פוטוסינתזה היא המנוע של החיים על פני כדור הארץ, התהליך הביוכימי שבו צמחים, אצות, ו cyanobacteria להמיר אור השמש לאנרגיה כימית.תהליך זה לא רק לקיים את האורגניזמים המבצעים אותו אלא גם מייצר את החמצן שאנו נושמים ואת תרכובות אורגניות אשר יוצרות את הבסיס של כמעט כל מערכת אקולוגית.עבור מאות שנים, מדענים פעלו כדי לפענח את המנגנונים המורכבים של פוטוסינתזה, מן ההתבוננות הראשונית של גז טבעי של שינוי אנרגיה מתחדשת, אשר פותחה, אשר פותחה, אשר החלה את ההיסטוריה המודרנית של יבולת של יבולים, אשר החלה את ההיסטוריה המודרנית, אשר החלה את המשתנים, אשר החלה את המשתנים, אשר החלה את המשתנים, אשר החלה את התרבות המודרנית של החידושים של החידושים של הסביבה המודרנית, אשר החלה, אשר החלה, אשר החלה את ההשפעה של החידושים של החידושים של החידושים של החידושים של החידושים של החידושים של החידושים של החידושים של כמעט, אשר החלה את המשתנים, אשר החלה את ההיסטוריה המודרנית, אשר החלה את המשתנים מחדש של כמעט כל החידושים הביולוגית של כמעט, אשר החלה את המשתנים, אשר החלה את המשתנים, אשר החלה את המשתנים, אשר החלה את המשתנים, אשר החלה את התרבות המודרנית, אשר החלה את

גילויים מוקדמים: יסודות מחקר פוטוסינתזה

המחקר המדעי של הפוטוסינתזה החל במאה ה-17, אך הניסויים הראשונים הברור נערכו על ידי הכמרים האנגלים והמדען ג'וזף כמרים במאה ה-1770.כמרים הניחו המפורסם כנווט במיכל סגור עם נר ששרפו.לאחר כמה ימים, הוא גילה כי הנר יכול להיות אמין, להוכיח כי צמחים "להתחנה" אשר "נכוובעובעו" על ידי הוכחה זו הייתה אמורה להיות משוחררת.

זמן קצר לאחר מכן, הרופא ההולנדי יאן אינז'וז התרחב על עבודתו של הכומרלי בסדרה של ניסויים, הוא הראה כי ההשפעה הנינוחה של צמחים הדרושים לשמש.הוא הראה שרק החלקים הירוקים של הצמחים מסוגלים לייצר חמצן וכי התהליך עצר בחושך. Ingenhousz גם הבחין כי צמחים, כמו חיות, לצרוך חמצן בלילה - תהליך שאנו מכנים כעת התחדשות של יסודות אלה.

במאה ה-19, הבוטניקאי השוויצרי ניקולא-תודודור דה סאסור הגדיר את תפקידו של מים ופחמן דו-חמצני. על ידי מדידה של הצמח שגדל במיכלים חתומה, הוא הראה כי צמחים צברו מסה מפחמן דו-חמצני שנלקח מהאוויר ומים מהקרקע.זה היה צעד קריטי בזיהוי כי פוטוסינתזה היא תהליך סינתטי, אשר בונה חומר אורגני מקלטים אורגניים, מאוחר יותר, אשר הוכיח את הבוטצ'אן בין הצמחים הראשונים, לבין הבוטאסטרו של אור-ה של אור-ה, הוא צעד קריטי, הוא חשיפה ישירה של אור-שמש.

בתחילת המאה ה-20 הביאה גילויים חדשים. ⁇ הולנדית קורנליוס ואן ניל השווה את הפוטוסינתזה בצמחים ירוקים עם פוטוסינתזה חיידקית.הוא הציע שהחמצן ששוחרר על ידי צמחים מגיע ממים, לא מפחמן דו חמצני.השערה של ניל אושר בשנות ה-40 באמצעות תווית איזוטופית עם חמצן-18, טכניקה שעקבה אחר גורלם של מולקולות במהלך התגובות האור.

