Je Rubisco enzym? 9 faktů, které byste měli vědět

V tomto článku se dozvíme o 9 důležitých faktech týkajících se „Je Rubisco enzym?“, spolu s jejich původem, charakteristikami, funkcemi a příklady.

Ribulózabisfosfátkarboxylázaoxygenáza je známá jako RuBisCO. Vyrábí se z pětiuhlíkového ketózového cukru ribulóza bisfosfátu (RuBP). Enzym, který je na Zemi nejrozšířenější, je RuBisCO. Jeho schopnost vázat oba CO₂ a O₂ na svém aktivním místě mu dává jeho charakteristickou nomenklaturu.

Proberme některá fakta a pokusme se porozumět“Je Rubisco enzym?"

• Proč je rubisco enzym?
• Jak je rubisco enzym?
• Jaká skupina enzymů je rubisco?
• Kde se nachází enzym rubisco?
• Funkce enzymu rubisco
• Struktura enzymu rubisco
• Může být rubisco substrát?
• Je enzym rubisco protein?

Klíčové vlastnosti:

Proč je rubisco enzym?

Ribulóza-1,5-bisfosfátkarboxyláza/oxygenáza katalyzuje fázi omezující rychlost Calvin-Bensonova cyklu, který přeměňuje atmosférický uhlík na fyziologicky užitečný zdroj uhlíku (Rubisco). Rubisco se musí vyrábět ve velkých množstvích kvůli jeho nízké substrátové specifitě a pomalejší katalytické rychlosti.

ex:

• Protože RubisCO je hojné a má vysokou molekulovou hmotnost v listech rostliny chloroplasty rostlin typu C3frakcionací extraktu z listů pomocí síranu amonného vznikla „frakce 1“, homogenní proteinová frakce, která představuje významné množství listových proteinů (550 kDa).
• Pro jednoduchost je tato frakce označována jako „protein frakce 1“, jehož složení bylo důkladně zdokumentováno elektroforézou, analytickou centrifugací, krystalizací atd. a bylo použito v různých aplikacích.
• Stále však nebylo jasné, jak funguje jako enzym. Bylo zjištěno jiným způsobem. Badatelé se rozhodli identifikovat enzym, který katalyzuje dismutaci 3-PGA na dvě molekuly a vazbu CO₂ molekuly na ribulózu 1,5-difosfát po pochopení Benson-Bassham-Calvinova cyklu.
• Tento enzym, nazývaný karboxydismutáza, byl nalezen v roce 1956. Rychle se ukázalo, že ribulózabisfosfát (nebo RuBP) karboxyláza je stejný protein jako „protein frakce 1“ a enzym, který byl dříve identifikován.

Jak je rubisco enzym?

Ribulóza-1,5-bisfosfátkarboxyláza/oxygenáza (Rubisco; EC 4.1.1.39) je klíčovým enzymem v CO₂ asimilace. Katalyzuje reakci mezi plynným oxidem uhličitým a ribulóza-1,5-bisfosfátem (RuBP) za vzniku dvou molekul kyseliny 3-fosfoglycerové (3-PGA).

• Termín RubisCO pochází z skutečnost, že tento enzym je bifunkční a kromě své karboxylázové funkce působí také jako oxygenáza (Ribulóza bifosfát karboxylázová Oxygenáza).
• Po více než tři miliardy let sloužil enzym určený pro fotosyntézu zvaný RubisCO jako vstupní bod pro uhlík do široce rozšířených organických sloučenin na planetě.
• Fotorespirace, metabolický proces, který se objevil podstatně později se zvýšením hladiny atmosférického kyslíku, má také své kořeny v tomto procesu.
• Je to biosférický enzym s nejvyšším kvantitativním významem. Dále slouží jako primární zdroj organického dusíku v listech.

Jaká skupina enzymů je rubisco?

Ribulóza bisfosfát karboxylázová oxygenáza je známá jako RuBisCO. Katalyzuje karboxylační a oxygenační reakce během fotosyntézy a fotorespirace a má afinitu k CO₂ a O₂.

ex:

• Jedním z mnoha enzymů v Calvinově cyklu je RuBisCO. Dvě molekuly glycerát-3-fosfátu se vytvoří, když Rubisco napomáhá oxidaci CO₂ v RuBP C₂ uhlík a následné štěpení vazby mezi C3 a C₂ uhlíky. Enolizace, karboxylace, hydratace, štěpení CC vazby a protonace jsou procesy, které se účastní konverze.
• Enzym RuBisCo, který je přesněji znám jako RUBP karboxyláza-oxygenáza, má afinitu ke kyslíku i oxidu uhličitému.

