光合作用與諾貝爾獎(jiǎng)

光合作用(photosynthesis)是綠色植物吸收陽(yáng)光的能量，同化和水，制造有機(jī)物并釋放氧的過(guò)程。

這一個(gè)看似簡(jiǎn)單的光合反應(yīng)過(guò)程，卻是科學(xué)家經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的不懈研究才得到的。最早研究光合作用可以追蒴到1648年比利時(shí)的科學(xué)家范·海爾蒙特首次探究植物生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)料。后來(lái)，1771年英國(guó)的普利斯特萊通過(guò)研究得知植物生長(zhǎng)需要吸收CO₂和釋放O₂。1779年荷蘭的科學(xué)家揚(yáng)·英根豪斯證明植物需要陽(yáng)光才能制造O₂。1864年德國(guó)植物生理學(xué)家薩克斯通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明淀粉是光合作用的產(chǎn)物。1940年魯賓和卡門(mén)證明了光合作用釋放的O₂來(lái)自水，糖類(lèi)中的氫也是來(lái)自水。雖然至此，光合作用似乎已經(jīng)清楚，而實(shí)際上光合作用是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程。

光合作用被諾貝爾獎(jiǎng)基金委員會(huì)是“地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)”它是地球上一切生命生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。到目前為止，共有8次諾貝爾獎(jiǎng)的桂冠被從事光合作用研究的科學(xué)家所摘取。

1．因研究葉綠素而獲獎(jiǎng)

第一位是德國(guó)科學(xué)家威爾施泰特，通過(guò)研究指出葉綠素是一種由葉綠醇和含鎂的葉綠酸所形成的酯。威爾施泰特因?qū)χ参锷氐难芯浚貏e是在葉綠素化學(xué)結(jié)構(gòu)研究中所作的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)而榮獲1915年諾貝爾獎(jiǎng)。第二位是德國(guó)科學(xué)家費(fèi)歇爾爾，他比較系統(tǒng)地研究了卟啉類(lèi)化合物，其中包括葉綠素和鐵血紅素，后經(jīng)費(fèi)歇爾修訂的葉綠素分子結(jié)構(gòu)一直沿用至今。1930年，費(fèi)歇爾因研究血液和植物葉子的色素并制造成人造血紅素而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。第三位是美國(guó)科學(xué)家伍德沃德，他于1960年合成了葉綠素。他在天然有機(jī)化合物包括葉綠素的合成中所取得的成就受到世界科學(xué)家們的推崇，因此，他獲得了1965年度諾貝爾獎(jiǎng)。

2．因研究類(lèi)有蘿卜素而獲獎(jiǎng)

瑞士科學(xué)家卡勒因研究類(lèi)胡蘿卜素等物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)于1937年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。雖然他不是直接針對(duì)類(lèi)胡蘿卜素作為光合作用的天線(xiàn)色素而研究，但是他的研究結(jié)果對(duì)研究類(lèi)胡蘿卜素的這一天線(xiàn)色素的光合特性具有重要作用。

3．因發(fā)現(xiàn)卡爾文循環(huán)而獲獎(jiǎng)

早在20世紀(jì)40年代后期，美國(guó)科學(xué)家卡爾文領(lǐng)導(dǎo)的研究小組歷經(jīng)10年通過(guò)同位素示蹤法研究發(fā)現(xiàn)，在暗反應(yīng)中，CO₂首先與1分子5碳糖(1，5一二磷酸核酮糖)反應(yīng)，5碳糖因此被稱(chēng)為CO₂的受體。反應(yīng)的結(jié)果是生成2個(gè)分子的含有3個(gè)碳原子的3碳化合物。3碳化合物經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)后又可生成二磷酸核酮糖而重新作為CO₂的受體。這條周而復(fù)始地同化CO₂的途徑后來(lái)就被稱(chēng)之為卡爾文循環(huán)。卡爾文也因“確立植物吸收二氧化碳時(shí)所涉及的化學(xué)反應(yīng)順序”于1961年獲諾貝爾獎(jiǎng)。

4．因研究ATP而獲獎(jiǎng)

英國(guó)生物化學(xué)家米切爾通過(guò)仔細(xì)研究，提出了“化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)”，認(rèn)為由酶、輔酶等組成的膜具有傳遞電子、質(zhì)子的功能，從而造成膜兩邊的電位差和質(zhì)子濃度差，使電子和質(zhì)子可以滲透過(guò)膜，推動(dòng)了ATP的生成。米切爾因此于1978年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。美國(guó)科家博耶、英國(guó)科學(xué)家沃克和丹麥生物物理學(xué)家斯科是ATP合成酶的研究者，通過(guò)ATP的合成與分解，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中的能量就轉(zhuǎn)移到各種需能反應(yīng)中，滿(mǎn)足生物體各種生理、生命活動(dòng)的需要。三人因此于1997年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

5．因研究光合作用反應(yīng)中心而后獲獎(jiǎng)

德國(guó)科學(xué)家戴森霍弗、胡貝爾、米歇爾3位科學(xué)家測(cè)定出了光合作用反應(yīng)中心膜蛋白一色素的三維空間結(jié)構(gòu)，揭示出電子和能量的傳遞作用，這一成就在光合作用的研究中邁出了關(guān)鍵一步。他們因此共同獲得了1988年度諾貝爾獎(jiǎng)。

光合作用機(jī)理的研究雖然取得了很多突破，但是還有許多問(wèn)題尚不清楚。因此，光合作用的研究還有許多工作要做。