Како се одвија реакција фотосинтезе?
Суштина фотосинтезе је да се енергија видљиве светлости претвара у
Другим речима, тело уз помоћ светлосне енергијеуклања електроне из молекула и преноси их на молекуле угљен-диоксида, редукујући их и претварајући их у молекуле органске материје, које се затим могу поново оксидовати, добијајући енергију.
Цео систем реакција фотосинтезе биљака у једној шеми: 6СО2 + 6Х2О = глукоза (С6Х12О6) + 6О2
Једна од кључних фаза овог комплекса ивишестепени процес - везивање угљен -диоксида. Када се то догоди, угљен -диоксид је везан за једињење које се назива рибулоза (1,5) бисфосфат, шећер са две фосфатне групе.
А ову реакцију усмерава ензим - рибулоза бисфосфат карбоксилаза, или Рубиско (РуБисЦО).&нбсп;
РуБисЦО је ензим који је комплетан комплекс од 16 протеинских ланаца одједном. Већина ензима катализује хиљаде хемијских трансформација сваке секунде.
Међутим, Рубисцо рукује само са 3 до 10молекули угљен -диоксида, у зависности од услова. Тако низак квалитет ензима може се надокнадити само његовом количином: по тежини, он чини до 30% свих биљних протеина растворљивих у води, што га чини најзаступљенијим протеином на планети.
Хлоропласти у ћелијама листа
Врсте фотосинтезе
Живи организми имају две врсте пигмената који могу да обављају функцију фотосинтетских пријемника (антена).&нбсп;
У великој већини организама, улога антенаиграју хлорофили; ређи је случај у којем ретинал деривата витамина А служи као антена. У складу са тим, разликује се фотосинтеза хлорофила и без хлорофила.
- Фотосинтеза без хлорофила
Систем фотосинтезе без хлорофила је другачијизначајна једноставност организације, у вези са којом се еволуцијски претпоставља да је примарни механизам за складиштење енергије електромагнетног зрачења. Ефикасност фотосинтезе без хлорофила као механизма за претварање енергије је релативно ниска (преноси се само један Х + по апсорбованом кванту).
- Фотосинтеза хлорофила
Фотосинтеза хлорофила се разликује одбацтериорходопсин са знатно већом ефикасношћу складиштења енергије. Најмање један Х + се преноси на сваки ефикасно апсорбовани квант зрачења против градијента.
Анокигениц
Аноксигена (или аноксична) фотосинтеза се одвија без еволуције кисеоника. Љубичасте и зелене бактерије, као и хелиобактерије, способне су за аноксигену фотосинтезу.
Окигениц
Кисеонична или кисеонична фотосинтезапраћено ослобађањем кисеоника као нуспроизвода. У кисеоничкој фотосинтези долази до нецикличног транспорта електрона, иако се под одређеним физиолошким условима јавља само циклични транспорт електрона. Изузетно слаб донатор електрона, вода, користи се као донатор електрона у нецикличном току.
Глад у пољопривреди
Становништво света, упркос другомдемографска транзиција стално расте. Када бисмо могли да повећавамо фертилитет по својој вољи сразмерно расту становништва, не би било много проблема.&нбсп;
Међутим, данас су људи савладали око трећинеземљишта погодна за пољопривреду.&нбсп;Готово све погодне територије у Јужној Азији, на Блиском истоку и у Северној Америци су већ преоране, а развој преосталих подручја прети нам ерозијом.
Место на планети може једноставно нестати, па морамо пронаћи нове начине за повећање производње хране. Ово је већ раније учињено.
Последњи пут то се догодило због „зелених“револуције “50-70-их година прошлог века. Затим је узгој нових високородних сорти житарица, увођење пестицида и напредних система за наводњавање омогућило драматично - скоро два пута - повећање приноса.
Како убрзати фотосинтезу
Камен темељац овог проблема је рубисцо, ензим о коме смо већ говорили.
Међутим, показало се да то није тако лако.&нбсп;Усмерена мутагенеза појединачних аминокиселинских остатака није довела до запажених резултата.
