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(guò)重建已有十億年歷史的酶，發(fā)現(xiàn)了早期光合作用的關(guān)鍵適應(yīng)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(jìn)化的，而且還為增強(qiáng)它提供了新的動(dòng)力。
今天的生活完全依賴于光合生物，例如捕獲和轉(zhuǎn)化二氧化碳的植物和藻類。一種稱為 Rubisco 的酶每年吸收超過(guò) 4000 億噸二氧化碳，是這些過(guò)程的核心。今天的生物以驚人的數(shù)量生產(chǎn) Rubisco。它在地球上的質(zhì)量超過(guò)了所有人類的總和。Rubisco 必須不斷適應(yīng)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(lái)自德國(guó)馬爾堡馬克斯普朗克陸地微生物學(xué)研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì)與新加坡大學(xué)合作，現(xiàn)已成功復(fù)活并在實(shí)驗(yàn)室中使用計(jì)算和合成技術(shù)相結(jié)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(xué)”的這個(gè)過(guò)程中，一種全新的成分準(zhǔn)備光合作用以適應(yīng)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(gè) Rubisco 復(fù)合物相互作用的冷凍電子顯微鏡圖像。如果缺少對(duì)溶解度至關(guān)重要的亞基，單個(gè)酶復(fù)合物可以通過(guò)這種方式相互作用并形成線狀結(jié)構(gòu)，即所謂的原纖維。然而，在正常情況下，Rubisco 不會(huì)形成這種原纖維。圖片來(lái)源：MPI f。陸地微生物學(xué)/ 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(chǎn)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(yīng)，在這種反應(yīng)中，它將 O2 誤認(rèn)為是 CO2，并產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞有毒的代謝物。這種混亂的底物范圍至今仍對(duì) Rubiscos 造成傷害，并限制了光合效率。盡管隨著時(shí)間的推移，在含氧環(huán)境中進(jìn)化的 Rubiscos 對(duì) CO2 變得更加專一，但它們都無(wú)法完全擺脫吸氧反應(yīng)。
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