|
7 \! H; D% S+ T8 p% \; B; S" L9 r# O
原标题：酶——能源转化：开启生物固氮技术的新篇章
) r5 L/ o+ ?# r: O3 V$ {* ?! m, s L c2 Y; b& v
本期看点：酶是植物生长过程中必不可少的生物催化剂，不同种类的酶在植物生长中发挥着不同的作用。植物生长要依赖酶系统的有序运作，才能进行正常的代谢和生长过程。 ; g- J a7 N. ]# P: r3 M
植物光合作用与酶，两个阶段进行
6 F& _. \( p) V# S5 x& g( p% X" J5 i( ~ 光合作用是一个非常复杂的问题，现所了解的光合作用，可分为两个阶段：一个叫光反应阶段，另一个叫暗反应阶段。
m/ C2 ^: j0 N z+ z+ G6 z! Q# A 光反应阶段：太阳光照在叶子上，其中包含赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫共七色光，有些色光被叶绿素吸收，有些从叶子透射过去，只有绿光不吸收，也不透射，而是被反射回去，所以我们看到了绿色。被叶绿素吸收的那些光能便通过电子传递，打断了水分子的氢氧连接。水被分解成氢原子和氧气，氧气从叶子表面气孔放出，氢原子则与由B5组成的脱氢酶的辅酶Ⅰ结合，变成带氢原子的还原辅酶Ⅰ。辅酶Ⅰ就成了叶绿体中转运氢的运载工具。 # \# H* e6 z% n M
一部分光能传给叶绿体后还要经过几个中间步骤，在三磷酸腺苷酶的催化下把能量交给二磷酸腺苷和磷酸，从而生成高能化合物三磷酸腺苷。
5 T( g* V& x l: `. W! T 叶绿体把光能转换成三磷酸腺苷和带氢原子的辅酶Ⅰ贮存的化学能后，才能为二氧化碳变成葡萄糖创造条件。 # l! O8 o( v5 k4 ]
暗反应阶段：从二氧化碳到葡萄糖的形成过程是复杂的，它是由三磷酸腺苷提供化学能，带氢辅酶Ⅰ提供氢，在14种酶连续催化下，经历14个化学反应步骤，使二氧化碳变为糖。 5 M4 }! K9 E0 p, d6 P4 z$ i9 f
归结起来说，光反应阶段是将光能转化为化学能，为暗反应提供所需能量；暗反应是光反应的继续，它利用光反应产生的化学能和氢将二氧化碳合成葡萄糖。
: C% g3 \! `0 J9 ], u. A 农作物与固氮酶 , m$ |( g9 ]* X' {
今年，联合国发布的《世界粮食安全和营养状况》显示，2022年全世界有6.91至7.83亿人面临饥饿，中位数高达7.35亿。较新冠疫情暴发前的2019年全球增加了1.22亿饥饿人口。
, v6 b. e& c7 c5 B- Y; i 报告显示，2022年，粮食安全形势和营养状况依然严峻。报告发现，按照中度或重度粮食不安全发生率衡量，全世界有24亿人无法持续获取食物，约占全球人口的29.6%，其中约有9亿人处于重度粮食不安全状况。
9 u% _+ Z0 Z! A6 H; m; ] 粮食短缺与安全问题一直存在，而论如何最大限度地为农业生产提供保障服务，那么同样离不开酶。
4 w2 K( u/ p1 g( q9 o9 R% u" c 蛋白质是生命最基本最重要的物质，合成蛋白质离不开重要元素氮，对于植物来说，只有把氮气变成氨之后，才能利用氨去合成氨基酸、蛋白质。所以，首要的问题是把氮气和氢气化合成氨，这叫固氮。
+ S6 _( X0 T! R& p0 t, T( B 人工合成固氮条件苛刻且效率低 6 d3 ~, l! |) v6 X) N9 M9 n! e( p, H
生物固氮效率极高
+ T9 O6 \+ @9 \; k$ e6 V& ` 固氮方法有两种：一种是人工合成固氮，另一种则是生物固氮。
1 m( y: n' E+ _# X J 人工合成需要在500摄氏度高温和300大气压的情况下，再加上催化剂才能完成。即使在如此苛刻的条件下，平均100对氮气和氢气当中也只有7-20对成功。 , W4 ]0 F2 F. l; q" \ t9 F/ A) N
而生物固氮的效率要比人工合成高出千百倍。既不需要高压，也不需要高温，常温常压即可进行。 1 j. j8 P. T; H$ N- T; Y
很多人都知道，豆科植物几乎不需要施肥，它本身并没有合成氨的本领，那么所需的氨由谁供给呢？ 8 `! a* H: y S! U9 u
豆科植物体内含有固氮酶 4 D( h/ k5 `. Z( |
催化氮气与氢气转化成氨，直至合成蛋白质 5 e' g: R2 R% e' X. e: F
豆科植物的细跟中生活着一种根瘤固氮菌，豆株供给根瘤固氮菌糖类及其它营养物质，而根瘤菌则供给豆株所需要的氨。
$ \- A) ~4 S, R% P 
@2 a/ x c- \) X. E8 c
根瘤固氮菌体内有固氮酶，在三磷酸腺苷提供的条件下，经固氮酶催化，氮气与氢气转化变成氨。
) w) f* F! n8 a& b 在有氨的条件下，豆科植物就可以合成各种氨基酸，直至合成蛋白质。其利用固氮菌提供的氨和自己体内的α-酮戌二酸，在谷氨酸脱氢酶的作用下变成谷氨酸，再在转氨酶的催化下形成多种氨基酸。
8 w0 L9 \! v/ h 生物固氮的两个研究方向 ; V6 L7 U/ y- ~- T( i" U
固氮酶理论研究至关重要 ) r- |7 a- p% u0 ]3 y
生物学家认为，对于生物固氮可以从两个方面深入研究：一是全面考察，充分利用固氮生物为农业提供氮肥；二是进行固氮酶理论方面的研究，在探索清楚固氮酶的结构与功能相互关系的基础上，采用人工模拟固氮酶结构的办法，实现在常温常压下高效率的合成氨，为农业生产服务。 9 e1 ^2 J! i4 F: }+ N) B
（参考文献：酶与生命.王贤舜，虞志方编著.Q55-49）返回搜狐，查看更多
) R8 }6 Q$ c: R& I$ m% r" n0 {1 a$ q
责任编辑： 4 l# n# O2 d$ C# P, v
% }6 p$ ]; n+ S4 B. ~- X% V. F4 T) i1 t+ A. q, y; V: ?
; t S3 O# l! @( l- r2 ~
- n1 B2 m. E8 V0 r& d$ E
| 
