香港科技大學化學系教授破解光合作用機理 助研發再生能源

香港科技大學（科大）化學系黃旭輝助理教授、嚴以京教授及其研究團隊，解開了光合作用機理的難題，有望應用於人工光合作用系統，提高光合作用機器的功能和效率，更有效利用陽光發展再生能源。研究成果近日刊登於國際權威科學雜誌《自然通訊》。

在光合作用中，陽光將植物水份中的電子分離，從而產生氧氣。這個化學反應在光合作用系统II蛋白的反應中心發生，是產生氧氣的第一步，亦是大氣層內的主要氧氣來源。光系統II蛋白內有大量包括葉綠素在內的色素分子。在其反應中心，色素分子對稱分佈在左、右兩條鏈上，然而，只有其中一條鏈(活性鏈)會有電子流動，即是只有一半的色素分子會參與產生氧氣的過程。這種功能上的不對稱，是科學家們一直未能解開的疑團，亦是了解光合作用機理的一個難題。

科大研究團隊運用分子動力學、量子力學等化學理論計算工具，揭示了活性鏈發揮傳導作用的原因。研究發現，動態及不對稱的蛋白質環境，會使活性鏈上的一個特別的葉綠素分子(CLA606)在接受到光能時更容易被激發，從而誘導隨後的電子傳遞過程。研究並發現，數個氨基酸分子對於活性鏈的激發起了重要作用。因此，理論上透過改變這些氨基酸分子，便可改變光系統II活性鏈和非活性鏈的能力。

黃旭輝教授表示，單是X光結構未能解釋為何電子傾向在活性鏈一方流動，因此考慮動態的蛋白質環境非常重要。研究團隊運用了包括科大理學院計算集群在內的高效能計算機，發現活性鏈與非活性鏈的蛋白質環境的不同，從而確定了葉綠素分子CLA606的特性。

該研究結果有助科學家進一步了解光合作用的機理，對人工光合作用的設計和效能，以及再生能源的發展有重要啟示，相信亦可廣泛應用於物理化學、分子生物學及材料科學的範疇。

黃旭輝教授畢業於中國科學技術大學，其後在哥倫比亞大學取得博士學位，及於史丹福大學擔任博士後研究員，2010年加入科大。黃教授曾先後獲「美國化學學會OpenEye優秀青年教師獎」、研資局「傑出青年學者獎」及科大理學院「傑出研究獎」，表揚他在研究方面的傑出成就。

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