Учени от Института по земна микробиология към Обществото „Макс Планк“ и Университета в Марбург (Германия) разкриха еволюцията на най-разпространения ензим на Земята – рубиско. Той играе ключова роля във фотосинтезата. Откритията, публикувани в списание Science, разгадават загадката как ензимът се е адаптирал към нарастващото съдържание на кислород в атмосферата на планетата.
Рубиско или рибулозобисфосфат карбоксилаза (RuBisCO) катализира добавянето на абсорбирания въглероден диоксид към рибулозо-1,5-бисфосфат – молекула. Тя е начална точка на цикъла на Калвин, по време на който въглеродът от CO2 се усвоява от растенията и цианобактериите и се включва в тяхната биомаса.
Рубиско се състои от два основни компонента – голямата субединица L и малката субединица S. L има каталитични центрове, които участват пряко във фиксирането на въглерода, но ролята на субединицата S не е изяснена.
Изследователите са синтезирали вероятни предшественици на рубиско, съществували преди около един милиард години.
Това направили с цел, за да успеят да реконструират важно еволюционно събитие, когато ензимът се е научил да различава въглеродния диоксид от алтернативен субстрат – молекулярен кислород.
В миналото, когато атмосферата на Земята започнала да се насища с кислород, рубиско започнал да катализира нежелана реакция. Тя асимилирала молекулярния кислород и произвеждала токсични за живите клетки радикали. Досега ензимът е преминавал към фотодишане, оксигеназна активност при определени условия, която намалява ефективността на фотосинтезата.
Човешката слюнка и невероятната й болкоуспокояваща функция
По време на еволюцията рубиско е трябвало да стане по-специфичен към въглеродния диоксид. Това било с цел да осигури оцеляването на предците на съвременните растения и други фотосинтезиращи организми. Изследователите са очаквали, че предците на ензима са придобили нов компонент, който директно изключва кислорода от каталитичните центрове на субединицата L.
Вместо това те откриват, че добавянето на малката субединица влияе върху ефекта, който последващите мутации на ензима оказват върху каталитичните центрове. Тези мутации, които са били незначителни за субединицата L, са оказали огромно влияние върху ензима в присъствието на субединицата S.
Анализът на ензимната активност и макромолекулните структури показва, че малката субединица бързо се превръща в съществена и стимулира по-широки функционални промени в голямата субединица, включително повишена активност и специфичност към въглеродния диоксид. Според учените резултатите показват, че рубиско може да бъде модифициран чрез добавяне на нови протеинови компоненти и дори да се намали загубата на въглерод чрез фотодишане.
Превод и редакция: TRENDY NEWS