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; O2 J% W3 p1 c! F/ Q 原标题：酶——能源转化：开启生物固氮技术的新篇章 8 Z9 h9 a1 U9 V$ A# v/ F5 t: H5 _
# [$ n$ }' }$ `7 i8 I 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。 \" r+ @3 \" Z
植物光合作用与酶，两个阶段进行
# i2 {# C: c5 \, e8 Q. [3 B 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。 & K3 _+ z, V" f( _
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。 / k' W% `# f ]# I
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。
' S- ?2 t0 U& u' q* Y 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。 ! p- Q0 b0 f* g' ?( G5 Z
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。
. R5 _- I1 T, ?2 v 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。
% ]" F0 ]5 a& [; W 农作物与固氮酶
2 x$ w. u8 @8 @9 y6 [ 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。
- h2 ]$ |/ I2 y5 l1 t2 C 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。
3 Z3 Q% P( J. G) q: H 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。
9 g' _; M/ Y. p: e7 ]4 g 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 ~0 N& X: E: S# n 人工合成固氮条件苛刻且效率低
6 T7 e: H" {* ]7 P" e" m' R" J 生物固氮效率极高 1 j5 s1 ^8 p3 Q* }4 D% P
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。
( Y" X7 d9 Y0 w, @0 \( E) k 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。
/ r. y, y: u/ p$ T0 A5 R 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。 / [3 B. p+ K6 M0 M1 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？ * j8 W* |% s9 n4 {
豆科植物体内含有固氮酶 0 Z, j& H3 c* e4 i+ R8 B
催化氮气与氢气转化成氨，直至合成蛋白质 $ w# F9 C/ _9 \5 V
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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2 X+ B1 W0 R4 [4 m* u: V, f9 W# y: g" t 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。 / s3 ~: Z: q1 j/ E& C3 P3 M
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。 q8 r( i+ M u, I' m; ^7 J+ w
生物固氮的两个研究方向 ) f; p3 _$ J- l( V5 {/ g
固氮酶理论研究至关重要
' Y9 f+ _* Y3 f 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。
( p1 r1 s% y) U4 V) I- I- 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
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