Kde se nachází enzym rubisco?

Většina autotrofních organismů, včetně eukaryotických řas a vyšších rostlin, stejně jako řada prokaryot, včetně fotosyntetických a chemolithoautotrofních bakterií a archaea, obsahuje rubisCO.

Př: U rostlin napomáhá Calvinovu cyklu fotosyntézy enzym RuBisCO, který se nachází v chloroplastu. Po reakci s RuBP (ribulóza 1,5-bisfosfát) za vzniku endiolu se následně spojí s CO₂ za vzniku PGA (3-fosfoglycerátu) po průchodu několika meziprodukty. 

Původ RubisCO

Proteiny podobné RubisCO (RLP) a samotný RubisCO jsou členy stejné nadrodiny a nacházejí se v různých živých tvorech. Všechny tyto proteiny nefungují jako karboxylázy. Fylogenetické studium genů, které kódují tyto proteiny, navrhuje třístupňová evoluční cesta.

• Non-CO₂-enzym enolázového typu je pravděpodobně zdrojem nadrodiny proteinů RPL/RubisCO. Funkční karboxyláza by se poprvé objevila v této rodině;
• Před vznikem autotrofie závislé na RubisCO u bakterií s Benson-Bassham-Calvinovým cyklem se RubisCO poprvé objevil v autotrofním prostředí v archaea prostřednictvím metabolismu nukleotidů;
• Zlepšení toku uhlíku V důsledku toho by se RubisCO vyvinul z nezávislého enzymu na enzymový komplex, přičemž poslední fáze evoluce nastává u sinic s karboxysomy nebo pyrenoidy řas.

Funkce enzymu rubisco

• Primární role RuBisCO jsou ve fotosyntéze a fotorespiraci.
• Katalyzuje karboxylaci RuBP, počáteční fázi fixace uhlíku v dráze C3 nebo Calvinově cyklu. Výsledkem jsou dvě molekuly 3-PGA.
• RuBisCO se také váže na určitý kyslík v procesu fotorespirace, protože má afinitu ke kyslíku. Výsledkem je, že RuBP je transformován do jedné molekuly fosfoglycerátu a fosfoglykolátu.
• Fotosyntéza je preferována před fotorespirací, protože RuBisCO má výrazně vyšší afinitu k CO₂ než pro O₂..

Role RuBisCO ve fotosyntéze

• Počáteční fáze fixace uhlíku Calvinova cyklu je katalyzována RuBisCO. Všechny rostliny procházejí Calvinovým cyklem, který zahrnuje C3, C4 a CAM.
• Karboxylace je počáteční fází Calvinova cyklu. Zde CO₂ se přemění na organický meziprodukt, který je stabilní. Sloučenina 5-C je RuBP. Karboxyluje se pomocí CO₂a po přerušení spojení CC se vytvoří dvě molekuly 3-PGA.

Reakce katalyzovaná RuBisCO je následující:

RuBP (5C) + CO₂ + H₂O → 2 3-PGA (3C)

• Enolizace RuBP je následována karboxylací, která vytváří meziprodukt zvanou 3-keto-2'-karboxyarabinitol-1,5-bisfosfát. Po hydrataci je vazba mezi dvěma uhlíky následně přerušena za vzniku dvou molekul 3-fosfoglycerátu (3-PGA). Výsledný 3-PGA se používá v následujících krocích k vytvoření glukózy a dalších sacharidů.
• K tomuto procesu dochází v mezofylových buňkách rostlin C3. Buňky svazku pochev dráhy C4 jsou místem, kde se vyskytuje Calvinův cyklus. RuBisCO se hojně vyskytuje v buňkách pochvy svazku. Tato modifikace pomáhá rostlinám C4 snížit fotorespiraci.

Fotorespirace

• Kromě toho, že RuBisCO preferuje kyslík, okysličuje RuBP, když je přítomen kyslík. Protože fotorespirace využívá ATP, část energie z fotosyntézy se ztrácí.
• RuBP se mění na jednu molekulu každého fosfoglycerátu (3C) a fosfoglykolátu (2C), když se RuBisCO váže na O₂. Je to odpadní proces, protože neprodukuje ATP ani cukr.

Struktura enzymu rubisco

Ve fotosyntetických organismech se rubisCO skládá ze souboru osmi velkých podjednotek (označovaných jako L), z nichž každá měří 51 až 58 kDa, a osmi malých podjednotek (označovaných jako S), z nichž každá měří 12 až 18 kDa.

