Wetenschapsnieuws | Onderzoek vindt hoe het fotosyntheseproces is aangepast aan de stijging van zuurstof

München [Germany]22 oktober (ANI): Het meest voorkomende enzym op aarde is Rubisco, dat dient als de primaire biokatalysator bij fotosynthese, suggereert een recent onderzoek.

Een groep Max Planck-onderzoekers heeft een van de belangrijkste aanpassingen van vroege fotosynthese begrepen door miljarden jaar oude enzymen te reconstrueren. Hun bevindingen werpen niet alleen licht op hoe de moderne fotosynthese is geëvolueerd, maar geven ook nieuwe ideeën om deze te verbeteren.

Lees ook | Prabhas Verjaardagsspecial: 5 beste films van de Pan-Indiase ster als hij 43 wordt!.

Het bestaan ​​van vandaag is volledig afhankelijk van de opname en omzetting van CO2 door fotosynthetische wezens zoals planten en algen. Een enzym dat bekend staat als Rubisco en dat jaarlijks meer dan 400 miljard ton CO2 absorbeert, staat centraal bij deze operaties. Rubisco moest zich voortdurend aanpassen aan veranderende omgevingsomstandigheden om zo’n belangrijke positie in de wereldwijde koolstofcyclus in te nemen.

Een team van het Max Planck Instituut voor Terrestrische Microbiologie in Marburg, Duitsland, heeft in samenwerking met de Universiteit van Singapore nu met succes miljarden jaar oude enzymen in het laboratorium nieuw leven ingeblazen en onderzocht met behulp van een combinatie van computationele en synthetische methoden. De onderzoekers ontdekten dat in dit proces, dat ze ‚moleculaire paleontologie‘ noemen, een volledig nieuwe component fotosynthese voorbereidde om zich aan te passen aan verhoogde zuurstofniveaus in plaats van directe mutaties in het actieve centrum.

Lees ook | Team India ICC T20 Wereldbeker 2022 Selectie- en wedstrijdlijst: ontvang het IND Cricket-teamschema in IST en spelersnamen voor het Mega TwentyT20-toernooi.

Rubisco’s vroege verwarring

Rubisco is heel oud; het verscheen voor het eerst in het vroege metabolisme, ongeveer vier miljard jaar voordat zuurstof op aarde aanwezig was. Toen het zuurstofgehalte in de atmosfeer toenam en zuurstofproducerende fotosynthese werd ontwikkeld, begon het enzym een ​​onbedoelde reactie te katalyseren waarbij het O2 aanzag voor CO2 en verbindingen creëerde die schadelijk waren voor cellen. Dit onduidelijke substraatbereik blijft Rubiscos vandaag schaden en vermindert de fotosynthetische productiviteit. Zelfs terwijl de CO2-specificiteit in de loop van de tijd toenam in rubiscos die zich ontwikkelden in zuurstofrijke omgevingen, was geen van hen in staat om de zuurstofopname-respons volledig te elimineren.

Het is nog volledig onbekend welke chemische factoren bijdragen aan Rubisco’s hogere CO2-specificiteit. Degenen die werken aan het verbeteren van de fotosynthese zijn er echter behoorlijk in geïnteresseerd. Het is interessant om op te merken dat de Rubiscos met een hogere CO2-specificiteit een gloednieuwe eiwitcomponent rekruteerden met een niet-geïdentificeerde functie. Hoewel verondersteld werd dat deze component verantwoordelijk was voor het verhogen van de CO2-specificiteit, was het moeilijk om de echte oorzaak van zijn oorsprong vast te stellen omdat het al over een periode van miljarden jaren was geëvolueerd.

