為什么光合作用對(duì)某些植物比其他植物更好

RuBisCO在光合作用中起著關(guān)鍵作用，是世界上最豐富的酶之一。日本的一個(gè)研究小組已經(jīng)揭示了RuBisCO活性位點(diǎn)的電荷分布與酶識(shí)別二氧化碳的能力有關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于提高RuBisCO的二氧化碳固定能力，從而提高植物的光合作用速率，增加食物供應(yīng)并降低二氧化碳排放。該研究結(jié)果于2月28日在生化學(xué)會(huì)交易中發(fā)表。

這項(xiàng)聯(lián)合研究由副教授Hiroki Ashida(神戶(hù)大學(xué)人類(lèi)發(fā)展與環(huán)境研究生院)名譽(yù)教授Akiho Yokota(奈良科學(xué)技術(shù)研究所)和副教授Eiichi Mizohata(大阪大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系)領(lǐng)導(dǎo)。

的RuBisCO(簡(jiǎn)稱(chēng)核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶)是負(fù)責(zé)催化二氧化碳固定在光合作用，它轉(zhuǎn)換CO處理2從大氣成糖和碳水化合物。然而，它不是一種有效的酶-它有時(shí)錯(cuò)誤氧為CO 2，并最終催化氧以及固定二氧化碳。此CO的差歧視2，以高濃度存在于地球的當(dāng)前氣氛中的氧結(jié)合，嚴(yán)重限制了CO 2 -定影反應(yīng)。RuBisCO作為CO 2固定酶的不良性能限制了植物和藻類(lèi)的光合能力。

有趣的是，的RuBisCO的能力來(lái)識(shí)別CO 2不同，取決于光合生物體。RuBisCO的CO 2 識(shí)別以下列順序(從低到高)改善生物體：藍(lán)藻，綠藻(衣藻)，植物(水稻)和紅藻(Gardieria)。RuBisCO在綠藻，植物和紅藻中的CO 2識(shí)別值分別是藍(lán)藻的1.5倍，2倍和6倍。

為了闡明導(dǎo)致這些不同CO 2識(shí)別水平的原因，該團(tuán)隊(duì)對(duì)不同RuBisCO酶的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析和比較。在分析了RuBisCO活性部位表面的電荷分布后，他們發(fā)現(xiàn)RuBisCO中活性位點(diǎn)顯示負(fù)電荷，CO 2識(shí)別率低，而RuBisCO中的電荷趨于中性，CO 2識(shí)別率高。通常，具有中性電荷的結(jié)構(gòu)和位點(diǎn)與氧的結(jié)合親和力低。由此可見(jiàn)，RuBisCO活性位點(diǎn)表面的電荷分布是活性位點(diǎn)附近CO 2和氧的相對(duì)豐度的決定因素。CO 2在活性部位表面上具有中性電荷的RuBisCO中的濃度較高，因此這些類(lèi)型表現(xiàn)出優(yōu)異的CO 2識(shí)別能力。

到目前為止，研究人員已經(jīng)嘗試提高RuBisCO 的CO 2識(shí)別能力，期望這會(huì)提高植物的光合能力，但他們不確定要設(shè)計(jì)什么樣的RuBisCO?；谶@一新發(fā)現(xiàn)，我們可以創(chuàng)建具有高CO 2識(shí)別能力的RuBisCO 。我們希望這可以用于改善植物的光合能力，增加糧食供應(yīng)，降低CO 2的水平，并加速生產(chǎn)替代燃料。

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