Notizie di scienza | La ricerca scopre come il processo di fotosintesi si è adattato all’aumento dell’ossigeno

Monaco [Germany]22 ottobre (ANI): l’enzima più diffuso sulla terra è il Rubisco, che funge da biocatalizzatore primario nella fotosintesi, suggerisce uno studio recente.

Uno degli adattamenti chiave della fotosintesi precoce è stato compreso da un gruppo di ricercatori di Max Planck ricostruendo enzimi vecchi di miliardi di anni. Le loro scoperte non solo fanno luce su come si è evoluta la fotosintesi moderna, ma danno anche nuove idee per migliorarla.

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L’esistenza odierna dipende interamente dal fatto che la CO2 venga catturata e convertita da creature fotosintetiche come piante e alghe. Un enzima noto come Rubisco, che assorbe ogni anno più di 400 miliardi di tonnellate di CO2, è al centro di queste operazioni. Rubisco ha dovuto adattarsi continuamente alle mutevoli circostanze ambientali per assumere una posizione così significativa nel ciclo globale del carbonio.

Un team del Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology di Marburg, in Germania, in collaborazione con l’Università di Singapore, ha ora rianimato e studiato con successo enzimi di miliardi di anni in laboratorio utilizzando una combinazione di metodi computazionali e sintetici. I ricercatori hanno scoperto che in questo processo, che chiamano “paleontologia molecolare”, un componente completamente nuovo ha preparato la fotosintesi per adattarsi all’aumento dei livelli di ossigeno piuttosto che alle mutazioni dirette nel centro attivo.

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La prima confusione di Rubisco

Rubisco è molto vecchio; è apparso per la prima volta nel metabolismo iniziale, circa quattro miliardi di anni prima che l’ossigeno fosse presente sulla terra. Con l’aumento dei livelli di ossigeno nell’atmosfera e lo sviluppo della fotosintesi che produce ossigeno, l’enzima ha iniziato a catalizzare una reazione non intenzionale in cui ha scambiato l’O2 per CO2 e ha creato composti dannosi per le cellule. Questo ambito di substrato poco chiaro continua a danneggiare Rubiscos oggi e riduce la produttività fotosintetica. Anche se la specificità della CO2 è aumentata nel tempo nei rubisco che si sono evoluti in ambienti ricchi di ossigeno, nessuno di loro è stato in grado di eliminare completamente la risposta di cattura dell’ossigeno.

Non è ancora del tutto sconosciuto quali fattori chimici contribuiscano alla maggiore specificità di CO2 di Rubisco. Tuttavia, coloro che stanno lavorando per migliorare la fotosintesi sono piuttosto interessati a loro. È interessante notare che i Rubisco con una maggiore specificità di CO2 hanno reclutato un nuovissimo componente proteico con una funzione non identificata. Sebbene si ipotizzasse che questa componente fosse responsabile dell’aumento della specificità della CO2, è stato difficile accertare la vera causa della sua origine poiché si era già evoluta in un periodo di miliardi di anni.

Studiare l’evoluzione facendo risorgere antiche proteine ​​in laboratorio

I ricercatori del Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology di Marburg e della Nanyang Technological University di Singapore hanno utilizzato un algoritmo statistico per ricreare forme di Rubiscos che esistevano miliardi di anni fa, prima che i livelli di ossigeno iniziassero a salire, al fine di comprendere questo evento cruciale nell’evoluzione di Rubisco più specifici. Il team di Tobias Erb e Georg Hochberg presso Max Planck ha rianimato queste proteine ​​antiquate in laboratorio per studiarne le proprietà. I ricercatori si sono chiesti in particolare se l’emergere di una maggiore specificità avesse qualcosa a che fare con il nuovo componente di Rubisco.

La risposta è stata sorprendente, come spiega il ricercatore di dottorato Luca Schulz: “Ci aspettavamo che il nuovo componente escludesse in qualche modo direttamente l’ossigeno dal centro catalitico di Rubisco. Non è quello che è successo. Invece, questa nuova subunità sembra agire da modulatore per l’evoluzione: reclutamento di la subunità ha cambiato l’effetto delle successive mutazioni sulla subunità catalitica di Rubisco. Le mutazioni precedentemente irrilevanti hanno improvvisamente avuto un enorme effetto sulla specificità quando era presente questo nuovo componente. Sembra che avere questa nuova subunità abbia cambiato completamente il potenziale evolutivo di Rubisco”.

La dipendenza di un enzima dalla sua nuova subunità

Questa funzione di “modulatore evolutivo” spiega anche un altro aspetto misterioso della nuova componente proteica: il Rubiscos che lo incorpora ne dipende completamente, anche se altre forme di Rubisco possono funzionare perfettamente senza di esso. Lo stesso effetto modulante spiega perché: quando legato a questo piccolo componente proteico, il Rubisco diventa tollerante a mutazioni che altrimenti sarebbero catastroficamente dannose. Con l’accumulo di tali mutazioni, Rubisco divenne effettivamente dipendente dalla sua nuova subunità.

I risultati forniscono collettivamente una spiegazione del motivo per cui Rubisco ha mantenuto questo nuovo componente proteico sin da quando è stato scoperto. Georg Hochberg, il capo del Max Planck Research Group, spiega: “Il fatto che questa connessione sia stata scoperta di recente sottolinea quanto sia cruciale l’analisi evolutiva per comprendere la biochimica che alimenta il mondo che ci circonda. Possiamo imparare così tanto sul perché le biomolecole come I Rubisco sono come sono oggi studiando il loro passato. Inoltre, sappiamo ancora molto poco sulla storia evolutiva di molti fenomeni biologici. Essere un biochimico evolutivo in questo momento è quindi incredibilmente interessante perché la storia molecolare quasi completa della cellula non ha ancora stato scoperto”.

I viaggi scientifici indietro nel tempo possono fornire preziose informazioni per il futuro

Secondo il direttore di Max Planck, Tobias Erb, lo studio ha anche implicazioni significative sul modo in cui la fotosintesi può essere migliorata. “La nostra ricerca ci ha mostrato che i precedenti tentativi di potenziare il Rubisco potrebbero essere stati cercati nell’area sbagliata. Per molti anni, la ricerca si è limitata ad alterare gli amminoacidi all’interno del Rubisco stesso. La nostra ricerca indica che la modifica dell’enzima con parti proteiche completamente nuove potrebbe essere più vantaggioso e apre percorsi evolutivi precedentemente impraticabili. Il campo dell’ingegneria enzimatica è inesplorato qui”. (MOMENTO)

(Questa è una storia inedita e generata automaticamente dal feed di notizie sindacate, lo staff di LatestLY potrebbe non aver modificato o modificato il corpo del contenuto)

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