科學家揭示了關于光合作用的新關鍵信息

Rubisco 是光合作用的主要生物催化劑，是地球上最普遍的酶。馬克斯·普朗克研究所的一組研究人員通過重建已有十億年歷史的酶，發(fā)現(xiàn)了早期光合作用的關鍵適應性之一。他們的發(fā)現(xiàn)不僅闡明了現(xiàn)代光合作用是如何進化的，而且還為增強它提供了新的動力。

今天的生活完全依賴于光合生物，例如捕獲和轉化二氧化碳的植物和藻類。一種稱為 Rubisco 的酶每年吸收超過 4000 億噸二氧化碳，是這些過程的核心。今天的生物以驚人的數(shù)量生產 Rubisco。它在地球上的質量超過了所有人類的總和。Rubisco 必須不斷適應不斷變化的環(huán)境情況，才能在全球碳循環(huán)中發(fā)揮如此重要的作用。

來自德國馬爾堡馬克斯普朗克陸地微生物學研究所的一個團隊與新加坡大學合作，現(xiàn)已成功復活并在實驗室中使用計算和合成技術相結合的方法研究了十億年前的酶。研究人員發(fā)現(xiàn)，在他們稱之為“分子古生物學”的這個過程中，一種全新的成分準備光合作用以適應增加的氧氣水平，而不是活性中心的直接突變。

Rubisco 配合物

兩個 Rubisco 復合物相互作用的冷凍電子顯微鏡圖像。如果缺少對溶解度至關重要的亞基，單個酶復合物可以通過這種方式相互作用并形成線狀結構，即所謂的原纖維。然而，在正常情況下，Rubisco 不會形成這種原纖維。圖片來源：MPI f。陸地微生物學/ L. Schulz

Rubisco的早期困惑

Rubisco 是古老的：它在大約 40 億年前出現(xiàn)在地球上出現(xiàn)氧氣之前的原始新陳代謝中。然而，隨著產氧光合作用的發(fā)明和大氣中氧氣的增加，這種酶開始催化一種不需要的反應，在這種反應中，它將 O2 誤認為是 CO2，并產生對細胞有毒的代謝物。這種混亂的底物范圍至今仍對 Rubiscos 造成傷害，并限制了光合效率。盡管隨著時間的推移，在含氧環(huán)境中進化的 Rubiscos 對 CO2 變得更加專一，但它們都無法完全擺脫吸氧反應。

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