• Chloroplastový genom kóduje hlavní složky v chloroplastovém stromatu;
• Malé složky jsou zakódovány v jaderném genomu fotosyntetických buněk a transportovány do stromatu chloroplastové organely přes její vnější a vnitřní membránu;
• Chaperonové proteiny jsou nutné pro skládání polypeptidů odpovídajících podjednotkám a jejich sestavení za vzniku funkčního RubisCO;
• Velké podjednotky obsahují katalytická místa na funkční úrovni. Jeho malé podjednotky, které jsou nutné pro provoz, mají regulační roli.

Vlastnosti RuBisCO

• Řasy, rostliny, fotosyntetických protistůa některé autotrofní bakterie, jako jsou mimo jiné sinice a proteobakterie, všechny obsahují RuBisCO.
• Nejrozšířenější protein v biosféře se nazývá RuBisCO. V závodech C3 a C4 tvoří asi 50 % a 30 % z celkového počtu rozpustný listový protein, V uvedeném pořadí.
• RuBisCO se nachází ve svazkových buňkách pochev v rostlinách C4 na rozdíl od mezofylových buněk v rostlinách C3.
• Je to podstatný, komplexní protein složený z dlouhých i krátkých řetězců. Molekulová hmotnost je přibližně 540,000 XNUMX Da.
• Typicky existuje 8 malých řetízků a 8 obřích řetízků, které se spojí a vytvoří 4 dimery. Velký řetězec obsahuje aktivní místo substrátu. Některé dinoflageláty a bakterie mají pouze velké podjednotky.
• Jaderná DNA kóduje drobné řetězce, zatímco chloroplastová DNA kóduje velké řetězce. Z cytoplazmy jsou malé řetězce transportovány do stromatu chloroplastů.
• Mg²⁺ je nezbytný pro fungování enzymu.
• RuBisCO je neaktivní v noci a stává se aktivním během dne. Připojením CO₂ a Mg²⁺ iontů na lysinový zbytek v blízkosti aktivního místa, je aktivován RuBisCO, což způsobuje konformační změny a stabilizuje aktivní stav enzymu.

Může být rubisco substrát?

RuBisCO používá jako substráty oxid uhličitý a ribulóza-1,5-bisfosfát (na rozdíl od „aktivačního“ oxidu uhličitého). Když je katalyzován RuBisCO, ribulóza-1,5-bisfosfátem a molekulárním kyslíkem (O₂) reagovat místo oxidu uhličitého (CO ₂).

• Fixace, redukce a regenerace jsou tři základní fáze, které tvoří reakce Calvinova cyklu. Enzym RuBisCO a molekula ribulóza bisfosfát jsou kromě CO přítomny ve stromatu₂ ke spuštění Calvinova cyklu (RuBP). RuBP má na každém ze svých konců fosfátovou skupinu a pět atomů uhlíku.
• Šestiuhlíková molekula vzniká, když se RuBP spojí s CO₂a RuBisCO následně rozdělí tuto molekulu na dvě tříuhlíkové molekuly. Tento postup je známý jako fixace uhlíku, protože CO₂ je „fixován“ ze svého anorganického stavu na organické molekuly.

Je enzym rubisco protein?

Protein RuBisCO může tvořit až 50 % celkové bílkovinné frakce v zelených částech rostlin. RuBisCO je tak považován za nejrozšířenější protein na Zemi a je primárním fotosyntetickým enzymem v listech zelených rostlin.

Například RuBisCO je enzym, jedinečná třída proteinů. RuBisCO, stejně jako ostatní enzymy, má aktivní místa, která se vážou na substráty a urychlují procesy. RuBisCO je součástí Calvinova cyklu, procesu fotosyntézy, při kterém se oxid uhličitý přeměňuje na cukr.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Ve výše uvedeném článku jsme studovali o RuBisCo: zda se jedná o enzym a některá zajímavá fakta něco takového dokázat. Struktura, klasifikace, funkce a původ RuBisCo byly podrobně studovány.

Také čtení:

• Jsou enzymy globulární
• Polymerázová řetězová reakce
• Funkce cytoplazmy 2
• Příklady ovoce v kapslích
• Příklady polygenních znaků
• Funkce bičíků
• Povinný aerob
• Je kodon dna nebo rna
• Příklad nekvetoucí rostliny
• Příklady eukaryotických hub