以在常溫常壓下利用可見光的推動，使在熱力學(xué)上非常穩(wěn)定的水在較低的電化學(xué)勢下裂解。光驅(qū)動的水氧化作為自然界最重要的生物化學(xué)過程之一，長期以來一直是光合作用研究領(lǐng)域中最重要的熱點，同時也是生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科交叉領(lǐng)域中的前瞻性課題。
中國科學(xué)院植物研究所研究員沈建仁多年來長期致力于光系統(tǒng)II結(jié)構(gòu)和功能的研究，其帶領(lǐng)的研究組于2011年在世界上首次解析出了光系統(tǒng)II膜蛋白復(fù)合體的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，從原子水平上首次清晰地揭示了光系統(tǒng)II的核心-放氧復(fù)合物的組成和幾何結(jié)構(gòu)。這一創(chuàng)造性成果不僅對進(jìn)一步理解光系統(tǒng)II的結(jié)構(gòu)和功能提供了重要依據(jù)，而且對闡明光合水氧化機理都具有重要的里程碑意義。從此，人們對光合放氧復(fù)合物的結(jié)構(gòu)有了更為直接、清晰的認(rèn)識，標(biāo)志著對光合水氧化機理的研究邁入一個嶄新的階段。這一成果也因此被Science 雜志評為2011年世界十大科技進(jìn)展之一。
最近，沈建仁受邀在植物學(xué)學(xué)術(shù)期刊Annual Review of Plant Biology 撰寫了題為《光系統(tǒng)II結(jié)構(gòu)及光合作用水氧化機理》(The Structure of Photosystem II and the Mechanism of Water Oxidation in Photosynthesis) 綜述文章(doi:10.1146/annurev-arplant-050312-120129)。該文章綜述了該領(lǐng)域近年來的主要進(jìn)展，對光系統(tǒng)II及其核心-放氧中心的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面分析。在此基礎(chǔ)上，該文章結(jié)合光譜學(xué)研究結(jié)果，對光合水氧化的機理進(jìn)行了深入探討，提出了獨到見解，不僅在光合作用的基礎(chǔ)理論研究中具有重要的科學(xué)意義，而且對提高作物及能源植物的光能利用效率具有重要的實踐意義，特別是將為今后模擬光合作用利用太陽能裂解水制氫，開辟太陽能利用的新途徑、新技術(shù)，開發(fā)清潔能源等提供重要的理論依據(jù)。
