光合作用的伟大成就是今天的人类技术也无法达到的,它发明了一种催化剂,可以消耗最少的能量——仅用温和的阳光,就把氢从水分子中剥离。到目前为止,人类穷尽其智慧,也无法让分离水分子使用的能量,少于反应释放出来的能量。如果有一天我们可以成功地模仿光合作用,仅用一些简单的催化剂,就能把氢分子从水分子中剥离出来,那就可以解决当前的能源危机了。
到那时只要燃烧氢气就能供应全球能量需求,而产生的唯一废弃物就是水,既不污染环境,也没有碳足迹,更不会造成全球变暖。但是这可不是件简单的事,因为水分子的原子结合得非常紧密。看看海洋就知道了,就算是最强的暴风吹袭、海水猛力拍打峭壁的力量,都无法把水分子敲碎,变成组成它的各种原子。水可以说是地球上最独特却又最遥不可及的原料了。
光合作用的核心概念,或它的行动方针,就是所谓的“Z型反应”,它让所有念生物化学的学生既佩服又恐惧。才华横溢但个性羞怯的英国生化学家罗宾·希尔,在1960年率先提出了该反应机制,被他称为光合作用的“能量简历”。光合作用,顾名思义就是要合成东西,不只合成有机分子,同时还合成生命的“能量货币”——ATP。出乎意料的是,两者似乎有某种偶联关系,光合作用合成越多有机分子,也就产生越多的ATP,反之亦然(如果有机分子产量降低,ATP也会跟着减少)。显然太阳慷慨地同时提供了两份午餐。
如同希尔难懂的语言风格,Z型反应这个名称其实也有误导之嫌。字母Z其实应该转90度变成N,才是对光合作用能量变化比较精确的描述。先看看N左边那垂直上升的一笔,这代表一个吸能反应,要由外界提供能量让它进行。接着成对角线的下斜笔画则代表一个放能反应,它放出的能量将被撷取,并以ATP的形式储存起来。最后上升的一笔又是一个吸能反应,又要靠外界提供能量。
光合作用的两个光系统——光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,刚好就位于字母N的两根支柱的底部。一个光子撞击光系统Ⅰ,将一个电子激发到比较高的能级,接着这个电子的能量会像下楼梯一样,经由许多反应释放出来,刚好用来合成ATP。当电子降到低能级时正好来到光系统Ⅱ,而第二个光子又再度将这个电子激发到高能级,此时电子会直接传给二氧化碳去合成糖。下图像游乐园里的力量测试游戏机的漫画,可以帮助我们了解整个过程。在图中打击者用一个槌子敲击跷跷板,让另一端的金属环往上冲,传给站在顶端的人。在这个游戏机里,槌子提供能量激发了金属环,而在光合作用里阳光做了这件事。
本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请
点击举报。