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淀粉人工合成從“0”到“1”
淀粉是糧食的主要成分,也是重要的工業(yè)原料。2021年,我國科學家在人工合成淀粉方面取得了重大顛覆性和獨創(chuàng)性的突破,第一次在實驗室里實現二氧化碳到淀粉的從頭合成。
我國科學家模擬和借鑒了植物的光合作用過程,從動物、植物、微生物等31個物種中選擇合適的酶,在無細胞系統(tǒng)中構建了一條只有11步反應的人工淀粉合成途徑(ASAP),利用太陽能成功實現了淀粉的人工合成,大致流程如圖所示。
簡單來說,首先將二氧化碳還原成甲醇(C1),然后將甲醇轉化為三碳化合物(C3),再轉化為六碳化合物(C6),最后聚合成淀粉。ASAP途徑合成的淀粉與天然淀粉在結構上是基本一致的。自然界中淀粉的合成過程涉及60多個化學反應及復雜的調控機制,ASAP顯著降低了合成淀粉的復雜度。初步測試顯示,人工合成淀粉的效率約為傳統(tǒng)農業(yè)生產淀粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下,按照目前的技術參數,理論上1立方米大小的生物反應器的淀粉年產量相當于中國五畝玉米田的淀粉年產量。這條路線使淀粉生產方式從傳統(tǒng)的農業(yè)種植向工業(yè)制造轉變成為可能,也為從CO2合成復雜分子開辟了新的技術路線。
在實現了從“0”到“1”的突破后,這項科學成果還需要盡快實現從“1”到“10”和“10”到“100”的轉換,最終成為解決人類發(fā)展面臨重大問題的有效手段和工具!
(1)在植物體內,淀粉儲存于植物種子、塊莖或根等部位,是CO2參與光合作用 暗反應暗反應階段合成的,該反應階段需要的條件還包括 NADPHNADPH、ATPATP、C5、多種酶等。
(2)根據文中信息,下列敘述正確的是 ACDACD。
A.適合的酶是確保ASAP有序進行的關鍵
B.ASAP過程與細胞內一樣能循環(huán)進行
C.ASAP中碳的轉移途徑為CO2→C1→C3→C6→淀粉
D.ASAP過程中CO2轉變?yōu)榈矸蹆Υ媪四芰?br />(3)假設在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,人工合成過程中糖類的積累量 高于高于(填“高于”低于”或“等于”)植物,其原因可能是 與人工合成糖類的過程相比,植物進行呼吸作用會消耗一部分糖類與人工合成糖類的過程相比,植物進行呼吸作用會消耗一部分糖類。
(4)請從資源利用、生態(tài)環(huán)境保護等方面提出本研究可能的應用前景。
【答案】暗反應;NADPH;ATP;ACD;高于;與人工合成糖類的過程相比,植物進行呼吸作用會消耗一部分糖類
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:12難度:0.5
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