광합성 반응은 어떻게 일어나는가?
광합성의 본질은 가시광선의 에너지가
즉, 빛 에너지의 도움으로 신체는 전자를 분리합니다.분자를 이산화탄소 분자로 전달하여 환원시키고 유기물 분자로 변환한 다음다시 산화되어 에너지를 얻습니다.
하나의 계획에서 식물 광합성 반응의 전체 시스템 : 6СО2 + 6H2O = 포도당 (С6H12О6) + 6О2
이 단지의 주요 단계 중 하나이며다단계 과정 - 이산화탄소 결합. 이런 일이 발생하면 이산화탄소는 2개의 인산기가 있는 당인 리불로스(1,5) 비스포스페이트라고 하는 화합물에 부착됩니다.
그리고 이 반응은 리불로스 2인산 카르복실라제, 즉 Rubisco(RuBisCO)라는 효소에 의해 지시됩니다.
RuBisCO는 16개의 단백질 사슬이 한 번에 완전한 복합체로 이루어진 효소입니다. 대부분의 효소는 매초 수천 개의 화학적 변형을 촉매합니다.
그러나 Rubisco는 3~10개만 처리합니다.조건에 따라 이산화탄소 분자. 이러한 낮은 품질의 효소는 양으로만 상쇄될 수 있습니다. 즉, 중량 기준으로 모든 수용성 식물 단백질의 최대 30%를 차지하므로 지구상에서 가장 풍부한 단백질이 됩니다.
잎 세포의 엽록체
광합성의 종류
살아있는 유기체에는 광합성 수신기(안테나)의 기능을 수행할 수 있는 두 가지 유형의 색소가 있습니다.
대다수의 유기체에서 안테나의 역할엽록소 재생; 덜 일반적은 비타민 A 유도체 레티날이 안테나 역할을 하는 경우입니다. 이에 따라 엽록소와 엽록소가 없는 광합성이 구별됩니다.
- 엽록소가 없는 광합성
엽록소가 없는 광합성 시스템은 다릅니다전자파 에너지를 저장하는 주요 메커니즘으로 진화적으로 가정되는 것과 관련하여 조직의 상당한 단순성. 에너지 전환 메커니즘으로서 엽록소가 없는 광합성의 효율성은 상대적으로 낮습니다(흡수된 양자당 하나의 H +만 전달됨).
- 엽록소 광합성
엽록소 광합성은훨씬 더 높은 에너지 저장 효율을 가진 박테리오로돕신. 적어도 하나의 H +는 기울기에 대해 효과적으로 흡수된 복사 양자로 전달됩니다.
무산소
무산소(또는 무산소) 광합성은 산소 발생 없이 발생합니다. 헬리오박테리아뿐만 아니라 보라색 및 녹색 박테리아는 산소 생성 광합성이 가능합니다.
산소 발생
산소 또는 산소 광합성부산물로 산소가 방출됩니다. 산소 광합성에서 비순환 전자 수송이 발생하지만 특정 생리적 조건에서는 순환 전자 수송만 발생합니다. 매우 약한 전자 공여체인 물은 비순환 흐름에서 전자 공여체로 사용됩니다.
농업의 기아
두 번째에도 불구하고 세계 인구인구학적 변화는 지속적으로 증가하고 있습니다. 인구 증가에 비례하여 출산율을 마음대로 늘릴 수 있다면 큰 문제는 없을 것입니다.
그러나 오늘날 사람들은 3분의 1 정도를 마스터했습니다.농업에 적합한 토지. 남아시아, 중동 및 북미의 거의 모든 적합한 지역은 이미 경작되었으며 나머지 지역의 개발은 우리를 침식으로 위협하고 있습니다.
지구상의 공간이 고갈될 수 있으므로 식량 생산을 늘릴 수 있는 새로운 방법을 찾아야 합니다. 이것은 이미 이전에 수행되었습니다.
이것이 마지막으로 발생한 것은 "녹색혁명 "지난 세기의 50-70-ies. 그런 다음, 새로운 다품종 곡물의 육종, 살충제 및 첨단 관개 시스템의 도입으로 생산량을 거의 두 배나 증가시킬 수 있었습니다.
광합성 속도를 높이는 방법
이 문제의 초석은 우리가 이미 논의한 효소인 루비스코입니다.
그러나 이는 쉽지 않은 것으로 드러났습니다. 개별 아미노산 잔기의 직접 돌연변이 유발은 눈에 띄는 결과로 이어지지 않았습니다.
