Zvyšují účinnost klíčového enzymu fotosyntézy

Chemici z Massachusettského technologického institutu prokázali, že mohou výrazně vylepšit verzi enzymu rubisco, která se vyskytuje v bakteriích z prostředí s nízkým obsahem kyslíku. Pomocí procesu známého jako řízená evoluce identifikovali mutace, které by mohly zvýšit katalytickou účinnost rubisco až o 25 %. V konečném důsledku by to mohlo vést k vyšším výnosům polních plodin.

Enzym rubisco pomáhá rostlinám a fotosyntetickým bakteriím začleňovat oxid uhličitý do cukrů. Během fotosyntézy katalyzuje rubisco klíčovou reakci – začleňování oxidu uhličitého do organických sloučenin za účelem tvorby cukrů. Rubisco, který je považován za nejhojnější enzym na Zemi, je však ve srovnání s ostatními enzymy podílejícími se na fotosyntéze velmi neefektivní, připomíná institut v tiskové zprávě.

Omezili ztráty reakce s kyslíkem

Ve srovnání s jinými enzymy podílejícími se na fotosyntéze je rubisco velmi pomalé a katalyzuje pouze jednu až deset reakcí za sekundu. Rubisco navíc může také interagovat s kyslíkem, což vede k konkurenční reakci, která místo uhlíku začleňuje kyslík – proces, který plýtvá částí energie absorbované ze slunečního záření. Vědci nyní plánují aplikovat vhodné postupy na formy enzymu rubisco, které by mohly být použity v rostlinách ke zvýšení rychlosti fotosyntézy, což by mohlo potenciálně zlepšit výnosy plodin. Studii zveřejnili v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences, jejími hlavními autory jsou prof. Matthew Shoulders a Robert Wilson z Massachusettského technologického institutu (MIT). Předchozí výzkum vedl ke zlepšení stability a rozpustnosti rubisco, což mělo za následek malé zvýšení účinnosti enzymu.
„Základní otázka zde zní: Je možné změnit a vylepšit kinetické vlastnosti rubiska tak, aby fungovalo lépe v prostředích, kde je to žádoucí?“ říká prof. Shoulders. „Procesem řízené evoluce se změnilo to, že rubisko začalo méně reagovat s kyslíkem. Díky tomu může dobře fungovat v prostředí bohatém na kyslík. V rámci pokračující práce vědci aplikují tento přístup na jiné formy rubiska, včetně rubiska z rostlin. Předpokládá se, že rostliny ztrácejí asi 30 % energie z absorbovaného slunečního záření prostřednictvím fotorespirace, ke které dochází, když rubisco působí na kyslík namísto oxidu uhličitého.*

Další informace k trvale udržitelnému zemědělství najdete na https://trvaleudrzitelnezemedelstvi.cz/