מכונות מולקולריות: Chloroplasts ו Pigments

הבנה מודרנית של photoynthesis מסתמכת על המחקר של chloroplasts, איברים מיוחדים שבו התהליך מתרחש. Chloroplasts נמצאים בתאי mesophyll של עלים והם כבולים על ידי מלמברן כפול.בתוך, מערכת מזכר פנימי מורכבת הנקראת בית Thylakoid ואת החלבון המורכב כי ללכוד אנרגיה בהיר.

(הגמנט העיקרי האחראי ללכידת אור הוא כלורופילפל:0 ⁇ 1 , מולקולה סופגת אור חזק ביותר בחלקים הכחולים והאדום של הספקטרום ומשקף אור ירוק, נותן משאיר את הצבע האופייני שלהם.גמנטים כגון ספקטרום פחמן:2bFLT 3, caroteids (beta-carotene), ו xthalphs-aducation) אשר יכול גם כן, כדי למנוע את הספקטרום של חומר הגנה.

חזירים מאורגנים למורכבות אור-הארוויטינג (LHCs) שאנרגיה פטרייתיתית למרכזי תגובה.מרכז התגובה הוא מולקולה מיוחדת של כלורופיל שעוברת הפרדה אחראית כאשר מתרגשת, תוך מתן המרה של אנרגיה קלה לאנרגיה כימית.בצמחים, שתי מערכות צילום נפרדות פועלות ב-Typhom: Photosystem II (PSII) ו- Photosystem (I) יש כל אחת לשנייה תגובה משלה לתמונות (I) ל-PSI) ל-PSI) , לפני 2.5I) ו-PSI) , יש גישה ל-PSI, 2, 2, 2, אשר ניתן לשנות את ה-PSI, 000 אנטרקורדולפני 2, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם של מערכת הדם הראשונה של מערכת הדם של מערכת הדם הראשונה של מערכת הדם של

תגובות האור-Dependent: From Photons to ATP ו- NADPH

התגובות תלויות האור הן הבמה שבה אור השמש מומרת לאנרגיה כימית.התגובות הללו מתרחשות על קרום המלטקושי ומערבות סדרה של מורכבות חלבון: PSII, מתחם ה-cytochrome B6f ו-PSI, יחד עם ATP synthase.

התפלגות מים ו-חמצן

כאשר אור מכה PSII, הוא מעורר אלקטרון במרכז התגובה P680, אשר מועבר למולקולה מקבלן (OEC) oxidized P680 משחזר אלקטרון על ידי פיצול מולקולה מים, תהליך שטוף על ידי מרכזי הבנה חמצן מעורבים (OEC) המכילה את Manganese, סידן ואטומי חמצן.

שרשרת תחבורה אלקטרונית ו- ATP Synthesis

אלקטרונים באנרגיה גבוהה מ-PSII מועברים לאורך סדרה של נושאים, כולל plastoquinone, cytochrome B6f מורכב, ו plastocianin. as אלקטרונים לעבור את השרשרת, אנרגיה משמשת כדי לשאוב מוצרים מדויקים מן ה-NPTMA לתוך ה-PSLGT, ובכך לבנות ⁇ Proton.

The Calvin Cycle: Fixing Carbon into Sugar

מחזור קלווין – שהתגלתה על ידי הביוכימאי האמריקני מלווין קלווין ועמיתיו בשנות החמישים באמצעות פחמן-14 רדיואקטיבי – הוא השלב השני של פוטוסינתזה.זה מתרחש ב"השרוטב" ומשתמש ב- ATP ו- NADPH שנוצר בתגובות האור לתקן פחמן דו-חמצני למולקולות אורגניות.

