Как стать автором
Обновить

Комментарии 25

Побуду занудой-ботаником с вашего позволения
хлоропласты когда-то сами были простейшими, а около 3,5 миллиардов лет назад были захвачены клетками цианобактерий, где превратились сначала в симбионтов
хлоропласты и есть потомки захваченных цианобактерий. И было это не так давно, 3,5 Gy назад LUKA вероятно ещё жил, но он вряд ли был цианеей, а те, кто мог их захватить, скорее всего ещё не существовали, во всяком случае это было намного более позднее событие, после Кислородного события, какое уж он там бы ни было
Плюсанул вам в карму, спасибо за замечание

Спасибо вам, рад, если оказался полезен

Если быть точным, то предок хлоропласта (какая-то цианобактерия) был захвачен уже эукариотическим организмом и произошло это 1 - 1.5 млрд лет назад.

Интересно, а почему рассматривается фотосинтез как только источник энергии? Ну в смысле почему только разделить воду на кислород и водород?
Это как раз простая задача — брать обычную солнечную батарею и электролизом добывать водород.
Гораздо интереснее сделать искусственное производство к примеру сахара.
И еще момент. Вроде бы считается, что мол растения потребляют CO2 и мол это хорошо. Но так ли это на самом деле если рассмотреть весь жизненный цикл растения? К примеру растение пока растет накапливает углерод. Но как дерево упало и стало гнить так извольте углерод окисляется и выделяется углекислый газ.
Там где дерево упало — вырастает новое. Объём захваченного из атмосферы углерода в среднем сохраняется, если искусственно не уменьшать площади зелёных насаждений. И даже растёт, если не осушать болота (болота хоронят углерод в виде торфа).
Но как дерево упало и стало гнить так извольте углерод окисляется и выделяется углекислый газ.
Так и есть, но это процесс не мгновенный. Многие деревья и животные до сих пор лежат в виде каменного угля и нефти.
Считается что в те времена не было микроорганизмов умеющих перерабатывать древесину, поэтому в карбоне мог появиться каменный уголь. Сейчас подобных условий нет — деревья гниют быстрее чем окаменеют.

Потому что в статье неполностью раскрыта энергетика процесса. В ходе световой фазы фотосинтеза энергия накапливается в виде восстановленных восстановительных эквивалентов (NADPH, например) и градиента протонов. Последний используется в том числе для синтеза ATP. А вот уже в темновой фазе фотосинтеза у растений в ходе цикла Кальвина фиксируется CO2, а энергия, запасённая в ATP и NADPH, позволяет синтезировать сахара.

А ещё растения дышат, то есть потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Особенно это заметно ночью.

Фиксированный углерод неполностью минерализуется в CO2, а в том числе используется сапротрофами для включения в свою биомассу.

Очевидный недостаток фотосинтеза заключается в том, что хлоропласты извлекают энергию лишь из сравнительно узкой (зеленой) части спектра.

Что, простите?

Упоминавшийся выше диоксид титана также поглощает фотоны именно в «зеленой» части спектра.

А как цвет диоксида титана соотносится с этим утверждением?

Очевидный недостаток фотосинтеза заключается в том, что хлоропласты извлекают энергию лишь из сравнительно узкой (зеленой) части спектра.

Как раз наоборот. Хлоропласты из зелёной части спектра энергию не извлекают, они зелёную часть спектра отражают, поглощая большую часть остального видимого света.

Мне, как не специалисту, кажется , что подбор оптимальных химико-биологических параметров (для активных молекул, для всего механизма) должен неплохо брутфорситься современными неросетями (по сути, имитируя эволюционный процесс).

Ну и почему все так хотят сделать фотосинтез "в пробирке", почему бы не двинаться по пути модификации существующих растений - сделать условный "бамбук", который и растёт ещё в несколько раз быстрее (и до 100м вверх), и даёт дофига полезных ништяков, те же плоды/древесину/клубни/и т.д. ?

