روبيسكو

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة

إنزيم ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز ، المعروف اختصارًا بـ RuBisCo أو rubisco [ 1 ] أو RuBPCase [ 2 ] أو RuBPco [ 3 ]، هو إنزيم ( EC 4.1.1.39 ) يشارك في الجزء غير المعتمد على الضوء (أو "المظلم") من عملية التمثيل الضوئي ، بما في ذلك تثبيت الكربون الذي من خلاله يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون الجوي بواسطة النباتات والكائنات الحية الأخرى التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي إلى جزيئات غنية بالطاقة مثل الجلوكوز . وقد ظهر هذا الإنزيم منذ حوالي أربعة مليارات سنة في عمليات الأيض البدائية قبل وجود الأكسجين على الأرض. [ 4 ] وهو على الأرجح أكثر الإنزيمات وفرةً على سطح الأرض. من الناحية الكيميائية، يحفز هذا الإنزيم عملية الكربوكسيل لريبولوز -1،5-ثنائي الفوسفات (المعروف أيضًا باسم RuBP). [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

مسارات بديلة لتثبيت الكربون

يُعدّ إنزيم روبيسكو ذا أهمية بيولوجية بالغة لأنه يحفز التفاعل الكيميائي الأساسي الذي يدخل من خلاله الكربون غير العضوي إلى الغلاف الحيوي . وبينما تقوم العديد من البكتيريا والعتائق ذاتية التغذية بتثبيت الكربون عبر مسار أسيتيل مرافق الإنزيم أ المختزل ، أو دورة 3-هيدروكسي بروبيونات ، أو دورة كريبس العكسية ، فإن هذه المسارات تُساهم بنسبة ضئيلة نسبيًا في تثبيت الكربون العالمي مقارنةً بما يحفزه إنزيم روبيسكو. وعلى عكس روبيسكو، فإن إنزيم فوسفينول بيروفات كاربوكسيلاز يُثبّت الكربون بشكل مؤقت فقط. وانعكاسًا لأهميته، يُعدّ روبيسكو البروتين الأكثر وفرة في الأوراق ، حيث يُمثّل 50% من البروتين الذائب في أوراق نباتات C3 ( 20-30% من إجمالي نيتروجين الأوراق) و30% من البروتين الذائب في أوراق نباتات C4 (5-9% من إجمالي نيتروجين الأوراق). [ 7 ] ونظرًا لدوره المهم في الغلاف الحيوي، فإن الهندسة الوراثية لروبيسكو في المحاصيل تحظى باهتمام متواصل (انظر أدناه ).

بناء

الموقع النشط لإنزيم روبيسكو من فطر غالديريا سلفوراريا مع ثاني أكسيد الكربون : تظهر الأحماض الأمينية المشاركة في كل من الموقع النشط وتثبيت ثاني أكسيد الكربون لتحفيز الإنزيم ، مُلوّنةً ومُصنّفةً. تُقاس المسافات بين روابط الهيدروجين بالأنجستروم. يظهر أيون المغنيسيوم (كرة خضراء) مُرتبطًا بثاني أكسيد الكربون ، ويليه ثلاث جزيئات ماء (كرات حمراء). جميع الأحماض الأمينية الأخرى مُلوّنة بتدرج الرمادي.
موقع جين rbcL في جينوم البلاستيدات الخضراء لنبات رشاد أذن الفأر (المواقع حوالي 55-56.4 كيلوبايت). يُعدّ rbcL أحد الجينات الـ 21 المشفرة للبروتينات والمسؤولة عن عملية التمثيل الضوئي (المربعات الخضراء).

