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膜蛋白占据了真核基因组约1/3的蛋白编码基因，在细胞生命活动中发挥着重要的功能。据统计，现有的60％的市售药物的作用靶标都是膜蛋白。然而由于膜蛋白的疏水性，导致了在其结构研究中的每一个环节，包括表达、提取、纯化和结晶等各个方面都更为困难，其中表达正确折叠的蛋白样品是膜蛋白结构研究中的主要障碍之一。本文总结和比较了各种常用膜蛋白外源表达系统不同的特征，包括大肠杆菌、酵母细胞、昆虫细胞、哺乳细胞和无细胞表达系统等。现有膜蛋白晶体结构的统计学数据表明，酵母细胞和昆虫细胞表达系统是现阶段研究真核膜蛋白晶体结构的主要手段，而哺乳细胞表达系统也在该领域逐渐发展，表现出较大的潜力。无论选用何种表达系统，都逐渐向着高通量的方向发展。 获得高质量的晶体也是膜蛋白结构生物学研究中的一个限速步骤。尽管膜蛋白结晶的新技术和新思路较多，但每一种技术和思路的成功率都偏低，这种状况导致现阶段的膜蛋白晶体生长和优化更像是“走迷宫”，总是有很多路可以走，但只有少数几条能够到达终点。在每条岔道口前如何抉择成为提高效率甚至是决定成败的重要因素。文中总结了膜蛋白晶体生长和优化中一些常用的技术，包括去垢剂的筛选、脂立方相晶体生长、新型两性小分子的应用、抗体片段介导和可溶片段插入、热稳定性突变、截短和同源蛋白筛选等。个人认为现阶段脂立方相和去垢剂结晶体系已经有着相同的地位，应尽量同步进行。热稳定性是衡量膜蛋白样品的一项重要但并不绝对的指标，可以参考但不能盲从。“短链原则”在去垢剂体系中表现很明显，在脂立方宿主脂分子的选取上也有一定的体现。丙氨酸扫描突变法结合热稳定性测试已经有一些成功案例，在样品的改善过程中值得重视。新型两性分子作为添加剂进行结晶也是值得尝试的改善晶体质量的方案。对于经大量尝试仍未取得突破的重要靶蛋白，可以考虑抗体片段介导或可溶片段(BRIL)插入等方式进行结晶。 植物次要捕光复合物LHCⅡ-B在捕光、能量传递和光保护等方面发挥着重要的功能。我们首先从菠菜叶片中分离了高纯度、高稳定性的LHCⅡ-B样品，并成功搜索到晶体，但大量的优化和衍射实验始终无法得到可用的衍射数据。通过限制性酶解，其柔性的N末端被降解，此时该样品可以在不同的去垢剂和超过100种不同的条件下结晶。通过进一步的筛选和优化，我们成功的收集到2.8(A)的衍射数据，并通过分子置换法解析了其结构。但由于该蛋白结构的特殊性，该结果现阶段还无法发表。 除了吸收光能外，植物主要捕光复合物LHCⅡ在基粒类囊体膜的堆叠过程中也发挥着主导作用。通过在类似于生理盐环境的条件下结晶LHCⅡ，并解析其2.6(A)分辨率的晶体结构，我们成功的模拟了LHCⅡ在基粒类囊体膜上的排布。该晶体堆积成层状结构，LHCⅡ分子沿同一方向插入到每一层膜平面中，相邻层分子之间有大面积的基质侧相互作用，为带负电的LHCⅡ基质侧表面之间能够发生相互作用提供了直接的证据。位于相邻层堆积界面上的两个锌离子和五个可能的钠离子桥接了基质侧表面的相互吸引，揭示了阳离子在基粒堆积中发挥的重要功能。根据结构，我们发现九个保守并且具有柔性的基质侧残基在类囊体堆叠中发挥着重要作用。根据现有的结构分析和已有的生化实验数据，我们提出了一个新的类囊体堆积模型，展示了阳离子介导的盐桥是基粒类囊体膜堆叠中的主要吸引力，为之前在高等植物中观察到的阳离子诱导的基粒类囊体堆积现象提供了解释。