Figura 1:Distribución de carga en sitios activos y capacidad de reconocimiento de CO2 para varios tipos de RuBisCO. La S rel en el gráfico muestra el valor que indica la capacidad de reconocimiento de CO2 para cada RuBisCO. Cuanto mayor sea el valor, cuanto más eficaz sea la reacción de fijación. Las cargas superficiales están marcadas en rojo para menos, azul para más, y blanco para neutro. La fila inferior muestra la distribución de cargos en los sitios activos. Crédito:Universidad de Kobe
RuBisCO juega un papel clave en la fotosíntesis y es una de las enzimas más abundantes del mundo. Un equipo de investigación japonés ha revelado cómo la distribución de carga en los sitios activos de RuBisCO está relacionada con la capacidad de la enzima para reconocer el dióxido de carbono. Este descubrimiento puede potencialmente usarse para mejorar la capacidad de fijación de dióxido de carbono de RuBisCO, que podría aumentar las tasas de fotosíntesis en las plantas, aumentar el suministro de alimentos y reducir las emisiones de dióxido de carbono. Los hallazgos fueron publicados el 28 de febrero en Transacciones de la sociedad bioquímica .
Esta investigación conjunta fue dirigida por el Profesor Asociado Hiroki Ashida (Escuela de Posgrado de Desarrollo Humano y Medio Ambiente de la Universidad de Kobe), el Profesor Emérito Akiho Yokota (Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara) y el Profesor Asociado Eiichi Mizohata (Departamento de Química Aplicada de la Universidad de Osaka).
RuBisCO (abreviatura de ribulosa 1, 5-bisfosfato carboxilasa / oxigenasa) es responsable de catalizar la fijación de dióxido de carbono en la fotosíntesis, el proceso que convierte el CO 2 de la atmósfera a azúcar y carbohidratos. Sin embargo, no es una enzima eficiente; a veces confunde oxígeno con CO 2 , y termina catalizando oxígeno además de fijar dióxido de carbono. Esta pobre discriminación de CO 2 , combinado con las altas concentraciones de oxígeno en la atmósfera actual de la Tierra, limita severamente el CO 2 -reacción de fijación. El pobre desempeño de RuBisCO como CO 2 -enzima fijadora restringe la capacidad fotosintética de plantas y algas.
Curiosamente, La capacidad de RuBisCO para reconocer CO 2 difiere según el organismo fotosintético. CO de RuBisCO 2 el reconocimiento mejora para los organismos en el siguiente orden (de menor a mayor):cianobacterias, algas verdes (Chlamydomonas), plantas (arroz), y algas rojas (Gardieria). El co 2 valores de reconocimiento de RuBisCO en algas verdes, plantas y algas rojas son respectivamente 1,5 veces, 2 veces y 6 veces mayor que la de las cianobacterias.
Para arrojar luz sobre las causas de estos diferentes CO 2 niveles de reconocimiento, El equipo llevó a cabo un análisis detallado y una comparación de la estructura tridimensional de diferentes enzimas RuBisCO. Después de analizar la distribución de carga en la superficie de los sitios activos de RuBisCO, encontraron que los sitios activos mostraban una carga negativa en RuBisCO con CO bajo 2 reconocimiento, mientras que la carga tendió a ser neutral en RuBisCO con alto CO 2 reconocimiento. En general, las estructuras y los sitios con carga neutra tienen baja afinidad de unión con el oxígeno. De esto, quedó claro que la distribución de carga en la superficie de los sitios activos de RuBisCO es el factor decisivo en la abundancia relativa de CO 2 y oxígeno cerca de los sitios activos. CO 2 las concentraciones son más altas en RuBisCO con cargas neutrales en las superficies del sitio activo, por lo que estos tipos demuestran CO superior 2 habilidades de reconocimiento.
Hasta ahora, Los investigadores han intentado mejorar el CO 2 capacidad de reconocimiento de RuBisCO con la expectativa de que esto mejoraría las capacidades fotosintéticas en las plantas, pero no estaban seguros de qué tipo de RuBisCO diseñar. Basado en este nuevo hallazgo, podemos crear RuBisCO con un alto CO 2 capacidad de reconocimiento. Esperamos que esto se pueda aplicar para mejorar las capacidades fotosintéticas de las plantas, aumentar el suministro de alimentos, menor CO 2 niveles, y acelerar la producción de combustibles alternativos.