في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء ، بالإضافة إلى البكتيريا الزائفة ذاتية التغذية الضوئية والكيميائية (المعروفة سابقًا باسم البروتيوكتيريا)، يتكون الإنزيم عادةً من نوعين من الوحدات البروتينية، تُسمى السلسلة الكبيرة ( L ، حوالي 55000 دالتون ) والسلسلة الصغيرة ( S ، حوالي 13000 دالتون). يُشفّر جين السلسلة الكبيرة ( rbcL ) بواسطة الحمض النووي للبلاستيدات الخضراء في النباتات. [ 8 ] يوجد عادةً العديد من جينات السلسلة الصغيرة ذات الصلة في نواة الخلايا النباتية، وتُستورد السلاسل الصغيرة إلى الحيز الستروما للبلاستيدات الخضراء من السيتوسول عبر عبور الغشاء الخارجي للبلاستيدة الخضراء . [ 6 ] [ 9 ] تقع مواقع ارتباط الركيزة النشطة إنزيميًا ( ريبولوز 1،5-ثنائي الفوسفات) في السلاسل الكبيرة التي تُشكّل ثنائيات، حيث تُساهم الأحماض الأمينية من كل سلسلة كبيرة في مواقع الارتباط. يتجمع ما مجموعه ثماني سلاسل كبيرة (أي أربعة ثنائيات) وثماني سلاسل صغيرة لتكوين مركب أكبر يبلغ وزنه حوالي 540,000 دالتون. [ 10 ] وقد وُجدت في بعض أنواع الزائفة السوطية والدينوفلاجيلات إنزيمات تتكون من وحدات فرعية كبيرة فقط. [ أ ]

أيونات المغنيسيوم ( Mg²⁺ ) ضرورية للنشاط الإنزيمي. يتطلب التموضع الصحيح لأيونات المغنيسيوم في الموقع النشط للإنزيم إضافة جزيء ثاني أكسيد الكربون ( CO₂ ) إلى الليسين في الموقع النشط (مكونًا الكربامات ). [ 12 ] تعمل أيونات المغنيسيوم عن طريق تحفيز نزع البروتون من بقايا الليسين 210، مما يؤدي إلى دوران بقايا الليسين بمقدار 120 درجة إلى المتماثل العابر ، وبالتالي تقليل المسافة بين ذرة النيتروجين في الليسين وذرة الكربون في ثاني أكسيد الكربون . يسمح هذا التقارب بتكوين رابطة تساهمية، ينتج عنها الكربامات. [ 13 ] يتم تمكين أيونات المغنيسيوم من الارتباط بالموقع النشط أولًا عن طريق دوران الهيستيدين 335 إلى هيئة بديلة. يرتبط أيون المغنيسيوم (Mg²⁺ ) ببقايا الهيستيدين في الموقع النشط (His300، His302، His335)، ويُعادَل جزئيًا بربطه بثلاث جزيئات ماء وتحويلها إلى أيون الهيدروكسيل ( -OH). [ 13 ] ينتج عن هذا الربط مُركّب غير مستقر، ولكنه يُهيئ بيئة مُلائمة لارتباط أيون المغنيسيوم . يُفضّل تكوين الكربامات في بيئة قلوية . يزداد الرقم الهيدروجيني وتركيز أيونات المغنيسيوم في الحيز السائل (في النباتات، ستروما البلاستيدة الخضراء ) في الضوء. يُناقش دور تغير الرقم الهيدروجيني ومستويات أيونات المغنيسيوم في تنظيم نشاط إنزيم روبيسكو لاحقًا . بمجرد تكوين الكربامات، يُنهي His335 عملية التنشيط بالعودة إلى موضعه الأولي بفعل التذبذب الحراري. [ 13 ]

النشاط الإنزيمي

هناك تفاعلان رئيسيان لإنزيم روبيسكو: تثبيت ثاني أكسيد الكربون والأكسجة.

إنزيم روبيسكو هو أحد الإنزيمات العديدة في دورة كالفن . عندما يُسهّل روبيسكو هجوم ثاني أكسيد الكربون على ذرة الكربون C2 في جزيء روبيسكو ثنائي الفوسفات (RuBP) وما يتبعه من كسر الرابطة بين ذرتي الكربون C3 وC2، تتكون جزيئتان من جليسرين-3-فوسفات. تتضمن هذه العملية الخطوات التالية: التَأْيُل ، الكربوكسيل ، الإماهة ، كسر الرابطة الكربونية، والبروتنة . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