На њега је примењен и метод директне еволуције.ензими: ствара огромну колекцију варијанти Рубисцо гена увођењем насумичних мутација. Сва ова сорта је коришћена на Е. цоли -&нбсп;&нбсп;Есцхерицхиа цоли... Користећи овај приступ, истраживачи су успели да повећају активност Рубисцо цијанобактерија, која одлично делује у ћелијама Е. цоли.
Али сличан метод није функционисао са биљкама.Поред тога, овај ензим је састављен од делова два различита „произвођача“: гени који кодирају Рубисцо ланце налазе се не само у ћелијском језгру, већ иу геному хлоропласта, што отежава њихову манипулацију. Истраживачи морају да раде са два генома одједном, користећи различите технике генетске модификације.
Али научници нису одустајали.Дошли су на нову идеју: повећати количину рубиска, пошто су листови биљака буквално испуњени њиме. Да би то урадили, аутори су користили ГМО методе. Међутим, само прекомерна експресија Рубисцо гена није била довољна -&нбсп; Још нешто је недостајало да се ензим састави.
Са годинама се показало да је у скупштиниРубисцо учествује у неколико пакера за паковање протеина - РАФ1 и РАФ2 (РуБисЦО Ассембли Фацтор). Ови склопиви протеини (звани шаперони) имају тенденцију да стабилизују сакупљени протеински ланац током састављања, дајући му време да се правилно савије.
Ово је био проблем са претходним радовима:Рубисцо гени су заправо активно синтетизовали протеинске „грађевинске блокове“ ензима, али недостатак шаперона није омогућио састављање довољне количине Рубисцо-а из полуготових полипептидних ланаца. Такође је требало повећати број пратилаца.
Стога су аутори узели у обзир ове услове и, као резултат, укупан садржај рубиска у лишћу трансгеног кукуруза повећан је за 30%.
Због тога уопште нису сви додатни ензимиукључио се у процес фотосинтезе. Међутим, упркос свему, коначна фиксација угљен -диоксида је ионако порасла за 15%, што је значајно убрзало раст ГМ кукуруза.
Као резултат студије кинеских научника 2020. године, било је могуће убрзати фотосинтезу алги и цвећа. Научници убрзавају фотосинтезу зелених алгиЦхлорелла пиреноидосаи више биљкеАрабидопсис тхалианакоришћењем полимера који сакупља светлост. Полимер је повећао њихову активност у фотосинтетским системима због електростатичког и хидрофобног везивања за зидове фотосинтетских ћелија.
Према ауторима, захваљујући доброј способностида би апсорбовали зелено светло, растворљивост у води и биокомпатибилност, ови синтетички полимери потенцијално су погодни за употребу у производњи биогорива, као и за развој енергије и животне средине.
Закључак
Тренутно, фотонапонске ћелије,делујући у воденом окружењу, они су ефикасни, али очигледно несавршени. Вештачка фотосинтеза је и даље прилично ефикасна као средство за везивање атмосферског угљеника, а истовремено производи стабилан проток наелектрисаних честица (протона и електрона).
Тако би се фотосинтетске ћелије могле комбиновати са соларним панелима - на пример, већ инсталираним на крововима приватних кућа у Сједињеним Државама.
Соларна батерија би могла дати некеенергија примљена за електролизу. У овом случају, фотонапонске ћелије повезане на њега учествовале би у везивању угљен-диоксида и цепању воде да би се произвео водоник, који је, заузврат, еколошки прихватљиво гориво.
Развој катализатора за такве процесеби нам омогућило да се не ограничавамо на репродукцију обичне фотосинтезе, већ да синтетишемо, на пример, протеине или ензиме. Већ смо научили како да скалирамо соларне панеле, тако да бисмо заједно са њима могли скалирати фотонапонске ћелије.
Такође, такве технологије могу допринети разградњи токсичног отпада или пластике, дајући водоник и енергију као излаз.
Опширније:
Огромни ледени брег А74 сударио се са обалом Антарктика
У Кини су откривене две нове врсте диносауруса
Шта је Кесслеров ефекат, а такође и када ће и до чега довести судар сателита у орбити?