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[热点1]非自然固碳与合成淀粉
★[热点信息]
中国科学院天津工业生物技术研究所马延和等报道了由11步核心反应组成的人工淀粉
合成途径(ASAP),该途径偶联化学催化与生物催化反应,在实验室实现了从二氧化碳和氢气
到淀粉分子的人工全合成。通过从头设计二氧化碳到淀粉合成的非自然途径,采用模块化反
应适配与蛋白质工程手段,解决了计算机途径热力学匹配、代谢流平衡以及副产物抑制等问
题,克服了人工途径组装与级联反应进化等难题。在氢气驱动下ASAP将二氧化碳转化为淀
粉分子的速度为每分钟每毫克催化剂22nmol碳单元,比玉米淀粉合成速度高8.5倍;ASAP
淀粉合成的理论能量转化效率为7%,是玉米等农作物的3.5倍,并可实现直链和支链淀粉的
可控合成。该成果不依赖植物光合作用,实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成。
★[热点专练]
1.2021年9月24日,一篇重磅研究论文登上了国际顶级学术期刊《科学),中国科学
院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队,采用一种类似“搭积木”的方式,从头
设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径,在实验室中首次实现从二氧化碳到淀
粉分子的全合成。该途径使用了从自然界动物、植物、微生物等31种不同物种分离出来的
62种生物酶催化剂。下列叙述错误的是()
A.构成淀粉的元素只有C、H、O三种
B.该技术使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能
C.该技术能高效地合成淀粉,主要原因是科学家设计合成了全新的更加高效的酶
D.该技术的机制可能包括利用催化剂将二氧化碳通过一系列的化学反应转化为六碳化
合物,再将六碳化合物连接成淀粉
解析:℃〔淀粉属于多糖,其元素组成只有C、H、O三种,A正确,根据题干“在实验
室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成”可知,该技术使淀粉生产从传统农业种植模
式向工业车间生产模式转变成为可能,B正确,据题干信息“该途径包含了来自动物、植物、
微生物等31种不同物种的62种生物酶催化剂”可知,该技术中的酶来自自然界中不同生物,
c错误,因为该技术首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成,联系光合作用的暗反应过程,
推测该技术的机制可能包括利用催化剂将二氧化碳通过一系列的化学反应转化为六碳化合物,
再将六碳化合物连接成淀粉,D正确。]
2.人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表
示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。下列有关说法正确的是
()
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太阳
电极
发电装
酶系统
电能
开关
HO
模块1
模块2
模块3
A,模块1相当于叶绿体内膜,模块2相当于类囊体薄膜
B.模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP+等
C.甲、乙两种物质分别是三碳化合物和五碳化合物
D.在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量相等
解析:B[从图中分析,模块1和2模拟的是水的分解和能量转换,属光反应过程,在
叶绿体类囊体薄膜上进行,A错误:从图中分析,模块3模拟的是暗反应过程,暗反应为光
反应提供ADP、Pi和NADP+等,B正确;甲与二氧化碳结合形成三碳化合物,因此甲是五碳
化合物,乙是三碳化合物,C错误;与植物光合作用固定的C02量相等的情况下比较,由于
植物光合作用制造的糖类部分要供给呼吸消耗,而该系统只合成糖类,不消耗糖类即不会进
行呼吸作用,所以该系统积累的糖类多,D错误。]
3.我国科学家利用CO2人工合成淀粉获得成功。该技术分为三个阶段:阶段1由CO2
在一定的条件下生成C甲醇),C,经过缩合反应依次生成DHA(二羟丙酮)、DHAP(磷酸二羟
丙酮)、GAP等三碳中间体;阶段Ⅱ由GAP通过缩合反应生成六碳化合物;阶段由六碳化
合物经过生物聚合反应生成淀粉,下列说法错误的是()
A.绿色植物叶肉细胞内类似于阶段I的过程发生在叶绿体基质
B,叶肉细胞内类似于阶段Ⅱ的过程需光反应提供NADPH和ATP
C.叶肉细胞内类似于阶段Ⅱ的过程需要相关酶催化并提供活化能
D.研究该过程中淀粉的合成途径利用14C同位素标记比3O更合适
解析:C[阶段I由C02在一定的条件下生成三碳中间体,绿色植物叶肉细胞内类似于
阶段1的过程是二氧化碳的固定,发生在叶绿体基质,A正确:阶段Ⅱ由GP通过缩合反应
生成六碳化合物,叶肉细胞内类似于阶段Ⅱ的过程是Cg的还原,需光反应提供NADPH和ATP,
B正确:酶的催化是降低化学反应的活化能,不能提供活化能,C错误;D、该过程中淀粉的
合成途径与卡尔文循环反应过程相似,用1℃标