الركائز

ركائز إنزيم روبيسكو هي ريبولوز-1،5-ثنائي الفوسفات وثاني أكسيد الكربون (المختلف عن ثاني أكسيد الكربون "المنشط"). كما يحفز روبيسكو تفاعل ريبولوز-1،5-ثنائي الفوسفات مع الأكسجين الجزيئي (O₂ ) بدلاً من ثاني أكسيد الكربون ( CO₂ ) . [ 17 ] يُعزى التمييز بين الركيزتين CO₂ و O₂ إلى اختلاف تفاعلات عزم رباعي الأقطاب للركيزة وتدرج المجال الكهروستاتيكي العالي . [ 13 ] ينشأ هذا التدرج من خلال الشكل الثنائي لروبيسكو ذي النشاط الأدنى، والذي يوفر بمكونيه مزيجًا من المجالات ذات الشحنات المتعاكسة اللازمة لتفاعل الإنزيم مع O₂ و CO₂ . تساعد هذه الظروف في تفسير انخفاض معدل التحول في إنزيم روبيسكو: فمن أجل زيادة قوة المجال الكهربائي اللازم للتفاعل الكافي مع عزم رباعي الأقطاب للركائز ، يجب إغلاق القطعتين الطرفيتين C و N للإنزيم، مما يسمح بعزل الموقع النشط عن المذيب وخفض ثابت العزل الكهربائي . [ 18 ] ويترتب على هذا العزل تكلفة إنتروبية كبيرة ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل التحول.

ربط RuBP

يُثبَّت تفاعل الكرباميل مع مجموعة الإيبسيلون-أمينو في الليسين 210 عن طريق التنسيق مع أيون المغنيسيوم (Mg²⁺ ) . [ 19 ] يتضمن هذا التفاعل ارتباط نهايات الكربوكسيلات في الأسبارتات 203 والغلوتامات 204 بأيون المغنيسيوم (Mg²⁺ ) . يرتبط الركيزة RuBP بأيون المغنيسيوم (Mg²⁺ ) مُزيحًا اثنين من الروابط المائية الثلاثة. [ 14 ] [ 20 ] [ 21 ]

عملية الإينولية

تُعرف عملية تحويل RuBP إلى إينول بأنها تحويل المتصاوغ الكيتوني لـ RuBP إلى إينيديول (أو إينيديولات). تبدأ هذه العملية بنزع بروتون من ذرة الكربون C3. وقد دار جدل حول الإنزيم المسؤول عن هذه الخطوة، [ 20 ] [ 22 ] إلا أن القيود الفراغية الملاحظة في البنى البلورية جعلت Lys210 المرشح الأرجح. [ 14 ] وبالتحديد، يقوم أكسجين الكربامات الموجود على Lys210، غير المرتبط بأيون المغنيسيوم، بنزع بروتون من ذرة الكربون C3 في RuBP لتكوين 2،3-إينيديولات. [ 20 ] [ 21 ]

الكربوكسيل

صورة ثلاثية الأبعاد للموقع النشط لإنزيم روبيسكو في السبانخ المرتبط بالمثبط 2-كاربوكسي أرابينيتول-1،5-ثنائي الفوسفات، وثاني أكسيد الكربون ، وأيونات المغنيسيوم . (PDB: 1IR1؛ عرض الرابط [CAP]501:A)

ينتج عن كربوكسلة 2،3-إينيديولات المركب الوسيط 3-كيتو-2-كربوكسي أرابينيتول-1،5-ثنائي الفوسفات، ويتموضع الليسين 334 لتسهيل إضافة ركيزة ثاني أكسيد الكربون ، حيث يحل محل جزيء الماء الثالث المرتبط بأيون المغنيسيوم (Mg2 +) ويضاف مباشرةً إلى الإينيديول. لا يتشكل معقد مايكليس في هذه العملية. [ 14 ] [ 22 ] ينتج عن ترطيب هذا الكيتون مجموعة هيدروكسيل إضافية على ذرة الكربون C3، مكونًا مركبًا وسيطًا ثنائي الهيدروكسيل . [ 20 ] [ 23 ] اقتُرحت الكربوكسيلة والترطيب إما كخطوة واحدة متناسقة [ 20 ] أو كخطوتين متتاليتين. [ 23 ] يدعم آلية التناسق قرب جزيء الماء من ذرة الكربون C3 في RuBP في العديد من البنى البلورية. ضمن بنية السبانخ، تتوضع بقايا أخرى بشكل جيد للمساعدة في خطوة الترطيب لأنها تقع ضمن مسافة تكوين روابط هيدروجينية مع جزيء الماء. [ 14 ]

