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以天然生物基元或人工合成分子为组装基元，在分子水平上构建新型仿生体系，模拟自然界中特定的细胞或亚细胞的结构和功能，对于更好的理解复杂生理生化过程以及设计多功能智能体系具有重要的作用。作为仿生组装体系的构筑基元，ATP合酶是自然界中最小的生物分子马达，在生物能的产生和转化方面有一系列潜在的应用价值。基于此，本研究论文受到植物体中光合磷酸化作用的启发，引入光敏感的组装基元，结合分子仿生的思路与理念，设计和构筑系列具有光响应功能的ATP合成体系，模拟和探索光合细胞器的功能。论文的主要内容如下: (1)我们从菠菜叶绿体中的类囊体膜的复杂成分中分离、纯化了组装所用的关键蛋白-ATP合酶和光系统Ⅱ。通过将ATP合酶重组到脂质体上，研究ATP合酶在质子梯度存在下合成ATP的能力。探讨不同环境pH和有无抑制剂的条件下光系统Ⅱ蛋白活性的变化。蛋白浓度、纯度和活性等基本性能的分析结果表明我们成功获得具有高活性和高纯度的组装基元，为后续的活性仿生体系的组装奠定了基础。 (2)选取光合磷酸化作用链中能够分解水产生质子的光系统Ⅱ为基元，通过共组装方法和分子共价交联技术，设计并合成了以光系统Ⅱ蛋白凝胶微球为核、ATP合酶蛋白脂质体为外壳的核壳型仿生组装体。通过形貌表征和微球切片等手段研究了凝胶微球内的蛋白分布，并利用光还原活性证实光系统Ⅱ蛋白在组装后具有较好活性活性。光照下ATP合成的研究表明光合磷酸化过程在重组的体系中得到再现，实现ATP的合成对光的“开/关”的响应。此外，我们研究了该体系在引入解偶联剂和抑制剂的的情况下质子梯度的变化，进一步确定了在光系统Ⅱ作用下水为质子梯度的主要来源。因此表明这个简化的仿生体系具有与天然叶绿体相似功能，能够把光能转化为化学能。这种灵活的先分离再重组的策略对设计制备多功能集成和关联的复杂体系有一定的借鉴作用。 (3)以亚微米级球霰石结构的碳酸钙粒子为硬模板，利用表面溶胶凝胶反应，设计并合成了多室结构的介孔二氧化硅粒子，用于模拟植物叶绿体中多分区的囊室结构。通过引入小分子量的光酸分子和ATP合酶蛋白脂质体，获得了光响应的ATP合成体系。通过形貌表征手段，表明所制得的二氧化硅粒子由直径约50nm的空心纳米球堆叠而成，随后研究了制备条件对多分区纳米结构的影响。探讨了光照条件变化对体系ATP生成的影响，发现光酸分子的激发态质子转移反应可以在受限空间内的溶液中产生并累积质子，从而推动ATP合酶的旋转。