그에게도 직접 진화의 방법이 적용됐다.효소: 무작위 돌연변이를 도입하여 거대한 Rubisco 유전자 변종 모음을 생성합니다. 이 모든 변종은 대장균에 사용되었습니다. 대장균... 이 접근 방식을 사용하여 연구자들은 대장균 세포에서 잘 작동하는 Rubisco cyanobacteria의 활성을 증가시킬 수 있었습니다.
그러나 비슷한 방법이 식물에는 효과가 없었습니다.또한 이 효소는 서로 다른 두 "제조업체"의 부품으로 조립됩니다. Rubisco 사슬을 암호화하는 유전자는 세포핵뿐만 아니라 엽록체 게놈에도 위치하므로 조작이 복잡합니다. 연구자들은 서로 다른 유전자 변형 기술을 사용하여 동시에 두 개의 게놈을 연구해야 합니다.
그러나 과학자들은 포기하지 않았습니다.그들은 새로운 아이디어를 내놓았습니다. 식물의 잎이 문자 그대로 루비스코로 채워져 있기 때문에 루비스코의 양을 늘리는 것입니다. 이를 위해 저자는 GMO 방법을 사용했습니다. 그러나 Rubisco 유전자의 과발현만으로는 충분하지 않았습니다. 효소를 조립하는 데 또 다른 것이 빠졌습니다.
수년에 걸쳐 의회에서Rubisco는 RAF1 및 RAF2(RuBisCO Assembly Factor)와 같은 여러 단백질 포장제에 참여합니다. 이러한 접힘 단백질(샤페론이라고 함)은 조립 중에 수확된 단백질 사슬을 안정화시켜 적절하게 접힐 시간을 주는 경향이 있습니다.
이전 작품의 문제점은 다음과 같습니다.Rubisco 유전자는 실제로 효소의 "구성 요소" 단백질을 적극적으로 합성했지만, 샤페론의 부족으로 인해 반제품 폴리펩타이드 사슬에서 충분한 양의 Rubisco를 조립할 수 없었습니다. 보호자의 수도 늘려야 했습니다.
따라서 저자는 이러한 조건을 고려하여 결과적으로 형질전환 옥수수 잎의 총 루비스코 함량이 30% 증가했습니다.
이 때문에 모든 추가 효소가 전혀광합성 과정에 참여하게 되었습니다. 그러나 모든 것에도 불구하고 이산화탄소의 최종 고정은 어쨌든 15% 증가하여 GM 옥수수의 성장을 크게 가속화했습니다.
2020년 중국 과학자들의 연구 결과, 조류와 꽃의 광합성을 가속화하는 것이 가능해졌습니다. 과학자들은 녹조류의 광합성을 가속화합니다클로렐라 피레노이도사그리고 고등 식물애기장대빛을 수확하는 폴리머를 사용합니다. 중합체는 광합성 세포 벽에 대한 정전기적 및 소수성 결합으로 인해 광합성 시스템에서의 활성을 증가시켰습니다.
저자에 따르면 좋은 능력 덕분에녹색 빛, 수용성 및 생체 적합성을 흡수하기 위해 이러한 합성 고분자는 에너지 및 환경 개발뿐만 아니라 바이오 연료 생산에 사용하기에 잠재적으로 적합합니다.
결론
현재 태양광 전지,수성 환경에서 작용하기 때문에 효율적이지만 분명히 불완전합니다. 인공 광합성은 대기 탄소를 결합하는 도구로서 여전히 매우 효과적이며 동시에 하전 입자(양성자와 전자)의 안정적인 흐름을 생성합니다.
따라서 광합성 전지는 예를 들어 미국의 개인 주택 지붕에 이미 설치된 태양 전지판과 결합될 수 있습니다.
태양 전지는 일부를 포기할 수 있습니다.전기분해를 위해 받은 에너지. 이 경우 연결된 태양전지는 이산화탄소 결합과 물 분해에 참여해 친환경 연료인 수소를 생산하게 된다.
이러한 공정을 위한 촉매 개발이는 우리가 일반적인 광합성을 재현하는 데만 국한되지 않고 예를 들어 단백질이나 효소를 합성할 수 있게 해줄 것입니다. 우리는 이미 태양광 패널의 크기를 조정하는 방법을 배웠으므로 태양광 전지와 함께 태양광 전지의 크기도 조정할 수 있습니다.
또한 이러한 기술은 독성 폐기물이나 플라스틱의 분해에 기여하여 수소와 에너지를 산출물로 생성할 수 있습니다.
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