انشقاق الرابطة الكربونية

ينشطر المركب الوسيط ثنائي الجيم عند الرابطة C2-C3 لتكوين جزيء واحد من جليسرين-3-فوسفات ومجموعة كربوكسيلات سالبة الشحنة. [ 14 ] يؤدي بروتنة C2 لهذا الكربانيون بشكل انتقائي فراغيًا إلى تكوين جزيء آخر من جليسرين-3-فوسفات. يُعتقد أن هذه الخطوة تتم بتسهيل من ليسين 175 أو ربما ليسين 210 المُكربَمَل. [ 14 ]

منتجات

عندما يكون ثاني أكسيد الكربون هو الركيزة، يكون ناتج تفاعل الكربوكسيلاز وسيطًا فسفوريًا غير مستقر مكونًا من ست ذرات كربون، يُعرف باسم 3-كيتو-2-كربوكسي أرابينيتول-1،5-ثنائي الفوسفات، والذي يتحلل بسرعة إلى جزيئين من جليسرين-3-فوسفات . هذا الناتج، المعروف أيضًا باسم 3-فوسفوجليسرين، يمكن استخدامه لإنتاج جزيئات أكبر مثل الجلوكوز .

عندما يكون الأكسجين الجزيئي هو الركيزة، تكون نواتج تفاعل الأكسيجيناز هي فوسفوجليكولات و3-فوسفوجليسيرات. يُعاد تدوير الفوسفوجليكولات من خلال سلسلة من التفاعلات تُسمى التنفس الضوئي ، والتي تشمل إنزيمات وسيتوكرومات موجودة في الميتوكوندريا والبيروكسيسومات (وهذه حالة من حالات إصلاح الأيض ). في هذه العملية، يتحول جزيئان من الفوسفوجليكولات إلى جزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون وجزيء واحد من 3-فوسفوجليسيرات، والذي يمكن أن يعود إلى دورة كالفن. يمكن للنباتات الاحتفاظ ببعض الفوسفوجليكولات الداخلة في هذا المسار لإنتاج جزيئات أخرى مثل الجلايسين . عند المستويات المحيطة من ثاني أكسيد الكربون والأكسجين، تكون نسبة التفاعلات حوالي 4 إلى 1، مما ينتج عنه تثبيت صافٍ لثاني أكسيد الكربون يبلغ 3.5 فقط. وبالتالي، فإن عدم قدرة الإنزيم على منع التفاعل مع الأكسجين يقلل بشكل كبير من القدرة التمثيلية الضوئية للعديد من النباتات. لقد تغلبت بعض النباتات والعديد من الطحالب والبكتيريا الضوئية على هذا القيد من خلال ابتكار وسائل لزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون حول الإنزيم، بما في ذلك تثبيت الكربون C4 ، واستقلاب حمض الكراسولاسين ، واستخدام البيرينويد .

قد تؤدي الأنشطة الجانبية لإنزيم روبيسكو إلى نواتج ثانوية غير مفيدة أو مثبطة. تشمل النواتج الثانوية المثبطة المهمة زيلولوز 1،5-ثنائي الفوسفات وجليسيرو -2،3-بنتوديولوز 1،5-ثنائي الفوسفات ، وكلاهما ناتج عن "خلل" في منتصف تفاعل الإينولية-الكربوكسلة. في النباتات العليا، تتسبب هذه العملية في تثبيط ذاتي لإنزيم روبيسكو، والذي يمكن تحفيزه بتركيزات مشبعة من ثاني أكسيد الكربون وRuBP، ويمكن التغلب عليه بواسطة منشط روبيسكو (انظر أدناه). [ 24 ]

معدل النشاط الإنزيمي

نظرة عامة على دورة كالفن وتثبيت الكربون.

تستطيع بعض الإنزيمات إجراء آلاف التفاعلات الكيميائية في الثانية الواحدة. مع ذلك، يُعدّ إنزيم روبيسكو بطيئًا، إذ يُثبّت ما بين 3 إلى 10 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون فقط في الثانية الواحدة لكل جزيء من الإنزيم. [ 25 ] وبالتالي، يُعدّ التفاعل الذي يُحفّزه روبيسكو العاملَ الرئيسي المُحدِّد لمعدل دورة كالفن خلال النهار. ومع ذلك، في معظم الظروف، وعندما لا يُحدّ الضوء من عملية التمثيل الضوئي، تستجيب سرعة روبيسكو إيجابًا لزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون.

