Rubisco ist wohl das am häufigsten vorkommende und wichtigste Protein auf der Erde. Dieses Enzym löst die Photosynthese aus, bei der Pflanzen Sonnenlicht in Energie umwandeln, um das Pflanzenwachstum und die Produktivität zu fördern. Rubiscos Aufgabe ist es, Kohlendioxid (CO) einzufangen und zu reparieren₂) In Zucker, der die Fabrikaktivitäten antreibt. Rubisco ist zwar für das Pflanzenwachstum von Vorteil, kann aber auch sehr langsam arbeiten, wodurch die Effizienz der Photosynthese beeinträchtigt wird.

Etwa 20 Prozent der Zeit Rubisco Sauerstoff (O.₂) Moleküle anstelle von Kohlendioxid₂Auf Kosten der Pflanzenenergie, die zur Erzeugung der Ernte verwendet worden wäre. Dieser zeit- und energieaufwendige Prozess wird als Photorespiration bezeichnet, da die Pflanze ihre Enzyme durch drei verschiedene Kompartimente innerhalb der Pflanzenzelle sendet.

Aber viele Photosynthetische Organismen Es wurden Mechanismen entwickelt, um einige der Einschränkungen von Rubisco zu überwinden “, sagte Ben Long, der diese neueste Studie leitete, die in veröffentlicht wurde PNAS Für ein Forschungsprojekt namens Realizing Photosynthesis Efficiency (RIPE). RIPE, das von Illinois in Zusammenarbeit mit der Australian National University (ANU) geleitet wird, entwickelt Pflanzen, um durch Verbesserung der Photosynthese produktiver zu werden.

Zu diesen Organismen gehören Mikroalgen und Cyanobakterien aus Aquatische Umgebungen, Das effizient mit Rubisco-Enzymen zusammenarbeitet, die sich in flüssigen Proteintröpfchen und Proteinkompartimenten befinden, die als Pyrenoide und Carboxysomen bezeichnet werden “, sagte der leitende Forscher Long von der ANU Research School of Biology.

Wie diese Proteinfraktionen bei der Rubisco-Funktion helfen, ist nicht vollständig bekannt. Das ANU-Team versucht, die Antwort mit a zu finden Mathematisches Modell Was sich auf die chemische Reaktion von Rubisco konzentrierte. Da sammelt es Kohlendioxid₂ Rubisco setzt aus der Atmosphäre auch positiv geladene Protonen frei.

„ In Rubisco-Kabinen können diese Protonen Rubisco beschleunigen, indem sie die Menge an Kohlendioxid erhöhen₂ Verfügbar. Protonen helfen dabei, Bicarbonat in Kohlendioxid umzuwandeln₂Lange gesagt. Bicarbonat ist die Hauptquelle für Kohlendioxid₂ In aquatischen Umgebungen und Photosynthese Die Organismen, die Bicarbonat verwenden, können uns viel darüber erzählen, wie Kulturpflanzen verbessert werden können. “

Das mathematische Modell des ANU-Teams gibt eine bessere Vorstellung davon, warum diese Rubisco-Spezialteile die Enzymfunktion verbessern können, und gibt ihnen mehr Wissen darüber, wie sie sich entwickelt haben. Eine der Hypothesen aus der Studie legt nahe, dass die Kohlendioxidperioden abnehmen₂ In der alten Erdatmosphäre kann dies der Grund sein, warum Cyanobakterien und Mikroalgen diese speziellen Teile entwickelt haben, während sie auch für Organismen von Vorteil sein können, die in Umgebungen mit schwachem Licht wachsen.

ANU-Mitglieder des RIPE-Projekts versuchen, auf Kulturpflanzen spezialisierte Rubisco-Stände zu bauen, um die Erträge zu steigern.

Long erklärte: „Die Ergebnisse dieser Studie geben einen Einblick in die korrekte Funktion von Rubisco-Nischenständen und geben uns ein besseres Verständnis dafür, wie wir erwarten, dass sie funktionieren die Pflanzen. „“