深入淺出–光合作用在植物體外的應用

光合作用(Photosynthesis)一直以來都係一個好「神奇」的化學作用。

植物只要成功吸取陽光、水份及二氧化碳的話，就可以利用葉綠體(Chloroplast)將水份拆解變成為氧氣、將二氧化碳轉化成為植物糖份、蛋白質以及脂肪的一部份。

近日，科學家們成功將光合作用的化學反應搬出植物以外，在人工晶片裡頭進行光合作用，成功將大氣間的二氧化碳轉換成為名為Glycolate的碳化合物，並把研究結果刊登在《Science》期刊上，被一眾科學家們視之為科研界上的一道重大新突破；

Glycolate常被用作為製造去死皮膏的一種主要材料以及作製膠用途。

學術文章source:https://science.sciencemag.org/content/368/6491/649

為咗令大家更容易理解得到箇中的成果，下文將會盡量避免使用複雜的科學用詞，扼要講述裡頭的原理和重點，達深入淺出之效。

要了解今次的科研成果，我哋無可避免一定要理解光合作用的基本知識。

下圖（圖1）為我個人所畫的光合作用簡化版本，當陽光照射到樹葉裡頭的葉綠體後，一系列的化學作用將會發生在名為類囊體的器官裡頭(Thylakoid，圖中的一大疊長方形)，水份將會拆解成為氧氣，同時間亦會產生ATP及NADPH這兩種化學物質。

其後，大氣間的二氧化碳將會與葉綠體內的碳化合物及各種酵素產生一系列的反應，過程中將會消耗早前所產生的ATP以及NADPH，最後得出糖、脂肪及蛋白質的化學物，這就是光合作用的扼要流程。

題外話，蔬菜在冬天時候總是會特別比較甜，其中的原因就係植物會化解裡頭的澱粉為葡萄糖，從而減低細胞裡頭水份的結冰溫度，盡量避免內部結冰細胞破壞的發生。

為咗喺植物體外進行光合作用，科學家們特別抽取了菠菜內的Thylakoid，利用名為Microfluidic的時興技術把Thyakoid注入在同時含有油份及水份的珠狀物內（圖2b)。

產生出來的珠狀物直徑為97um，誤差率為上下20%，裡頭的綠色物體為菠菜的Thylakoid。（1cm=10mm，1mm=1000um，可想而知那些珠狀物真的是非常細小）

這些珠狀物將會放置在晶片的管道裡頭，然後將會利用已調較合適光度的外來光源直接進行照射（圖2c)，從而產生ATP及NADPH。

在這個研究中，科學家們在水珠物內注入了轉化二氧化碳為Glycolate的酵素，酵素亦動用得到裡頭的ATP及NADPH，成功產生出Glycolate。

按照依一個原理，只要能夠注入相應的酵素到水珠裡頭，而內裡的化學環境均調節妥當的話，外間的二氧化碳在理論層面上將能夠變成為各種含碳的化合物，葡萄糖、乳酸、果糖等等。

依一個應用將會讓人類得以更有效率利用光合作用製作各種含碳的化合物，全程在人工晶片裡發生的關係，再唔需要擔憂蛇蟲鼠蟻的侵襲，而且佔用空間亦會比一般植物細少好多，光暗亦非常容易調節。

只不過，現今依一套辦法仍然有著相當的限制，先唔講要大花時間找出各酵素效率得以升至最高的環境，而且根據報告結果指出，整個人工系統經歷16小時的光合作用後，效率便已足足減低了30%，難以套用在長時間的應用之上。

無論如何，依一份成果絕對是一道大突破，今後相信將會有接續的發展，難保有一日市面上的糖果就可能真係依靠依一種人工晶片的光合作用所製成。

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