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淀粉人工合成从“0”到“1”
淀粉是粮食的主要成分,也是重要的工业原料。2021年,我国科学家在人工合成淀粉方面取得了重大颠覆性和独创性的突破,第一次在实验室里实现二氧化碳到淀粉的从头合成。
我国科学家模拟和借鉴了植物的光合作用过程,从动物、植物、微生物等31个物种中选择合适的酶,在无细胞系统中构建了一条只有11步反应的人工淀粉合成途径(ASAP),利用太阳能成功实现了淀粉的人工合成,大致流程如图所示。
简单来说,首先将二氧化碳还原成甲醇(C1),然后将甲醇转化为三碳化合物(C3),再转化为六碳化合物(C6),最后聚合成淀粉。ASAP途径合成的淀粉与天然淀粉在结构上是基本一致的。自然界中淀粉的合成过程涉及60多个化学反应及复杂的调控机制,ASAP显著降低了合成淀粉的复杂度。初步测试显示,人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下,按照目前的技术参数,理论上1立方米大小的生物反应器的淀粉年产量相当于中国五亩玉米田的淀粉年产量。这条路线使淀粉生产方式从传统的农业种植向工业制造转变成为可能,也为从CO2合成复杂分子开辟了新的技术路线。
在实现了从“0”到“1”的突破后,这项科学成果还需要尽快实现从“1”到“10”和“10”到“100”的转换,最终成为解决人类发展面临重大问题的有效手段和工具!
(1)在植物体内,淀粉储存于植物种子、块茎或根等部位,是CO2参与光合作用 暗反应暗反应阶段合成的,该反应阶段需要的条件还包括 NADPHNADPH、ATPATP、C5、多种酶等。
(2)根据文中信息,下列叙述正确的是 ACDACD。
A.适合的酶是确保ASAP有序进行的关键
B.ASAP过程与细胞内一样能循环进行
C.ASAP中碳的转移途径为CO2→C1→C3→C6→淀粉
D.ASAP过程中CO2转变为淀粉储存了能量
(3)假设在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,人工合成过程中糖类的积累量 高于高于(填“高于”低于”或“等于”)植物,其原因可能是 与人工合成糖类的过程相比,植物进行呼吸作用会消耗一部分糖类与人工合成糖类的过程相比,植物进行呼吸作用会消耗一部分糖类。
(4)请从资源利用、生态环境保护等方面提出本研究可能的应用前景。
【答案】暗反应;NADPH;ATP;ACD;高于;与人工合成糖类的过程相比,植物进行呼吸作用会消耗一部分糖类
【解答】
【点评】
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