Мне, как не специалисту, кажется, что подбор оптимальных химико-биологических параметров (для активных молекул, для всего механизма) должен неплохо брутфорситься современными неросетями (по сути, имитируя эволюционный процесс).
Ну если спускаться на уровень биохимии, то при наивном подходе, там параметров чуть (на несколько порядков) больше чем используется в современных нейросетях. При разумном подходе нужен человек, который отберёт разумные параметры и это явно не брутфорс. А в последнем случае нет гарантий получения лучшего варианта, которым может оказаться небольшая модификация совсем другой части энзима, приводящая к небольшому смещению реакционного центра в более удачное положение.

Брутфорс и нейросети это в каком-то смысле противоположные вещи. А так, поиск "biochemistry cell simulation" дает какие-то интересные материалы.

сделать условный "бамбук", который и растёт ещё в несколько раз быстрее (и до 100м вверх), и даёт дофига полезных ништяков, те же плоды/древесину/клубни/и т.д.

К сожалению, энергетические возможности живых организмов ограничены, поэтому обычно можно заставить либо быстро расти, либо давать богатые веществами плоды.

Если принять, что можно повысить КПД фотосинтеза нашего «бамбука» в 2-3 раза, не вижу проблем настроить итоговое растение под нужные параметры (сорт для «древесины», сорт для «сахара» и т.д.)

А проверять молекулы как, в какой симуляционной среде?

Тоже побуду занудой :)

Его КПД составляет всего 1-2%

Это смотря как считать КПД. Если за 100% принять все фотоны, которые падают на лист, то да, так и окажется. А если за 100% считать поглощённый хлорофиллом фотон, то потери энергии будут только тепловыми, и КПД будет где-то порядка 50%. Ещё нужно понимать, что энергия сначала запасается в NADPH и протонного градиента. Протонный градиент частично используется на синтез ATP. А вот NADPH и ATP затем используются для синтеза сахаров в ходе фиксации CO2 в цикле Кальвина. И что считать полезной работой: запасание энергии в NADPH и протонном градиенте, в NADPH и ATP или синтез сахаров? Сложно. В биоэнергетике считают первый вариант. А с циферками можно поиграться тут.

Вот такая монструозная молекула направляет реакцию фотосинтеза – делая это исправно, но очень медленно.

Рубиско не имеет формального отношения к фотосинтезу, он просто фиксирует углерод CO2 и есть только у организмов с циклом Кальвина (это фотосинтезирующие эукариоты и цианобактерии). В природе есть ещё 5 путей фиксации CO2! В целом, если говорить про фотосинтез, то оптимизация рубиско -- лишь один из возможных способов, можно поиграться и с остальными путями фиксации CO2 или перенаправлять биохимические процессы с синтеза углеводов на что-нибудь другое.

а около 3,5 миллиардов лет назад были захвачены клетками цианобактерий, где превратились сначала в симбионтов, затем в паразитов, а еще позже в обычные органеллы.

Строго говоря, паразитизм -- это форма симбиоза. А вообще, в паразитов не превращались. По современным представлениям, сначала цианобактерии были экзосимбионтами каких-то эукариот, затем стали эндосимбионтами, а в конце -- органеллами. Паразитизма никогда не было, так как сосуществование организмов было взаимовыгодным. Ну и поправьте неточность в тексте: цианобактерии были предками хлоропластов, и это их захватила эукариотная клетка.

Избыток углекислого газа должен превратиться из проблемы в ресурс

Это сработает, только если фиксировать CO2 (а это куча ферментов и технологических сложностей по отводу продуктов фиксации). Технически проще разработать систему, которая будет улавливать солнечную энергию, возбуждённый электрон девать на анод, а дырку заполнять электронами из воды или иных молекул (сероводород, например).