המחזור נמשך בשלושה שלבים: תיקון פחמן, צמצום והתחדשות של ribulose-1,5-bis פוספט (RuBP) בשלב הראשון, האנזים RuBisCO (ribulose-1,5-bispusphosphate carboxylase/oxygenase) בקטאז'ז את התגובה בין CO2 ל- RuBP כדי ליצור שישה תרכובות לא יציבות אשר נחשבות 3 אנזימים איטיים (R) באופן קבוע יותר מאשר RUSBase) באופן קבוע (Riclymprephicicicicicicicicicicicicic) ל-Riciciciciciciciciciciclyp) באופן קבוע) ל-Riclyze) ל-Riclyze) ל-Riclyze) ל-Riclyze) באופן קבוע (Riclyze) של , לעומת 2.

בשלב ההפחתה, 3PGA הוא זרחן על ידי ATP ו מופחת על ידי NADPH כדי ליצור גליגליסלדה 3-פוספט (G3P) כמה מולקולות G3P לצאת מהמחזור כדי לשמש הסינתזה של גלוקוז, עמיך, ותרכובות אורגניות אחרות; השאר ממשיך דרך שלב ההתחדשות כדי לבנות מחדש את RuBP באמצעות ATP נוסף עבור כל מולקולות CO2 קבועות (HDR) הוא אורך של גלוקוז.

צילום: תגובה של הצד ה Costly Side והתאמה אבולוציונית

photorespiration מתחיל כאשר RuBisCO משתמש חמצן במקום פחמן דו חמצני, לייצר מולקולה אחת של 3PGA ומולקולה אחת של זרגליקולט (2-phosphoglycolate) מסלול הסלביט עבור זרפוגליקולט, הנקרא photorespiration, צורכת ATP ומשחרר CO2, תוך צמצום היעילות הכוללת של photoynthesis עד 30% בתנאי חום, מנגנונים אלה מופעלים באטמוספירה של מנגנונים פחמן-חמצני.

C4 פוטוסינתזה, שהתפתחה באופן עצמאי מעל 60 פעמים, משתמשת הפרדה מרחבית כדי להתרכז CO2 באתר של RuBisCO. ב C4 צמחים (למשל, מאצ'ן, סוכרקני), CO2 הוא בתחילה קבוע לתוך תרכובת ארבעה פחמן (חמצן) תאים mesophyll, ולאחר מכן מועבר לתאי ארג'אט שבו הוא משחרר CO2 עבור מחזור קלווין זה ביעילות מאפשר cceericretrastrastrastos.

הבנת הבסיס המולקולרי של C4 ו- CAM הייתה מוקד מרכזי של מחקר פוטוסינתזה מודרני, במטרה להנדסה מסלולים אלה לתוך C3 יבולים כמו אורז וחיטה כדי לשפר את יעילות השימוש במים ולהניב. גישות ביולוגיה סינתטיות מנסים כעת להציג מנגנון פשוט יותר פחמן ריכוז פחמן (CC) בהתבסס על משאבות דו-קרבמיות שנמצאו ב cyanobacteria.

פריצות דרך מודרניות והנדסה גנטית

שני העשורים האחרונים היו עדים להתקדמות יוצאת דופן בהבנה המולקולרית ומניפולציה של פוטוסינתזה.עם הופעת ריצוף הגנום, CRISPR-Cas9 עריכת גנים, וביולוגיה מבנית ברזולוציה גבוהה, החוקרים יכולים כעת לשנות את המכונות הפוטוסינתזה עם דיוק חסר תקדים.

שיפור יעילות RuBisCO

מאמצים להנדס ראטבוס טוב יותר כבר שנים. על ידי בדיקת גרסאות RuBisCO מאורגניזמים שונים - כולל אצות אדומות, cyanobacteria, ואפילו חיידקים מסוימים כימותרפיסטים מסוימים - מדענים מקווים לזהות טפסים עם שיעור קטליטי גבוה יותר ורזולוציה חמצן נמוך יותר.

