RuBisCO speelt een sleutelrol in de fotosynthese en is een van de meest voorkomende enzymen ter wereld. Een Japans onderzoeksteam heeft onthuld hoe de verdeling van de lading op de actieve sites van RuBisCO verband houdt met het vermogen van het enzym om koolstofdioxide te herkennen. Deze ontdekking kan mogelijk worden gebruikt om het kooldioxide-fixerende vermogen van RuBisCO te verbeteren, die de fotosynthesesnelheid in planten zou kunnen verhogen, voedselvoorziening te vergroten en de uitstoot van kooldioxide te verlagen. De bevindingen werden op 28 februari gepubliceerd in Transacties van de biochemische samenleving .

Dit gezamenlijke onderzoek werd geleid door universitair hoofddocent Hiroki Ashida (Kobe University Graduate School of Human Development and Environment), emeritus hoogleraar Akiho Yokota (Nara Institute of Science and Technology) en universitair hoofddocent Eiichi Mizohata (Osaka University Department of Applied Chemistry).

RuBisCO (afkorting van ribulose 1, 5-bisfosfaatcarboxylase/oxygenase) is verantwoordelijk voor het katalyseren van kooldioxide-fixatie bij fotosynthese, het proces dat CO . omzet ₂ uit de atmosfeer in suiker en koolhydraten. Echter, het is geen efficiënt enzym – het vergist zuurstof soms voor CO ₂ , en eindigt met het katalyseren van zuurstof en het fixeren van koolstofdioxide. Deze slechte discriminatie van CO ₂ , gecombineerd met de hoge zuurstofconcentraties in de huidige atmosfeer van de aarde, beperkt de CO . sterk ₂ -fixerende reactie. RuBisCO's slechte prestatie als CO ₂ -fixerend enzym beperkt de fotosynthesecapaciteit van planten en algen.

interessant, Het vermogen van RuBisCO om CO . te herkennen ₂ verschilt afhankelijk van het fotosynthetische organisme. CO . van RuBisCO ₂ herkenning verbetert voor organismen in de volgende volgorde (laag naar hoog):cyanobacteriën, groene algen (Chlamydomonas), planten (rijst), en rode algen (Gardieria). de CO ₂ herkenningswaarden voor RuBisCO in groene algen, planten en rode algen zijn respectievelijk 1,5 keer, 2 keer en 6 keer hoger dan die van cyanobacteriën.

Om licht te werpen op de oorzaken van deze verschillende CO ₂ herkenningsniveaus, het team voerde een gedetailleerde analyse en vergelijking uit van de driedimensionale structuur van verschillende RuBisCO-enzymen. Na analyse van de ladingsverdeling op het oppervlak van de actieve sites van RuBisCO, ze ontdekten dat de actieve sites een minlading vertoonden in RuBisCO met een lage CO ₂ herkenning, terwijl de lading de neiging had neutraal te zijn in RuBisCO met hoge CO ₂ herkenning. In het algemeen, structuren en plaatsen met een neutrale lading hebben een lage bindingsaffiniteit met zuurstof. Van dit, het werd duidelijk dat de ladingsverdeling op het oppervlak van de actieve sites van RuBisCO de beslissende factor is in de relatieve hoeveelheid CO ₂ en zuurstof in de buurt van de actieve plaatsen. CO ₂ concentraties zijn hoger in RuBisCO met neutrale ladingen op actieve site-oppervlakken, dus deze typen demonstreren superieure CO ₂ herkenningsvermogen.

Tot nu, onderzoekers hebben geprobeerd de CO ₂ herkenningsvermogen van RuBisCO met de verwachting dat dit de fotosynthetische vermogens in planten zou verbeteren, maar ze wisten niet zeker wat voor soort RuBisCO ze moesten ontwerpen. Op basis van deze nieuwe bevinding we kunnen RuBisCO creëren met een hoge CO ₂ herkenningsvermogen. We hopen dat dit kan worden toegepast om de fotosynthetische vermogens van planten te verbeteren, voedselvoorziening verhogen, lagere CO ₂ niveaus, en de productie van alternatieve brandstoffen te versnellen.