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' ]' V/ {1 D: |6 j; N 原标题：酶——能源转化：开启生物固氮技术的新篇章 # I9 u: z+ o4 P
$ }/ W9 p4 \- C% O( R7 E5 N6 c 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。
% \" W, e+ e$ Q/ N 植物光合作用与酶，两个阶段进行 # }% x1 I0 q2 `8 m4 M! {2 f/ i3 _
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。 / t4 C9 ]6 U+ |. {. j& I
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。
. U( c+ X9 o' i3 h 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。 : _/ }# C! }) w+ G
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。 8 W6 D& D2 x6 L: b- K: V$ Q
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。 ( K' V! L* O0 f3 G
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。 7 e1 p7 P+ ?# A9 B
农作物与固氮酶
# X" Z4 J4 n5 a% X' G/ D 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。
# {. j- K) o( b* B4 E& E) c- k 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。
* z) t9 v) Z& g$ {& v( {1 R* Q 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。 8 F% o4 R5 t+ z5 u! [. B
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。 1 Z% {5 a9 E8 R: ~. f
人工合成固氮条件苛刻且效率低
e! A) z# _ | 生物固氮效率极高
7 s) V: H$ [( z- e1 W 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。 " N& n. [! w! a
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。 p% ~/ F3 P" ^3 b! m; y9 T+ Q
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。
& u" k' ?$ s7 r 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？ - x% _2 \, K3 ? ^. P/ N
豆科植物体内含有固氮酶 3 o% [% u8 n, Y+ e
催化氮气与氢气转化成氨，直至合成蛋白质
7 o% g( }% J9 D- I! r4 W 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。
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1 I; D' ~- r7 b$ @3 g: L7 Y- V 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。
$ t6 o% Q) I6 O/ m4 e/ Q ?$ _% q% ? 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。 ( l% ?1 b- l9 K) J6 A+ A5 U
生物固氮的两个研究方向 . ~4 s) T0 v6 V
固氮酶理论研究至关重要 1 j1 w7 @% v* i
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。
2 X# v6 a0 K' H) I9 q （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 R. a( q8 i, f3 R
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