光合作用——最普遍的化学反应(2)
人工光合作用
光合作用也并非是自然界的“专利”，美国辛辛那提大学的科学家使用南美洲泡蟾泡沫中的Ranaspumin-2蛋白质人工模拟了光合作用。在他们的反应系统中，二氧化碳被稳定地转化成糖类分子，而此过程中没有叶绿体或叶绿素的参与。而哈佛大学的科学家诺赛拉发明了更简便易行的实用型“人工叶片”，这种“人工叶片”只是一种简单的硅板，在有水源和光照的条件下产生氢气和氧气。据诺赛拉估计，1夸脱(约为1.36升)的水就可以让100瓦的电灯泡亮上一天一夜。
那么科学家是怎么做到这些的呢？原来人们已经掌握了光合作用的具体作用机理。光合作用从表面上看只是把光能转化成化学能的过程，其实它包含着众多的反应步骤。笼统地讲，光合作用包括光反应和暗反应，光反应包括光能的吸收、传递、转换以及光合磷酸化；暗反应主要包括卡尔文循环——进行稳定化学物质的积累。人们通过模拟其每一步的光化学反应，基本上就能做到刚才提及的人工光合作用了。人工光合作用具有高效、简单、稳定和可控的特点，如植物的光能利用率仅1%左右，而人工模拟的化学能转化效率可以高达96%；植物的生物量积累受到天气的影响，而人工光合系统却可以没日没夜的工作。正是由于这些优势，人工光合模拟被寄予厚望，以期解决世界粮食和能源问题。2010年美国能源部就拨出过亿美元的经费用于资助人工光合作用的研究。
深入探究光合作用
光合作用本质上是利用几种无机物合成新的有机物的过程，在绿色植物中最普遍。有意思的是，也并不是所有的植物都能进行光合作用，如列当属和拉特雷属等植物就不能进行光合作用，这些植物像蘑菇一样进行腐生生活或者寄生。动物与人工光合作用是光合作用研究的一种向后延伸，而科学家往往也比较关心光合作用的起源。人们对光合机理的认识也在逐渐加深，如对光系统在埃米单位长度的结构进行解析(1纳米=10埃米)；对不同光合蛋白基因的改造，在不同物种体内尝试高效的光合表达系统；澳大利亚的陈敏博士等人发现了能吸收红外光谱的第五种叶绿素f等。近期，美国、韩国、德国和澳大利亚等国的科学家完成了Cyanophora paradoxa基因组测序工作，发现一种类衣原体的细菌通过内共生在早期的光合演化中发挥过重要的作用，研究结果对人们认识光合作用的起源有一定的启发。
光合作用从哪里来？又要到哪里去？光合作用精细机制的解析一直是人们孜孜求解的科学问题，无论最终的答案是什么，光合作用的重要性和普遍性已经得到了人们的一致认可。
【责任编辑】张小萌, 百拇医药(高建国)
光合作用也并非是自然界的“专利”，美国辛辛那提大学的科学家使用南美洲泡蟾泡沫中的Ranaspumin-2蛋白质人工模拟了光合作用。在他们的反应系统中，二氧化碳被稳定地转化成糖类分子，而此过程中没有叶绿体或叶绿素的参与。而哈佛大学的科学家诺赛拉发明了更简便易行的实用型“人工叶片”，这种“人工叶片”只是一种简单的硅板，在有水源和光照的条件下产生氢气和氧气。据诺赛拉估计，1夸脱(约为1.36升)的水就可以让100瓦的电灯泡亮上一天一夜。
那么科学家是怎么做到这些的呢？原来人们已经掌握了光合作用的具体作用机理。光合作用从表面上看只是把光能转化成化学能的过程，其实它包含着众多的反应步骤。笼统地讲，光合作用包括光反应和暗反应，光反应包括光能的吸收、传递、转换以及光合磷酸化；暗反应主要包括卡尔文循环——进行稳定化学物质的积累。人们通过模拟其每一步的光化学反应，基本上就能做到刚才提及的人工光合作用了。人工光合作用具有高效、简单、稳定和可控的特点，如植物的光能利用率仅1%左右，而人工模拟的化学能转化效率可以高达96%；植物的生物量积累受到天气的影响，而人工光合系统却可以没日没夜的工作。正是由于这些优势，人工光合模拟被寄予厚望，以期解决世界粮食和能源问题。2010年美国能源部就拨出过亿美元的经费用于资助人工光合作用的研究。
深入探究光合作用
光合作用本质上是利用几种无机物合成新的有机物的过程，在绿色植物中最普遍。有意思的是，也并不是所有的植物都能进行光合作用，如列当属和拉特雷属等植物就不能进行光合作用，这些植物像蘑菇一样进行腐生生活或者寄生。动物与人工光合作用是光合作用研究的一种向后延伸，而科学家往往也比较关心光合作用的起源。人们对光合机理的认识也在逐渐加深，如对光系统在埃米单位长度的结构进行解析(1纳米=10埃米)；对不同光合蛋白基因的改造，在不同物种体内尝试高效的光合表达系统；澳大利亚的陈敏博士等人发现了能吸收红外光谱的第五种叶绿素f等。近期，美国、韩国、德国和澳大利亚等国的科学家完成了Cyanophora paradoxa基因组测序工作，发现一种类衣原体的细菌通过内共生在早期的光合演化中发挥过重要的作用，研究结果对人们认识光合作用的起源有一定的启发。
光合作用从哪里来？又要到哪里去？光合作用精细机制的解析一直是人们孜孜求解的科学问题，无论最终的答案是什么，光合作用的重要性和普遍性已经得到了人们的一致认可。
【责任编辑】张小萌, 百拇医药(高建国)