Evolutie bestuderen door oude eiwitten te doen herleven in het laboratorium

Onderzoekers van het Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology in Marburg en de Nanyang Technological University in Singapore gebruikten een statistisch algoritme om vormen van Rubiscos te recreëren die miljarden jaren geleden bestonden, voordat de zuurstofniveaus begonnen te stijgen, om deze cruciale gebeurtenis in de evolutie te begrijpen. van meer specifieke Rubiscos. Het team van Tobias Erb en Georg Hochberg bij Max Planck heeft deze verouderde eiwitten in het laboratorium nieuw leven ingeblazen om hun eigenschappen te onderzoeken. De onderzoekers vroegen zich specifiek af of het ontstaan ​​van verhoogde specificiteit iets te maken had met de nieuwe component van Rubisco.

Het antwoord was verrassend, zoals doctoraalonderzoeker Luca Schulz uitlegt: „We verwachtten dat de nieuwe component op de een of andere manier zuurstof rechtstreeks zou uitsluiten van het Rubisco-katalytische centrum. Dat is niet wat er gebeurde. In plaats daarvan lijkt deze nieuwe subeenheid te werken als een modulator voor evolutie: rekrutering van de subeenheid veranderde het effect van opeenvolgende mutaties op de katalytische subeenheid van Rubisco. Eerder onbelangrijke mutaties hadden plotseling een enorm effect op de specificiteit wanneer deze nieuwe component aanwezig was. Het lijkt erop dat het hebben van deze nieuwe subeenheid het evolutionaire potentieel van Rubisco volledig heeft veranderd.“

De verslaving van een enzym aan zijn nieuwe subeenheid

Deze functie als „evolutionaire modulator“ verklaart ook een ander mysterieus aspect van de nieuwe eiwitcomponent: Rubiscos die het heeft opgenomen, is er volledig van afhankelijk, hoewel andere vormen van Rubisco prima kunnen functioneren zonder. Hetzelfde modulerende effect verklaart waarom: wanneer Rubisco gebonden is aan deze kleine eiwitcomponent, wordt hij tolerant voor mutaties die anders catastrofaal schadelijk zouden zijn. Met de opeenstapeling van dergelijke mutaties raakte Rubisco effectief verslaafd aan zijn nieuwe subeenheid.

De bevindingen bieden gezamenlijk een verklaring waarom Rubisco dit nieuwe eiwitbestanddeel heeft behouden sinds het werd ontdekt. Georg Hochberg, hoofd van de Max Planck Research Group, legt uit: „Het feit dat dit verband onlangs is ontdekt, benadrukt hoe cruciaal evolutionaire analyse is voor het begrijpen van de biochemie die de wereld om ons heen aandrijft. We kunnen zoveel leren over waarom biomoleculen zoals Rubisco zijn zoals ze nu zijn door hun verleden te bestuderen. Bovendien weten we nog steeds heel weinig over de evolutionaire geschiedenis van veel biologische fenomenen. Het is daarom ongelooflijk interessant om op dit moment evolutionair biochemicus te zijn, omdat bijna de volledige moleculaire geschiedenis van de cel niet nog niet ontdekt.“

Wetenschappelijke reizen terug in de tijd kunnen waardevolle inzichten opleveren voor de toekomst

Volgens Max Planck-directeur Tobias Erb heeft de studie ook belangrijke implicaties voor hoe fotosynthese kan worden verbeterd. „Ons onderzoek heeft ons laten zien dat eerdere pogingen om Rubisco te verbeteren misschien in het verkeerde gebied hebben gekeken. Jarenlang was het onderzoek beperkt tot het veranderen van de aminozuren in Rubisco zelf. Ons onderzoek geeft aan dat het modificeren van het enzym met geheel nieuwe eiwitdelen misschien gunstiger en openen voorheen onbegaanbare evolutionaire paden. Het gebied van enzymengineering is hier onontgonnen.“ (ANI)

(Dit is een niet-bewerkt en automatisch gegenereerd verhaal van de gesyndiceerde nieuwsfeed, het Laatstely-personeel heeft de inhoud mogelijk niet gewijzigd of bewerkt)

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert