Вчені Інституту земної мікробіології Товариства Макса Планка та Університету Марбурга (Німеччина) розкрили еволюцію найпоширенішого ферменту на Землі – рубіско, який відіграє ключову роль у процесі фотосинтезу, інформує freezmi.io.
Результати дослідження, опубліковані в журналі Science, вирішують загадку, як фермент пристосувався до збільшення вмісту кисню в атмосфері планети.
Рубіско або рибулозобісфосфаткарбоксилаза (RuBisCO) каталізує приєднання поглиненого вуглекислого газу до рибулозо-1,5-бісфосфату – молекули, що є відправною точкою циклу Кальвіна, в ході якого вуглець з CO2 засвоюється рослинами і ціанобактеріями. Рубіско складається з двох головних компонентів – великої субодиниці L і малої субодиниці S. L має каталітичні центри, які безпосередньо беруть участь у фіксації вуглецю, проте роль S-субодиниці не була зрозуміла.
Дослідники синтезували ймовірні предкові форми рубіско, що існували близько мільярда років тому, щоб реконструювати важливу еволюційну подію, коли фермент навчився відрізняти вуглекислий газ від альтернативного субстрату — молекулярного кисню.
У минулому, коли атмосфера Землі почала насичуватися киснем, рубіско почав каталізувати небажану реакцію, під час якої відбувалося засвоєння молекулярного кисню та вироблялися токсичні для живих клітин радикали. До сих пір фермент за певних умов перемикається на фотодихання – оксигеназну активність, що знижує ефективність фотосинтезу.
У ході еволюції рубиско мав стати більш специфічним до вуглекислого газу, щоб забезпечити виживання предків сучасних рослин та інших фотосинтезуючих організмів. Дослідники очікували, що предкові форми ферменту обзавелися новим компонентом, який виключав кисень з каталітичних центрів субодиниці L.
Натомість вони виявили, що додавання малої субодиниці впливає на той ефект, який наступні мутації ферменту надають на каталітичні центри. Ті мутації, що були несуттєві для субодиниці L, у присутності субодиниці S стали впливати на фермент.
Аналіз ферментативної активності та макромолекулярних структур показав, що мала субодиниця швидко стала незамінною і сприяла ширшим функціональним змінам у великій субодиниці, включаючи підвищену активність та специфічність щодо вуглекислого газу. За словами вчених, результати показують, що рубіско можна модифікувати шляхом додавання нових білкових компонентів і навіть знизити втрату вуглецю при фотодиханні.
