蓝细菌和植物进行光合作用以及对光信号产生反应的能力是它们适应环境变化、在地球上生存的关键,而这些生命活动都离不开光受体。它们有捕光受体负责捕获光能,用于光合作用,提供生命活动所需能量；它们有信号光受体负责接收光信号,并可将其转化成生物或化学信号,调节生物的生长发育。本研究主要对蓝细菌的捕光受体(PBS)和拟南芥的UV-B光受体(UVR8)进行了研究。藻胆体是蓝细菌和红藻的高效捕光复合体,它们通过多样的藻胆色素发色团捕获光能,并通过一连串的激发能量传递过程将捕获的光能传递到光合系统中心的叶绿素。本研究中我们将注意力集中在藻胆体能量传递的最后一步,在体外构建了以结合一个藻胆色素和一个叶绿素(或其衍生物)双色素蛋白复合体为基础的、与天然藻胆体-光合体系功能相似的简单捕光模块。结合藻胆色素的结构域以藻胆体核膜连接蛋白N端色素结合结构域ApcE(1-240)为基础,结合叶绿素衍生物的结构域以从头设计合成的、与b型细胞色素类似的、能结合heme的四螺旋束蛋白HP7为基础,将ApcE(1-240)疏水水loop区域(77-153aa)被去除的、水溶性的ApcE△片段与修饰后的HP7序列融合,构建了HP7融合在ApcE△片段的C末端、N末端以及插在76和78位氨基酸之间的三种模型,并对它们结合色素后的组装、光谱性质和分子内激发能量传递过程分别进行了描述。这些能量传递过程分别为：(一)与HP7结合的、吸收短波长光的ZnMP作为激发能供体,可将能量传递给与ApcE结构域结合的、吸收长波长光的藻蓝胆素；(二)与ApcE结构域结合的、吸收短波长光的藻红胆素作为激发能供体,可将能量传递给与HP7结构域结合的、吸收长波长的细菌叶绿素。这些模型中都进行分子内荧光共振能量传递发生,且能量传递的效率从21%到50%不等。这些结果表明通过模块化的、共价结合的方法研究环状和开链状四吡咯色素间的能量传递是合理的,可以向模拟更大蓝细菌捕光系统结构方向发展。该设计、构建以及特性描述过程为构建类似模型系统提供了进步的示范,尤其是对能控制蛋白折叠与聚集状态的系统。同时,它突显出了开发通用灵活多色素捕光系统的潜力。生物体感光并对光信号产生反应的能力是它们适应生存环境的第一步。拟南芥的光受体UVR8吸收紫外光后二聚体发生解聚,形成的UVR8单体直接与植物光信号传导途径中的关键调节因子相互作用,调节与UV保护和生理节律相关的细胞过程。已知UVR8是一种独特光受体,它不需要辅助因子捕获UV光子,但是UVR8感应UV-B的分子机制以及导致二聚体解聚的结构细节尚不清楚。本文根据AtUVR8的静态晶体结构分析以及定点突变研究结果发现,AtUVR8二聚体界面处D129-W233间的氢键、R286-D107和R338-D44间的盐桥是稳定二聚体结构的关键作用力,而聚集成簇的色氨酸残基W285-W2333主要负责对UV-B的响应。分析AtUVR8结构中13个色氨酸的构象以及空间分布,发现这些色氨酸残基充当着蛋白的发色团,形成了与蓝细菌和植物的捕光复合体相似的捕光天线网络。通过蛋白的吸收、荧光光谱特征和色氨酸荧光寿命分析,证明这些天线色素收集宽频率的UV-B辐射能,以漏斗的形式向光信号中心W285-W2333传递光能并引发UV-B诱导的结构信号。为了阐明UVR8响应UV-B信号的分子机制,进一步采用蛋白中动态晶体学的研究方法,直接探测到AtUVR8中与原初光分子事件相关的瞬间结构变化。经UV-B诱导后,UVR8原初结构变化主要是Trp285和Trp233局部协调一致的扭转运动以及附近一高度有序的水分子的消失。最后综合所有的实验结果提出了紫外光受体AtUVR8感光和信号传导的分子机制。这些研究工作为UV-B光受体的开发利用提供了理论基础。此外,本论文还对与藻胆体形成有关的藻胆蛋白裂合酶CpcT和新发现的水稻蓝光受体OsHAL3展开了结构生物学研究。论文中主要介绍了硒代CpcT蛋白和OsHAL3蛋白的结晶,CpcT-PCB复合物晶体通过浸泡法获得。CpcT、CpcT-PCB以及OsHAL3晶体的分辨率分别为1.9A、2.5A和2.9A。通过对CpcT和CpcT-PCB晶体结构进行分析及比较,找到了与该裂合酶催化机制相关的关键结构,为进一步研究CpcT催化机理提供了结构基础。通过对OsHAL3晶体结构的分析以及与AtHAL3结构的比较,我们提出了一个该光受体光化学和光诱导机制的假设,为相关生理研究指明方向。