لا ينشط إنزيم روبيسكو عادةً إلا خلال النهار، إذ لا يُعاد توليد ريبولوز 1،5-ثنائي الفوسفات في الظلام. ويعود ذلك إلى تنظيم العديد من الإنزيمات الأخرى في دورة كالفن. إضافةً إلى ذلك، يتناسق نشاط روبيسكو مع نشاط الإنزيمات الأخرى في دورة كالفن بعدة طرق أخرى.

بواسطة الأيونات

عند إضاءة البلاستيدات الخضراء، يرتفع الرقم الهيدروجيني (pH) في الستروما من 7.0 إلى 8.0 نتيجةً لتدرج تركيز البروتونات (أيونات الهيدروجين، H + ) عبر غشاء الثايلاكويد . ويُعدّ انتقال البروتونات إلى الثايلاكويدات مدفوعًا بالضوء ، وهو أمر أساسي لتخليق الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) في البلاستيدات الخضراء (للمزيد من المعلومات: مركز التفاعل الضوئي ؛ التفاعلات المعتمدة على الضوء ) . ولموازنة فرق الجهد الأيوني عبر الغشاء، تنتقل أيونات المغنيسيوم ( Mg2 + ) خارج الثايلاكويدات، مما يزيد من تركيز المغنيسيوم في ستروما البلاستيدات الخضراء. يتميز إنزيم روبيسكو (RuBisCO) برقم هيدروجيني أمثل مرتفع (قد يتجاوز 9.0، اعتمادًا على تركيز أيونات المغنيسيوم)، وبالتالي، يُصبح "نشطًا" عند إضافة ثاني أكسيد الكربون والمغنيسيوم إلى المواقع النشطة كما ذُكر سابقًا.

بواسطة منشط روبيسكو

في النباتات وبعض الطحالب، يُعد إنزيم مُنشِّط روبيسكو (Rca، GO:0046863 ، P10896 ) ضروريًا لتكوين الكربامات الحرج بسرعة في الموقع النشط لروبيسكو. [ 26 ] [ 27 ] ويُعزى ذلك إلى أن ريبولوز 1،5-ثنائي الفوسفات (RuBP) يرتبط بقوة أكبر بالمواقع النشطة لروبيسكو عند وجود فائض من الكربامات، مما يمنع تقدم العمليات. في الضوء، يُعزز مُنشِّط روبيسكو إطلاق RuBP المُثبِّط (أو المُخزِّن، كما يُنظر إليه في بعض الآراء) من المواقع التحفيزية لروبيسكو. كما يُعد المُنشِّط ضروريًا في بعض النباتات (مثل التبغ والعديد من أنواع الفاصوليا) لأنه في الظلام، يُثبَّط روبيسكو (أو يُحمى من التحلل المائي) بواسطة مُثبِّط تنافسي تُصنِّعه هذه النباتات، وهو نظير الركيزة 2-كربوكسي-D-أرابيتينول 1-فوسفات (CA1P). [ 28 ] يرتبط CA1P بقوة بالموقع النشط لإنزيم روبيسكو المُكربَمَل، ويُثبِّط نشاطه التحفيزي بدرجة أكبر. وقد ثبت أيضًا أن CA1P يُحافظ على روبيسكو في هيئة محمية من التحلل البروتيني . [ 29 ] في وجود الضوء، يُعزز مُنشِّط روبيسكو أيضًا إطلاق CA1P من المواقع التحفيزية. بعد إطلاق CA1P من روبيسكو، يتحول بسرعة إلى شكل غير مُثبِّط بواسطة فوسفاتاز CA1P المُنشَّط ضوئيًا . حتى بدون هذه المُثبِّطات القوية، مرة واحدة كل بضع مئات من التفاعلات، لا تكتمل التفاعلات الطبيعية مع ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين؛ إذ لا تزال تتشكل نظائر أخرى للركيزة المُثبِّطة في الموقع النشط. مرة أخرى، يُمكن لمُنشِّط روبيسكو تعزيز إطلاق هذه النظائر من المواقع التحفيزية والحفاظ على الإنزيم في شكل نشط تحفيزيًا. مع ذلك، عند درجات الحرارة العالية، يتجمع مُنشِّط روبيسكو ولا يعود قادرًا على تنشيط روبيسكو. يساهم هذا في انخفاض قدرة الكربوكسيل التي لوحظت أثناء الإجهاد الحراري. [ 30 ] [ 31 ]

