Hvorfor fotosyntese virker bedre for nogle planter end andre

RuBisCO spiller en nøglerolle i fotosyntesen og er et af de mest forekommende enzymer i verden. Et japansk forskerhold har afsløret, hvordan ladningsfordeling på RuBisCOs aktive steder er knyttet til enzymets evne til at genkende kuldioxid. Denne opdagelse kan potentielt bruges til at forbedre RuBisCOs fikseringsevne for kuldioxid, hvilket kan øge fotosyntesehastigheden i planter, øge fødevareforsyningen og lavere kuldioxidemissioner. Resultaterne blev offentliggjort den 28. februar i Biokemiske samfundstransaktioner .

Denne fælles forskning blev ledet af lektor Hiroki Ashida (Kobe University Graduate School of Human Development and Environment) professor emeritus Akiho Yokota (Nara Institute of Science and Technology) og lektor Eiichi Mizohata (Osaka University Department of Applied Chemistry).

RuBisCO (forkortelse for ribulose 1, 5-bisphosphatcarboxylase/oxygenase) er ansvarlig for katalysering af kuldioxidfiksering i fotosyntese, processen, der omdanner CO ₂ fra atmosfæren til sukker og kulhydrater. Imidlertid, det er ikke et effektivt enzym - det tager nogle gange fejl af ilt for CO ₂ , og ender med at katalysere ilt samt fikse kuldioxid. Denne dårlige diskrimination af CO ₂ , kombineret med de høje koncentrationer af ilt i Jordens nuværende atmosfære, begrænser CO stærkt ₂ -fikseringsreaktion. RuBisCOs dårlige præstationer som CO ₂ -fikseringsenzym begrænser planters og algeres fotosyntetiske kapacitet.

Interessant nok, RuBisCOs evne til at genkende CO ₂ varierer afhængigt af den fotosyntetiske organisme. RuBisCO's CO ₂ genkendelse forbedres for organismer i følgende rækkefølge (lav til høj):cyanobakterier, grønne alger (Chlamydomonas), planter (ris), og rødalger (Gardieria). CO ₂ genkendelsesværdier for RuBisCO i grønalger, planter og rødalger er henholdsvis 1,5 gange, 2 gange og 6 gange højere end cyanobakterier.

For at belyse, hvad der forårsager disse forskellige CO ₂ anerkendelsesniveauer, holdet gennemførte en detaljeret analyse og sammenligning af den tredimensionelle struktur af forskellige RuBisCO-enzymer. Efter analyse af ladningsfordelingen på overfladen af ​​de aktive steder i RuBisCO, de fandt ud af, at de aktive steder viste en minusladning i RuBisCO med lavt CO ₂ anerkendelse, mens afgiften havde en tendens til at være neutral i RuBisCO med højt CO ₂ anerkendelse. Generelt, strukturer og steder med en neutral ladning har lav bindingsaffinitet med oxygen. Fra dette, blev det klart, at ladningsfordeling på overfladen af ​​de aktive steder i RuBisCO er den afgørende faktor for den relative mængde af CO ₂ og ilt nær de aktive steder. CO ₂ koncentrationer er højere i RuBisCO med neutrale ladninger på aktive overflader, så disse typer viser overlegen CO ₂ genkendelsesevner.

Indtil nu, forskere har forsøgt at forbedre CO ₂ anerkendelse af RuBisCO med forventning om, at dette ville forbedre fotosyntetiske evner i planter, men de var ikke sikre på, hvilken slags RuBisCO de skulle designe. Baseret på dette nye fund, vi kan skabe RuBisCO med et højt CO ₂ genkendelsesevne. Vi håber, at dette kan anvendes til at forbedre planternes fotosyntetiske evner, øge fødevareforsyningen, lavere CO ₂ niveauer, og fremskynde produktionen af ​​alternative brændstoffer.