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Rubisco, Abkürzung für Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase-Oxygenase, ist die bekannteste und auch entscheidend Enzym in allen möglichen Formen von Photosynthese (C3, C4 und CAM). Die meisten von den Biomasse die auf der Erde vorhanden ist, hat dieses Enzym einmal durchlaufen, da es die Hauptreaktion für die Fixierung ist Kohlendioxid und damit der Bau von Biomasse von Solarenergie.

Eigenschaften

Es ist ein Enzym, das wahrscheinlich so lange existiert wie die Photosynthese, wie später erklärt wird, dass sich dieses Enzym seit seiner Entstehung nicht wesentlich verändert hat. Es ist ein ziemlich großes Enzym (560 kDa) und erfordert viel Stickstoff- bei der Synthese. Es besteht aus 8 großen (56 kDa) und 8 kleinen (14 kDa) Untereinheiten, die als L- bzw. S-Untereinheiten bezeichnet werden. Die kleinen Untereinheiten werden durch die rbcSGen auf dem Kern DNA; die großen hingegen werden von der abgeschrieben rbcL-Gen auf dem Chloroplasten- DNA.

Funktionen

Rubisco im Calvin-Zyklus

Carboxylierung

Dieses Enzym katalysiert (heute hauptsächlich) die Carboxylierung (anhängen von a Kohlendioxid) von Ribulose-1,5-diphosphat, wodurch ein C₆ Es entsteht Zucker, der beim Bau von Biomasse weiterverwendet werden kann. Dieses C₆ Zucker zerfällt sofort in zwei gleiche C₃ Zucker, nämlich 3-Phosphoglycerat.

Oxygenierung

Wie der Name schon sagt, kann dieses Enzym neben der Carboxylierung noch andere Funktionen erfüllen, nämlich Oxygenierung; Dies ist der Verbrauch von Sauerstoff, der zur Produktion von Kohlendioxid führt.

Evolutionshypothese

Zu der Zeit, als dieses Enzym in der Evolution auftauchte, war die Oxygenierungsfunktion notwendig, da es limitierende Sauerstoffbedingungen gab (2% Sauerstoffkonzentration 3,5 Mega-Annum vor; 21% der aktuellen Sauerstoffkonzentration). Sauerstoff ist heute kein limitierender Faktor mehr, was diese Funktion überflüssig und vor allem parasitär macht, da er gerade fixierten Kohlenstoff verwendet. Auf diese Weise stiehlt es der benötigten Reaktion Energie. Dieses Enzym hatte mehrere Millionen Jahre existiert, bevor diese zweite Funktion aus diesem Grund überflüssig wurde; wahrscheinlich aus diesem Grund unterliegt dieses Enzym keiner Evolution und es existiert weiterhin in der gleichen Struktur und Aminosäurezusammensetzung. Es sind zwei mögliche Umgehungen dieser Funktion bekannt, die zu verschiedenen Zeiten und zu unterschiedlichen Zeiten in der Evolution aufgetreten sind; nämlich CAM und C₄- Photosynthese.

Jobwechsel von Rubisco

Einige Pflanzen haben eine Veränderung erfahren, sodass diese zweite Funktion von Rubisco keine Rolle mehr spielt. Sie schaffen eine kohlendioxidreiche Umgebung um das Enzym und führen seine Funktion effizient aus.

CAM-Anlagen

Diese Pflanzen leben normalerweise in trockenen Gebieten (zB Wüsten) und würden austrocknen, wenn sie ihre Spaltöffnungen tagsüber offen ließen. Aber die Kohlendioxidfixierung ist ein lichtabhängiger Prozess; Daher muss das Enzym eine Möglichkeit haben, eine konstante Umgebung für Rubisco aufrechtzuerhalten. Dazu wird die Kohlendioxidaufnahme und die Kohlendioxidfixierung zeitlich getrennt. Die Pflanze wird nachts sein Stomata (Stomata) öffnen und absorbieren Kohlendioxid und speichern es vorübergehend in Form von Malat (Äpfelsäure) in bezeichneten Vakuolen. Im Laufe des Tages spaltet es wieder Kohlendioxid ab und verwendet es zur Fixierung.

C4-Pflanzen

Diese Pflanzen dienen aus den gleichen Gründen dazu, Rubisco eine kohlendioxidreiche Umgebung zu bieten, und tun dies, indem sie die Kohlendioxidaufnahme und -fixierung trennen. im Raum trennen. Dies kann durch eine spezielle Anatomie (Kranz-Anatomie; deutsch für "Kranz") von konzentrischen Zellringen um die eigentlichen Zellen, in denen die Fixierung stattfindet, gelöst werden.

Klimawandel

Wie allgemein angenommen wird, steigen die globalen Kohlendioxidkonzentrationen und infolgedessen die verstärkter Treibhauseffekt und steigende Temperaturen. Die Auswirkungen auf photosynthetische Pflanzen und das damit verbundene Rubisco sind zweifach. Einerseits ist es eine Tatsache, dass die Oxygenase-Aktivität mit steigender Temperatur schneller auftritt. Andererseits nimmt die Carboxylase-Aktivität mit steigender Kohlendioxidkonzentration zu (entsprechend der Das Gesetz von Le Chatelier). Hier sieht man deutlich, dass die Wirkung der globalen Erwärmung zweischneidig ist; derzeit ist noch nicht bekannt, wie sich dieser Konflikt auf globaler Ebene entwickeln wird.