Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasi

Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasi (Ribuloosi bisfosfaattikarboksylaasi / oksygenaasi, ribuloosibisfosfaattikarboksylaasi / oksygenaasi, englanniksi  Ribulose-1,5-bisfosfaattikarboksylaasi / oksygenaasi, RuBisCO ) , rubisco on  entsyymi ( EC 4.1.1.39 hiilidioksidia lisäävä ribuloosidioksidi ) , -1,5-bisfosfaatti Calvin-syklin ensimmäisissä vaiheissa sekä ribuloosibifosfaatin hapetusreaktio valohengitysprosessin ensimmäisessä vaiheessa . Se on yksi tärkeimmistä luonnon entsyymeistä, koska sillä on keskeinen rooli päämekanismissa epäorgaanisen hiilen pääsyssä biologiseen kiertoon. Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasi on kasvien lehtien pääentsyymi, ja siksi sitä pidetään maan yleisimpänä entsyyminä [1] .

Rakenne

Kasveissa , syanobakteereissa ja kemoautotrofisissa proteobakteereissa entsyymi koostuu tyypillisesti kahden tyyppisistä proteiinialayksiköistä:

• Iso ketju ( L , paino 55 000 Da )
• Pieni ketju ( S , paino 13 000 Da)

Entsyymin aktiivinen keskus sijaitsee suurissa dimeereissä yhdistyneissä ketjuissa. Kaikki 8 suurten ketjujen dimeeriä ja 8 pientä ketjua yhdistetään yhdeksi kompleksiksi, jonka massa on 540 000 Da. Joissakin proteobakteereissa pieniä ketjuja ei löydetty rubiscosta. Tässä tapauksessa suuret ketjut koodataan kloroplastin DNA: ssa , kun taas pienet ketjut koodataan ytimessä ja kuljetetaan kloroplastiin ennen koko proteiinin kokoamista [2] .

Jotta entsyymi toimisi, tarvitaan Mg 2+ -ioneja , jotka sijaitsevat aktiivisessa keskustassa ja edistävät CO 2 :n lisäystä lysiinijäännökseen , jonka aikana muodostuu karbamaattia [3] . Karbamaatin muodostuminen etenee helpommin emäksisessä ympäristössä: pH :n ja magnesiumionien roolia entsyymin säätelyssä kuvataan alla.

Katalyyttinen toiminta

Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin substraatit ovat ribuloosi-1,5-bisfosfaatti , hiilidioksidi ja vesi, hiilidioksidin sijasta molekyylihappi voi metaboloitua.

• Hiilidioksidin tapauksessa ensimmäinen välituote on epästabiili kuuden hiilen fosforyloitu sokeri, joka hajoaa välittömästi kahdeksi 3-fosfoglyseriinihapon ( 3-fosfoglyseraatti ) molekyyliksi. Fosfoglyseraattia käytetään glukoosin syntetisoimiseen .
• Hapen tapauksessa reaktiotuotteet ovat 3-fosfoglyseraatti ja glykolihappofosfaatti (PGA). Kasvien FHA:ta hyödynnetään edelleen valohengityksen prosessissa .

Entsyymin suorittama reaktio on suhteellisen hidas (käyttää vain muutamia hiilidioksidimolekyylejä sekunnissa) ja on koko Calvin-syklin nopeutta rajoittava vaihe. Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin karboksylaasireaktion Michaelis-vakio on 10 ± 4 µM CO 2 , oksigenaasireaktiolle 0,5 mM O 2 , ribuloosibisfosfaatille 1,5 ± 0,5 µM.

Asetus

Korkeammissa kasveissa ja joissakin levissä entsyymi, joka aktivoi ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin (aktivaasi) [4] , tarvitaan karbamaatin muodostumiseen aktiivisessa kohdassa. Aktivaasia tarvitaan vähentämään ribuloosibisfosfaatin ja aktiivisen kohdan välistä sidosta karbamaatin muodostumisen kautta ja helpottamaan tuotteen vapautumista.

2-karboksi-D-arabitinoli-1-fosfaatti sitoutuu ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin aktiiviseen kohtaan ja on sen estäjä. Valossa ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin aktivoiva entsyymi aiheuttaa inhibiittorin dissosioitumisen aktiivisesta kohdasta. Dissosioituneessa tilassa CA1P-fosfataasi inaktivoi inhibiittorin.

Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasia aktivoiva entsyymi vaatii ATP :n energiaa, ja sen toimintaa estetään lisäämällä ADP :n pitoisuutta . Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin aktiivisuutta säätelee epäsuorasti ATP/ADP-konsentraatiosuhde.

Konformaation muutos ja ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin aktiivisuuden väheneminen havaitaan myös fosfaattianionin läsnä ollessa .