Увы, автор стал жертвой википедии. Известно, что вики нужно верить с осторожностью. Автор приводит на одной картинке «Хлорофилл» и «Гем». А сравнить картинки не постарался? Метильные группы на 2ой обозначены, как CH3 (иногда обозначают короче: Me), а на первой все водороды прорисованы, что перегружает изображение структурной формулы. Можно было посмотреть англовики — там приличная формула. Взял бы полистал любой журнал по органике — увидел, как пишут формулы. Из такого оформления следует вывод, что автор не химик и не биохимик, написал про незнакомую область, и как после этого верить утверждениям типа?:

Хлорофилл решает две задачи, особенно важные для современной экологии: 1) расщепляет углекислый газ, помогая таким образом купировать глобальное потепление и 2) позволяет получать водород, являющийся одним из наиболее экологически чистых видов топлива.


В школе на ботанике нам не говорили, что растения выделяют водород. Сожалею, я не биохимик, но химик-органик-синтетик, физ-химик и мат-химик и не мог пройти мимо такой несуразности.

Имелось ввиду выделение протонов в межмембранное пространство органеллы. Наличие протонного градиента - основа работы АТФ - синтазы

Не мог не пройти мимо. Уважаемый автор статьи, прошу Вас, найдите в Вашей местной оффлайн-библиотеке, либо купите онлайн либо даже скачайте учебник по физиологии растений, их полно, на самом деле. И материал в них подан достаточно доступно. Просто фраза
Очевидный недостаток фотосинтеза заключается в том, что хлоропласты извлекают энергию лишь из сравнительно узкой (зеленой) части спектра.

абсолютно, диаметрально противоположна тому, как в реальности работает фотосинтез у растений.
В поисковике Вы можете набрать фразу
пики поглощения хлорофилла
И получить результаты от той же Википедии до специализированных сайтов по теме физиологии растений, показывающих картину поглощения фотонов с различной длиной волны листом растения.
Примеры:
Спектр действия фотосинтеза:
Cпектр действия фотосинтеза — кривая зависимости интенсивности фотосинтеза от длины волны падающего света. Эта зависимость даёт понять при какой длине волны света наиболее эффективно протекают фотохимические реакции фотосинтеза. Хлорофилл гораздо более эффективно поглощает красную и синюю части спектра, которые наиболее эффективны для осуществления фотосинтеза. Поэтому на графике спектра действия присутствуют два пика в красной и синей области

image
Справочник химика 21:
image
Прочие изображения, доказывающие наличие красного и синего пика поглощения:
image
image
image
image

Литература, которой можно воспользоваться:
image
Судя по тому, что ни одной ошибки не поправлено — автору… И это крайне грустно, так как Хабр тем и ценен, что комметаторы делают статью вычитанной и на нее можно опереться.
Статья, опираясь на авторитет ресурса, разойдется как заслуживающая доверия (+37!!!).
Нужны ли такие авторы на сайте?
если посмотреть трезво и со стороны — фотосинтез вовсе не является проблемой. Устроить его лабораторно можно хоть в школе.
Проблема в создании «электродов» с огромной и не деградирующей (или восстанавливающейся) поверхностью. Именно потому не удаётся получить процесс нужной интенсивности и постоянства.
Но… если до создания подобных поверхностей дойдут, то фотосинтез явно окажется мелкой и не самой нужной задачей: и фотовольтаика, и аккумуляция энергии далеко превзойдут нынешние показатели. Ну, то есть и фотосинтез будет, почему бы и нет?

Проблема в том что "фотосинтез" - по определению создание сложных соединений под воздействием фотонов. Уже на уровне определения энергетикой тут не пахнет, ибо придется включать кучу промежуточных этапов связанных с окислением полученных веществ. Использование мембранных структур (фс2 и фс1) с разделением аналогичным цепи переноса электронов митохондрий не может дать какие либо большие потенциалы, по сравнению с тем же фотоэффектом. Системы капризные, сроки деградации короткие, требуется постоянное биологическое обновление.

Я как биофизик, ну совсем скептически отношусь к этому направлению энергетики

Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.