光生物化学与光生物物理学新进展：从光合作用机制到医学应用的跨学科探索

本期特刊聚焦光与生物体相互作用的分子机制，汇集俄罗斯光生物学大会最新研究成果。研究人员通过解析光合电子传递链(PSI/PSII)、非光化学淬灭(NPQ)等光保护机制，揭示了光能转化与光损伤平衡的调控网络；拓展了光动力疗法(PDT)在肿瘤治疗中的应用，为绿色能源开发和生物医学提供了新思路。

　　

光，这个既孕育生命又可能摧毁生命的奇妙存在，始终是自然界最矛盾的存在之一。在植物叶片中，阳光通过光合作用转化为化学能，驱动着地球碳循环；但在过量照射时，同样的光子却会引发光氧化损伤。这种"双刃剑"特性使得生物体进化出精密的调控系统——从单细胞藻类到高等植物，从光合细菌到人类视网膜细胞，都在与光的博弈中发展出独特的生存策略。然而，随着环境变化加剧和医疗需求增长，传统光生物学研究正面临新挑战：如何更高效捕获光能？怎样精准控制光敏反应？能否开发新型光疗技术？

俄罗斯下诺夫哥罗德国立大学（N. I. Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod）联合俄罗斯科学院基础生物问题研究所的研究团队，在《Biochemistry (Moscow)》特刊中系统阐述了光生物化学与光生物物理学的最新突破。通过整合光谱分析、蛋白质荧光标记、转基因模型构建等技术，并结合临床肿瘤样本的光动力学分析，揭示了从分子到生物体的多层次光响应机制。

【光合能量转换的精密调控】

研究发现，类囊体膜上的光系统II(PSII)在强光下通过非光化学淬灭(NPQ)机制快速耗散多余能量，其激活时间尺度仅为秒级。通过荧光寿命成像证实，这种光保护作用依赖于叶黄素循环色素的可逆转化。

【环形电子传递的时空特性】

采用低温电子顺磁共振(EPR)捕捉到光系统I(PSI)介导的循环电子流存在双路径模式：一条经由铁氧还蛋白(Fd)的常规路径，另一条则通过NDH复合体的替代路径，后者在胁迫条件下贡献率达40%。

【光受体的分子开关特性】

解析了植物光敏色素(phytochrome)的Pfr/Pr构象转换动力学，发现其N端结构域的α-螺旋旋转是触发下游信号的关键，这一发现为设计光控基因开关提供了理论依据。

【光动力疗法的靶向优化】

通过比较卟啉类光敏剂在肿瘤组织的聚集特性，提出"双重氧化"模型：I型反应(自由基途径)在低氧环境中占主导，而II型反应(单线态氧途径)更依赖局部光通量。

这项跨学科研究不仅阐明了光合生物应对光胁迫的进化策略，更推动了光技术在能源和医学领域的应用。特别值得注意的是，光系统II的修复机制启发了新型光伏材料设计，而肿瘤光动力疗法的靶向性提升方案已进入临床试验阶段。正如研究者Vladimir S. Sukhov和Maria M. Borisova-Mubarakshina强调的，理解光生物过程的时空动态特性，将是开发下一代生物混合器件和精准医疗技术的核心突破口。