Entsyymin aktiivisuus riippuu voimakkaasti CO 2 -pitoisuudesta . Kasvit, joissa on C4-fotosynteesi ja CAM-fotosynteesi , ovat kehittäneet mekanismeja sen lisäämiseksi ja aktivoimiseksi ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin kanssa.

Geenitekniikka

Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin oksigenaasiaktiivisuus johtaa hiilihäviöihin Calvinin syklistä valohengityksen aikana ja vähentää fotosynteesin tehokkuutta . Tässä suhteessa tehtiin toistuvia yrityksiä modifioida entsyymin synteesiä koodaavia geenejä karboksylaasin lisäämiseksi ja oksigenaasiaktiivisuuden vähentämiseksi. Yksi lupaavimmista suunnasta tässä näyttää olevan geenien siirtäminen punalevästä Galdieria partita , jonka ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin luontainen spesifisyys CO 2 :lle on korkea , korkeammille viljelykasveille. Tämä voi luultavasti lisätä niiden tuottoa . Violetti bakteeri Rhodospirillum rubrum toimii myös geeniluovuttajana useissa tutkimuksissa [5] .

Muistiinpanot

1. ↑ Cooper, Geoffrey M. 10. Kloroplastin genomi // The Cell: A Molecular Approach . – 2. -Washington, DC: ASM Press, 2000. - ISBN 0-87893-106-6 . . — "yksi ribuloosibisfosfaattikarboksylaasin (rubisco) alayksiköistä on kloroplasti-DNA:n koodaama. Rubisco on kriittinen entsyymi, joka katalysoi CO2:n lisäämistä ribuloosi-1,5-bisfosfaattiin Calvin-syklin aikana (katso kuva 2.39). Se ei ole vain kloroplastin strooman tärkein proteiinikomponentti, vaan sen uskotaan myös olevan maan runsain yksittäinen proteiini, joten on huomionarvoista, että yksi sen alayksiköistä on kloroplastigenomi koodaama."
   (ottaen huomioon, että kasvit muodostavat yli 99 % maapallon biomassasta.)
   Dhingra A., Portis AR, Daniell H. Kloroplastissa ilmennetyn RbcS-geenin tehostettu translaatio palauttaa pieniä alayksikkötasoja ja fotosynteesiä ydin-RbcS-antisense-kasveissa  . )  / / Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America  : aikakauslehti. - 2004. - huhtikuu ( osa 101 , nro 16 ). - P. 6315-6320 . - doi : 10.1073/pnas.0400981101 . — PMID 15067115 . . — "(Rubisco) on tämän planeetan yleisin entsyymi, joka muodostaa 30–50 % kloroplastin liukoisen proteiinin kokonaismäärästä;".
2. ↑ Katso Dhingra A, Portis AR Jr, Daniell H. Kloroplastissa ilmennetyn RbcS-geenin tehostettu translaatio palauttaa pienet alayksikkötasot ja fotosynteesin tuman RbcS-antisense-kasveissa. 5. huhtikuuta 2004 [1]
3. ↑ Harvey Lodish, Arnold Berk, S. Lawrence Zipursky, Paul Matsudaira, David Baltimore ja James E. Darnell Molecular Cell Biology, 4. painos, julkaisija W.H. Freeman & Co. (2000) New York. Kirjan kuvassa näkyy aktiivisen kohdan rakenne ja magnesiumin paikka siinä.
4. ↑ AR Portis Rubisco-aktivaasi — Rubiscon katalyyttinen chaperoni // Jr in Photosynthesis Research (2003), osa 75, sivut 11-27.
5. ↑ Whitney SM , Andrews TJ Plastomin koodaama bakteeriribuloosi-1,5-bisfosfaattikarboksylaasi/oksigenaasi (RubisCO) tukee fotosynteesiä ja tupakan kasvua.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. - 2001. - Voi. 98, nro. 25 . - P. 14738-14743. - doi : 10.1073/pnas.261417298 . — PMID 11724961 . John Andrews T. , Whitney SM Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasi/oksigenaasin manipulointi korkeampien kasvien kloroplasteissa.  (englanti)  // Biokemian ja biofysiikan arkistot. - 2003. - Voi. 414, nro 2 . - s. 159-169. — PMID 12781767 . Spreitzer RJ , Salvucci ME Rubisco : rakenne, säätelyvuorovaikutukset ja paremman entsyymin mahdollisuudet.  (englanti)  // Kasvibiologian vuosikatsaus. - 2002. - Voi. 53. - s. 449-475. - doi : 10.1146/annurev.arplant.53.100301.135233 . — PMID 12221984 . Parry MA , Andralojc PJ , Mitchell RA , Madgwick PJ , Keys AJ Rubiscon manipulointi: määrä, aktiivisuus, toiminta ja säätely.  (Englanti)  // Kokeellisen kasvitieteen lehti. - 2003. - Voi. 54, nro. 386 . - s. 1321-1333. — PMID 12709478 .

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Suuri katalaani Britannica (verkossa)