הנדסת תמונות: Pathways

החוקרים עיצבו מחדש את מחזור קלווין עצמו.לדוגמה, מדענים הציגו מסלולים חלופיים של תיקון פחמן מאורגניזמים אחרים, כגון מסלול גליקונין הצמצם או "מחזור CETCH" סינתטי (מחזור CO2 מלאכותי לחלוטין שנוצר בשלבים vitro) בשנת 2019, צוות בראשות טוביאס ארב הראה מחזור סינתטי יעיל מאוד כי מאמת את המחזור הטבעי קלווין ב vitro בעודו של מחקרים מתקדמים, עדיין הוכחה רדיקלית של מטבוליזם אפשרי עבור בדיקות אלה, עדיין מדגישה פוטנציאל של חומרים מתקדמים, הוא עדיין, הוכחה מוקדמת של חומרים מתקדמים, אך ורק לאחר מכן, הוכחה מוקדמת של חומרים מתקדמים, הוא הוכחה אפשרית של חומרים מתקדמים, הוא עדיין, כי הוא הוכחה מוקדמת של חומרים מתקדמים, הוא הוכחה מוקדמת של חומרים מתקדמים, הוא עדיין, כי הוא הוכחה של חומרים מתקדמים, כי הוא עדיין, כי הוא עדיין, הוכחה רדיקלית של חומרים מתקדמים, הוכחה של חומרים מתקדמים, כי הוא עדיין, כי הוא הוכחה של חומרים מתקדמים, כי הוא עדיין, כי הוא עדיין, כי הוא הוכחה לאפקטית פוטנציאל של חומרים מתקדמים, כי הוא הוכחה לאפקטיביים פוטנציאליים של חומרים מתקדמים, כי הוא עדיין, כי הוא עדיין, כי הוא עדיין, כי הוא עדיין, כי הוא עדיין, כי הוא הוכחה של חומרים מתקדמים, כי הוא עדיין מדגישה, כי הוא עדיין, כי הוא הוכחה של

גישה נוספת כרוכה בהגדלת היעילות של לכידת אור.על ידי שינוי הגודל והרכב של אנטנה אור-הארוויטינג, החוקרים יצרו צמחים שיכולים לסבול אטימות אור גבוהות ללא photoinhibition.התאמה של מנגנון "לא-פוטמי" (NPQ) אשר מתפזר אנרגיה עודף הוכח כדי להגביר את התשואות בניסויים בשטח עד 20%.

שיפור יעילות המים והלחץ

שינויי אקלים מציבים איומים גוברים על התפוקה באמצעות בצורת, חום ורמות CO2 גבוהות. הנדסה גנטית משמשת לשיפור היכולת של צמחים להתמודד עם לחצים אלה.Overexpressing גנים המעורבים בסינתזה של אוסמוגנים, אנזים נוגדי חמצון, או מתח תגובת לחץ-תגובה של מתח הדבקה גורמים יכולים לשפר את הביצועים הפוטוסינתזה בתנאים שליליים.

תמונות של שינוי האקלים ושינויי האקלים

הבנת פוטוסינתזה היא קריטית לטיפול בשינוי האקלים. מצד אחד, אורגניזמים פוטוסינתזה - במיוחד צמחים ארציים ופיטופלנקטון - לפעול כמו שוקי פחמן גדולים, סופג כ-30% מפליטת CO2 אנתרופולוגית מדי שנה.הגנה ושיפור כיור טבעי זה באמצעות דשן, פרקטיקות חקלאיות, והפריה באוקיינוס היא אסטרטגיה מרכזית.

אנרגיה ביולוגית עם לכידת פחמן ואחסון (BECCS) מסתמכת על פוטוסינתזה לייצר ביומסה כי הוא נשרף לאחר מכן עבור אנרגיה, עם התוצאה CO2 שנתפס ומאוחסנים מתחת לאדמה.שיפור היעילות הפוטוסינתזה של יבולים ביו-אנרגיה (למשל, מתגים, פופר) משפר ישירות את הכדאיות של טכנולוגיית פליטה שלילית זו.בנוסף, גישות ביולוגיה סינתטיות לייצר ערך גבוה מ-co-inactetral-co-atras, מציעה ישירות פחמן-atraanic ייצור פחמן-to-Ric חומרים כימיים.comanic.

כיוונים עתידיים: פוטוסינתזה מלאכותית ומעבר

המטרה הסופית של מחקר פוטוסינתזה היא לשכפל או אפילו לעלות על יעילות הטבע במערכת סינתטית. artificial photoynthesis שואפת להשתמש באור השמש כדי לחלק מים לייצר דלק מימן, או להפחית CO2 לדלקים נוזליים כגון methanol. Mimicking Z-scheme של photoynthesis טבעי עם זרזים אורגניים (למשל, טיטניום דו-חמצני, חמצני, ספקטרום של תאים אלקטרו-כימיים, אשר הראו זרזים אחרונים, אך יש התקדמות אלקטרו-דלקתית של זרזיתיתית) עם זרז טבעי זרזית, אך יש זרזית זרזית, אך זרזית, זרזית, יש זרז, אך זרזית, זרז, זרז, זרז, 000 זרז, זרז, 000 זרז, זרז, אך זרז, זרז, 000 זרז, 000 זרז, זרז, 000 זרז, זרז, 000 זרז טבעי זרז, אך זרז, זרז, 000 זרז, זרז, מהירויות זרז, אך זרז, 000 זרז, 000 זרז, 000 זרז, 000 זרז, 000 זרז, 000 זרז, אך זרז טבעי

עוד גבול מרתק הוא התפקיד של אפקטים קוונטיים בצילומים.ניסויים הראו כי העברת אנרגיה בתוך קומפלקסים אור-הארכיטינג עשויה לכלול קוהרנטיות קוונטית, שבו אנרגיה נעה במקביל לאורך מסלולים מרובים לפני התיישבות על מרכז התגובה. בעוד מחקר ביולוגיה קוונטית זה מרמז כי האבולוציה עשויה לנצל תופעות קוונטיות עדינות כדי אופטימיזציה של אור לכידת.

לבסוף, המחקר של פוטוסינתזה ממשיך להודיע אסטרוביולוגיה. על ידי הבנת הדרישות המינימליות עבור פוטוסינתזה חמצן - מים, אור, CO2, ואלמנטים מסוימים של עקבות - מדענים לחדד את החיפוש שלהם עבור כוכבי לכת מתונים. החתימה ספקטרלית של חמצן וחום מים באווירה של כדור הארץ יכול להצביע על נוכחות של חיי פוטוסינתזה.

מסקנה

המסע המדעי להבין את הפוטוסינתזה הוא אחד הסאגות הגדולות של הביולוגיה.מנר של כמרים ומינוי למבנים הרזולוציה האטומית של מערכות פוטו-מערכת, כל פריצת דרך עמיקה את הערכתנו לתהליך האלגנטי הזה כיום, הנדסה גנטית וביולוגיה סינתטית מציעים כלים חסרי תקדים כדי לשפר את יעילות פוטוסינתזה, אשר יכול לעזור להאכיל אוכלוסייה הולכת וגדלה, לשנות אקלים, לייצר דלקים בר-קיימא, אך עדיין לא ידוע - כמו גם עוזר לרת תמונות ולפתח באופן יחסי, כמו גם את ההתפתחות האנושית, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, ממשיכה, כמו גם את ההתפתחות של התפתחות סביבתית, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם עם התפתחות הדדית, ממשיכה.

מקור:0 (ב) 1

  • [15] [15] [15] [15] [15]
  • (ב) טבע: הנדסה יעילה יותר רובסקופולומבייט 1
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ביולוגיה סינתטית מתקרבת לתמונות
  • (FLT:0)IPCC: שינוי קרקע ואקלים - תפקיד פוטוסינתזה בפחמן משקעים