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一、高等植物光系统Ⅱ(PSⅡ)复合物的初步晶体学研究
光合作用利用太阳能固定CO2、释放氧气，是构成地球生命循环最本质的化学反应。其中所涉及的光能吸收与转化、高效能量传递、水分子裂解机制、产氢产烃等领域的机理和仿生学研究对于人类社会有着重要的生存意义。蓝细菌、藻类和高等植物光合作用的光反应由位于光合膜上的光系统Ⅰ(PSI)、光系Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f、ATP合成酶四种复合物协同完成，虽然来源于不同物种的上述四种复合物的结构均有不同程度的解析，但是高等植物PSⅡ高分辨率的晶体结构迄今还未获得，人们目前拥有的结构和功能研究领域的信息量对于阐明光合反应机制仍有巨大不足。
多年来，我们实验室立足于高等植物PSⅡ结构解析工作，以菠菜为原料，先后建立并反复优化了多种纯化流程，最终制备出高纯度、高均一性、高稳定性的PSⅡ样品，用于展开晶体生长工作。目前已经得到多种不同晶体生长条件组合，出晶条件涉及到的去污剂种类较多，pH值范围广，沉淀剂种类和浓度差异很大，晶形也比较多样。
现在我们正致力于提高多种出晶条件下的晶体衍射能力，希望最终解析高等植物PSⅡ的结构，用于探讨PSⅡ参与的光合反应机制。另外对于晶体的组成鉴定也在进一步的实验验证中。
二、来源于丁香假单胞杆菌番茄致病菌变种DC3000脱卤超家族水解酶(ps2-HAD)的晶体和功能研究
脱卤水解酶超家族Haloacid dehalogenase-like superfamily (HADSF)是一类通过水解Carbon-halogen键从而脱掉有机卤素化合物中共价结合卤素原子的酶的总称。HADSF共同特征是含有三个高度保守的基序，根据功能可分为环氧化合物水解酶、2-卤酸脱卤酶、P-ATPase、磷酸酶、磷酸甘露糖异构酶等亚家族，其中2-卤酸脱卤酶(2-Haloacid dehalogenase)水解2-haloalkanoicacid中位于第二位碳原子Cα的卤素原子。这些酶因其在环境修复和工业化合物合成方面的潜在应用而引起了科学家的研究兴趣。
本课题选用来源于丁香假单胞杆菌番茄致病菌变种DC3000的2-haloacid dehalogenase(ps2-HAD)进行克隆表达、蛋白纯化、晶体生长，最终采用重原子Ⅰ浸泡的方法用SAD方法解析了ps2-HAD1.98(A)的晶体结构。ps2-HAD的晶体属于P21空间群，每个不对称单位中有两个分子。ps2-HAD与研究比较深入的L-2-HAD成员L-DEX-YL、DhlB的结构比较类似，均由两个domain:coredomain和subdomain组成。酶活光谱扫描初步表明ps2-HAD可以催化DL两种手性底物，但是ps2-HAD与唯一的DL-2-HAD结构DehI相比，两者结构完全不同。在ps2-HAD结构中两个domain铰链区loopⅠ附近存在一个六配位的金属镁离子，与镁离子配位的三个水分子和三个天冬氨酸共同构成了一个复杂的氢键网络，结合酶活实验镁离子对酶活的抑制作用以及突变体实验我们初步推测这个区域是ps2-HAD活性部位，其最为独特的特征是存在一个由六个天冬氨酸组成的“Aspartate Cradle”，这是第一次在2-Haloacid dehalogenase中观察到这种晶体结构特征。“Aspartate Cradle”中四个天冬氨酸位点和活性位点周边两个极性氨基酸位点突变后酶活明显下降初步表明这些氨基酸位点在酶活反应过程中具有重要作用。我们的研究成果对于最终阐明2-Haloacid dehalogenase的催化机制提供了结构和生化方面的依据。