美国能源部Lawrence Berkeley国家实验室领导的研究团队，使用X射线无电子激光器（XFEL）获得了光系统II在工作状态的首个高分辨率3D图像，空间分辨率达到2.25 Å。这一重要研究成果发表在十一月二十一日的Nature杂志上。

　　数十年来，人们一直想知道植物如何将水分解成氧气、质子和电子。理解大自然如何轻松完成这个任务，可以帮助人们更好的开发人工光合作用和可再生能源。光系统II存在于叶绿体和蓝藻的类囊体中，负责用光能分解水并生成氧气。“我们首次通过X射线激光器在室温下研究了这个过程，看到大自然中的真实情况，”领导这项研究的Junko Yano说。

　　研究人员对光系统II中的小金属催化剂特别感兴趣，在这个放氧复合物中氧原子桥接了四个锰原子和一个钙原子。这个催化剂如何储存能量并氧化水分子一直是光合作用的关键问题。研究人员惊讶的发现，目前解释该反应的两个主要理论似乎并不正确。

　　研究人员先用绿色光子照射结晶样本，在光系统II中触发光合反应。随后他们通过X射线脉冲在晶体摧毁前迅速收集衍射数据。研究人员还开发了特殊的软件算法，将衍射数据转化为光系统II的3D图像。

　　植物通过大型蛋白复合体、叶绿素和其他辅因子将光能转化为化学能量。捕光复合物LHC I包围着光系统I（PSI）并为其捕获阳光，在高等植物的光合作用中起到了关键性作用。中国科学院和日本冈山大学的研究人员此前对豌豆PSI-LHC1进行结构分析，获得了分辨率高达2.8 Å的晶体结构，为人们提供了大量的宝贵信息。

　　RNA是所有细胞的关键遗传物质，根据DNA蓝图以多种方式指导核糖体生产蛋白质。核糖开关是一种存在于细菌中的特殊RNA开关。前不久，美国能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员首次对调控蛋白质生产的RNA开关进行了实时成像。这项研究向人们展示了X射线无电子激光器（XFEL）研究RNA的强大实力。

　　利用X射线晶体学技术研究蛋白质结构，需要用许多已知数据，来填补数据的缺口。SLAC国家加速器实验室的研究人员应用X射线新技术，从头解析了蛋白质溶菌酶的准确结构，构建了该蛋白的完整3D模型，这是蛋白结构分析的一个重要里程碑。