Figur 1:Avgiftsfördelning på aktiva platser och CO2-igenkänningsförmåga för olika typer av RuBisCO. S rel i grafen visar värdet som anger CO2 -igenkänningsförmågan för varje RuBisCO. Ju högre värde, desto effektivare är fixeringsreaktionen. Ytladdningarna är markerade röda för minus, blå för plus, och vit för neutral. Den nedre raden visar avgiftsfördelningen runt aktiva webbplatser. Kredit:Kobe University
RuBisCO spelar en nyckelroll i fotosyntesen och är ett av de mest förekommande enzymerna i världen. Ett japanskt forskarlag har avslöjat hur laddningsfördelning på RuBisCOs aktiva platser är kopplat till enzymets förmåga att känna igen koldioxid. Denna upptäckt kan potentiellt användas för att förbättra den koldioxidbindande förmågan hos RuBisCO, vilket kan öka fotosynteshastigheten i växter, öka livsmedelsförsörjningen och sänka koldioxidutsläppen. Resultaten publicerades den 28 februari i Transaktioner i det biokemiska samhället .
Denna gemensamma forskning leddes av docent Hiroki Ashida (Kobe University Graduate School of Human Development and Environment), professor emeritus Akiho Yokota (Nara Institute of Science and Technology) och docent Eiichi Mizohata (Osaka University Department of Applied Kemi).
RuBisCO (förkortning av ribulos 1, 5-bisfosfatkarboxylas/oxygenas) är ansvarig för att katalysera koldioxidfixering i fotosyntes, processen som omvandlar CO 2 från atmosfären till socker och kolhydrater. Dock, det är inte ett effektivt enzym - det misstas ibland syre för CO 2 , och slutar katalysera syre samt fixera koldioxid. Denna dåliga diskriminering av CO 2 , i kombination med de höga syrekoncentrationerna i jordens nuvarande atmosfär, begränsar koldioxiden kraftigt 2 -fixeringsreaktion. RuBisCOs dåliga prestanda som CO 2 -fixeringsenzym begränsar växternas och algernas fotosyntetiska kapacitet.
Intressant, RuBisCOs förmåga att känna igen CO 2 skiljer sig åt beroende på den fotosyntetiska organismen. RuBisCOs CO 2 igenkänning förbättras för organismer i följande ordning (låg till hög):cyanobakterier, grönalger (Chlamydomonas), växter (ris), och rödalger (Gardieria). Kompaniet 2 igenkänningsvärden för RuBisCO i grönalger, växter och rödalger är 1,5 gånger, 2 gånger och 6 gånger högre än för cyanobakterier.
För att belysa vad som orsakar dessa olika CO 2 igenkänningsnivåer, teamet genomförde en detaljerad analys och jämförelse av den 3-dimensionella strukturen hos olika RuBisCO-enzymer. Efter analys av laddningsfördelningen på ytan av de aktiva platserna i RuBisCO, de fann att de aktiva platserna visade en minus laddning i RuBisCO med lågt CO 2 erkännande, medan laddningen tenderade att vara neutral i RuBisCO med hög CO 2 erkännande. I allmänhet, strukturer och ställen med neutral laddning har låg bindningsaffinitet med syre. Från detta, det blev tydligt att laddningsfördelning på ytan av de aktiva platserna för RuBisCO är den avgörande faktorn för den relativa mängden CO 2 och syre nära de aktiva platserna. CO 2 koncentrationerna är högre i RuBisCO med neutrala laddningar på aktiva ytor, så dessa typer visar överlägsen CO 2 förmåga att känna igen.
Tills nu, forskare har försökt förbättra CO 2 igenkänningsförmåga hos RuBisCO med förväntan att detta skulle förbättra fotosyntetiska förmågor hos växter, men de var inte säkra på vilken sorts RuBisCO de skulle designa. Baserat på detta nya fynd, vi kan skapa RuBisCO med en hög CO 2 förmåga att känna igen. Vi hoppas att detta kan tillämpas för att förbättra växternas fotosyntetiska förmågor, öka mattillgången, lägre CO 2 nivåer, och påskynda produktionen av alternativa bränslen.
