从无机到有机、从光能到电能再到活泼化学能与安稳化学能，光合作用可以说是地球生物赖以生计的根底，也是地球碳氧平衡的重要前言。

  太阳能如今是全球一起重视的新动力及清洁动力，绿色植物的光合作用又可以将光能进行相对有用的固定，完成光能到化学能的改变。跟着对光合作用进程了解的不断加深，渐渐的变多的科研作业者开端仿照光合作用中的一系列进程，完成能量转化，使得能量得以贮存、运用。

  人类关于光合作用的知道在曩昔的两百年中不断加深。1779 年，荷兰科学家 Jan Ingen housz发现光是起到使空气变好的必要条件，打开了人类知道光合作用的大门。1915年的诺奖取得者、德国化学家Richard Martin Willst?覿tter从绿色植物的叶片中完成叶绿素的别离纯化，并阐明晰它的化学组成，为人们从分子水平上知道光合作用奠定了根底。尔后的1961年、1988年、1997年诺贝尔化学奖，都颁发给了关于光合作用的研讨成果。

  绿色植物光合作用发生在植物细胞中的叶绿体，详细分为两个阶段：光反响阶段与暗反阶段。其间，光反响发生在叶绿体的类囊体膜结构，运用二氧化碳与水在光照条件下为暗反响供应必需物质；暗反响则发生在叶绿体基质中，运用光反响产品即可生成葡萄糖，完成了碳的固定，用以供应生命，行将无机物改变成了有机物。

  我国科学院化学所李峻柏课题组的副研讨员费进波向《我国科学报》介绍说：“在这样的一个进程中，光合磷酸化是最重要的环节之一，从根本上决议了光能到化学能的改变，也是高等植物生命活动中化学组成与能量转化的根底。”三磷酸腺苷组成酶（ATP合酶）催化生成三磷酸腺苷（ATP）的功率是点评光合作用最重要的参数。近年来，凭借天然ATP合酶的生物活性，构建能进行体外催化生成ATP的超分子拼装体系，成为化学、资料与生物科学范畴穿插研讨的热门。

  分子仿生是一个“年青”的研讨范畴。经过不一样的层次的自拼装，生物分子可以从微观到微观自发地构成杂乱且精妙的多级有序结构体系，完成了各种特异性的生物功用。生物马达蛋白拼装体系正是分子仿生范畴的研讨热门之一。

  2016 年诺贝尔化学奖的3位获奖者正是由于“发明晰举动可控、在给予能量后可执行使命的分子机器”。分子马达的研讨进入一个全新的阶段。现在已知活细胞有几百种不一样的品种的生物分子马达，每一种马达对应某种特定的功用。生物分子马达是被存储在细胞内的能量驱动的，两类最重要的能量存储单元是腺苷三磷酸（ATP）或鸟苷三磷酸（GTP）以及跨膜电化学梯度。生物分子马达最重要的包含线性马达和旋转马达两大类，其间旋转马达主要是ATP 组成酶和细菌鞭毛马达，ATP 组成酶担任生命体内ATP 的生成。

  学习天然界叶绿体的作业原理，人工叶绿体经过分子拼装，将捕获光的蛋白（通常是光体系II）、光敏剂分子、光酸分子和能进行光组成的旋转马达蛋白共拼装在一起，最大极限地将光能改变为化学能并加以贮存运用。

  我国科学院化学所研讨员李峻柏向《我国科学报》解说说：“这样的分子拼装能完成在结构和功用上十分挨近天然的叶绿体，并且在能量转化功率上能有显着进步，以便高效运用光能，进步清洁动力的运用。”

  李峻柏介绍说，从2003年“仿生学”香山会议开端，他就带领课题组开端准备相关方面的实验室建造。他的团队十几年来先后从菠菜中提纯光合作用中的两种要害功用蛋白，旋转的生物分子马达蛋白ATP组成酶及捕获光信号的蛋白光体系II。经过不断尽力与探究，团队较早地将活性生物分子马达ATP合酶重组在类细胞结构的微胶囊外表，经过创立生物界面，取得质子梯度，以人工构建的分子拼装体系完成ATP分子的组成。

  相关作业于2007年宣布在《德国使用化学》，被同行点评为“从天然的规划才智或功用机制中取得高性能的人工器材”；该项研讨“在人工微胶囊结构内外表功用化方面做了开创性探究，有用模拟了生物细胞内外表信号传导和光能转化”，“为生物膜模型研讨供应了新机遇”。

  2016年，经过分子拼装技能将生物分子马达ATP合酶和光体系II两种蛋白共拼装，李峻柏团队成功完成了活性生物分子马达蛋白的体外拼装，有用模拟了天然界中叶绿体的结构和进行光合作用时的功用。2017年则进一步将生物分子马达ATP合酶与人工组成的光酸分子共拼装，随后又把量子点与ATP合酶和光体系II共拼装构建了杂化的复合体系，显着进步了光能向化学能的转化功率。被同行点评为“PSII还与ATP合酶一起拼装，运用光和PSII驱动的水分化发生质子梯度，发明了一种有利于ATP组成的人工叶绿体”。

  李峻柏总结说，运用分子拼装技能人工模拟叶绿体具有结构及功用上的显着特点。“在结构上，能完成两种以上蛋白的共拼装，并能有用坚持其生物活性，所构建的拼装体系具有与天然叶绿体相似的多腔室结构；一起在功用上模拟了叶绿体光合作用进程中光合磷酸化反响，即完成了人工组成能量ATP分子，有用进步光能转化功率。”

  进步ATP合酶组成功率，完成高能转化，正是长期以来国际上有用运用光能竞赛研讨的焦点。根据之前的研讨作业，李峻柏课题组最近从天然叶绿体结构动身，运用可牺牲模板法取得了能高效包埋光酸分子的多腔室介孔二氧化硅资料，随后在其外表重组含有ATP合酶的磷脂双层，构建了含光酸分子多层膜叠状结构及光体系II与ATP合酶生物分子马达共拼装 一种“人工叶绿体”分子拼装体系。

  进一步研讨标明，在光驱动下，该分子拼装体系有用进步了ATP的组成功率。该体系的建立为进步光能运用率供应了新途径和新思路，被评定人认为是最挨近实在叶绿体结构和功用的人工组成体系。相关研讨成果近期宣布在《德国使用化学》上。

  剑桥大学教授Reisner对这项研讨点评说：“根据光合体系II的层层拼装超分子结构，展示出光合体系II不受取向影响的优势。在同等条件下，这种人工叶绿体的光合磷酸化功率比天然叶绿体进步了3倍。”

  人工叶绿体不像天然界的叶绿体有必要跟从植物体的生计而存在，可以固定常常运用，成为一座光合作用的“工厂”，为人类供应多种生活必需品。它具有宽广的使用远景，包含添加经济作物的产值、组成增值的精密化学品、削减二氧化碳的排放、开发清洁动力等。在未来的某一天，人类或许无须再凭借植物的力气，而是直接以光为生。