ATP是生物体内最直接的能量来源。ATP合酶是氧化磷酸化和光合磷酸化过程中重要的分子机器，通过利用跨膜的质子梯度将ADP和Pi合成ATP。然而，ATP合酶在体外合成ATP，不仅需要完成ATP合酶与膜结构的组装还需要构建稳定的跨膜质子梯度。基粒类囊体负载大部分的叶绿体ATP合酶，其结构与脂质体类似，可通过诱导转变为平面膜。而跨膜质子梯度可以在电化学池中伴随电解水产生。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所的张玲玲研究团队，通过将富含ATP合酶的叶绿体基粒类囊体制备成平面类囊体膜后，组装进电解水体系中，构建了一种全新的电驱动磷酸化模式。

分离到的叶绿体基粒类囊体组份（3000 g）具有饼状结构，可以通过孵育胀破的方法吸附到Nafion膜上形成平面类囊体膜（pTMs）。通过构建跨pTMs的质子梯度，即可驱动pTMs上的ATP合酶合成ATP。

质子梯度的产生是许多电化学池的固有特点。将pTMs组装到两室电解池中，施加3V电压，10 min后即可以产生有效的质子梯度。该质子梯度一旦建立，在120 min内可以持续驱动ATP合酶旋转催化ATP合成。该过程中ATP最大合成速率为3.16 μM min^-1g_Chl^-1。

Electrodriven ATP Synthesis via a Reconstructed Thylakoid Membrane

Lijing Chang, Huijuan Cui, Weisong Liu, Yi-Heng P. Job Zhang, Prof. Dr. Lingling Zhang

文章的第一作者是中国科学院天津工业生物技术研究所博士后常立静。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202421120