|
$ e8 Z# t7 ?3 w$ E/ p
原标题：酶——能源转化：开启生物固氮技术的新篇章
) T; h7 O& A! I, L( ^& J& a1 }0 n- y9 K
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。
0 L+ @+ `% T: R: i2 t! \- m 植物光合作用与酶，两个阶段进行
' R: R) ^) \* h3 {% f; L( Y2 Z 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。
- Z/ ^9 ]' ~) j6 |3 J4 n" Q' e7 N" e 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。
5 C2 T6 r, O0 U$ W8 O. f4 ] 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。
9 D! y; O ^1 Z5 Q$ ~+ a3 _ 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。 7 T6 i n- R g8 `
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。 + ]( B" w$ a* _# @0 x3 ?" x
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。
$ i! n6 k0 a" r" N 农作物与固氮酶 6 m1 T2 _, u; I
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。 0 P! W& k- t% q6 q9 P" ^0 G
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。
2 M) h/ T7 |- G: }' k# L: T 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。 6 d# s; K G, c8 \( h, y
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。
/ {0 Q X+ }/ Q; Q; r 人工合成固氮条件苛刻且效率低
6 ^. c8 ~4 E& A9 ?( P 生物固氮效率极高
3 E2 D( c! e. _! A4 d 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。 # Q1 ?9 _/ O+ \" A* L' P6 @& C
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。 9 ?& \' O6 e4 l
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。
# O5 _& y9 v2 B2 |- t+ T0 O( E 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？ 6 c, G8 V0 ^& t7 ?. z }) w6 n* o
豆科植物体内含有固氮酶 * Z2 S- e; E) F3 \, [
催化氮气与氢气转化成氨，直至合成蛋白质 ) ~4 u$ n1 |/ A2 n4 s" E, \
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。 ! E. f7 u- R9 V1 b8 T$ z! B
1 W$ Y3 j: O- K1 E t$ g/ z 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# N' Y- \* A0 Z0 ~1 e, k* ]8 |
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。 ) g0 `6 ]2 \& q
生物固氮的两个研究方向
, V8 j# t; U) K( ]% F4 R 固氮酶理论研究至关重要
i% Y) i; Y# q6 e. L 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。 3 k9 V& d8 m1 [% y: S* l* i
（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
& A8 E2 k9 q0 t/ `8 d3 Y! o7 Y% z4 }- z6 C; R
责任编辑： . Y- J$ q! E/ A" h: H) E
- }+ ?! l4 P& O. I
; b5 L' m# _) Q" L& ]
' t% i P: g: K( m: |" T) Y" ~3 j; S3 d6 }8 u
| 