بواسطة أكتيفاز

تتطلب إزالة مثبطات RuBP وCA1P ونظائر الركائز المثبطة الأخرى بواسطة إنزيم الأكتيفاز استهلاك ATP . ويُثبط هذا التفاعل بوجود ADP ، وبالتالي، يعتمد نشاط الأكتيفاز على نسبة هذه المركبات في حشوة البلاستيدات الخضراء. علاوة على ذلك، في معظم النباتات، تتغير حساسية الأكتيفاز لنسبة ATP/ADP بفعل حالة الأكسدة/الاختزال ( redox ) في الحشوة من خلال بروتين تنظيمي صغير آخر، هو الثيوريدوكسين . وبهذه الطريقة، يمكن تعديل نشاط الأكتيفاز وحالة تنشيط RuBisCO استجابةً لشدة الضوء، وبالتالي معدل تكوين ركيزة ريبولوز 1،5-ثنائي الفوسفات. [ 32 ]

بواسطة الفوسفات

في البكتيريا الزرقاء، يشارك الفوسفات غير العضوي (Pi ) أيضًا في التنظيم المنسق لعملية التمثيل الضوئي: يرتبط Pi بالموقع النشط لإنزيم روبيسكو، وبموقع آخر على السلسلة الكبيرة حيث يمكنه التأثير على التحولات بين التكوينات النشطة وغير النشطة للإنزيم. وبهذه الطريقة، قد يكون تنشيط إنزيم روبيسكو البكتيري حساسًا بشكل خاص لمستويات Pi ، مما قد يجعله يعمل بطريقة مشابهة لكيفية عمل منشط روبيسكو في النباتات العليا. [ 33 ]

بواسطة ثاني أكسيد الكربون

بما أن ثاني أكسيد الكربون والأكسجين يتنافسان على الموقع النشط لإنزيم روبيسكو، يمكن تعزيز تثبيت الكربون بواسطة هذا الإنزيم عن طريق زيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الحيز الذي يحتوي على روبيسكو ( حشوة البلاستيدات الخضراء ). وقد تطورت آليات عديدة خلال تطور النباتات لزيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الحشوة (انظر تثبيت الكربون C4 ). ويبدو استخدام الأكسجين كركيزة عمليةً محيرة، إذ يبدو أنه يُبدد الطاقة المُكتسبة. مع ذلك، قد يكون آليةً لمنع فرط تحميل الكربوهيدرات خلال فترات التدفق الضوئي العالي. ويُعد هذا الضعف في الإنزيم سببًا للتنفس الضوئي ، بحيث قد لا تُحقق الأوراق السليمة في الضوء الساطع أي تثبيت صافٍ للكربون عندما تنحرف نسبة الأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون المتاح لروبيسكو بشكل كبير نحو الأكسجين. وتعتمد هذه الظاهرة بشكل أساسي على درجة الحرارة: إذ يمكن أن تُقلل درجات الحرارة المرتفعة من تركيز ثاني أكسيد الكربون المذاب في رطوبة أنسجة الأوراق. وترتبط هذه الظاهرة أيضًا بالإجهاد المائي : فبما أن أوراق النبات تبرد بالتبخر، فإن نقص الماء يُسبب ارتفاع درجة حرارة الأوراق. تستخدم نباتات C4 في البداية إنزيم PEP كاربوكسيلاز ، الذي يتمتع بألفة أعلى لثاني أكسيد الكربون . تُنتج هذه العملية أولاً مركباً وسيطاً رباعي الكربون، ومن هنا جاء اسم نباتات C4 ، والذي يُنقل إلى موقع عملية التمثيل الضوئي C3 ثم يُزال منه ثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون لزيادة تركيزه .

تحافظ نباتات التمثيل الغذائي الحمضي الكراسولاسي (CAM) على إغلاق ثغورها خلال النهار، مما يحافظ على الماء ولكنه يمنع حدوث التفاعلات غير المعتمدة على الضوء (المعروفة بدورة كالفن )، لأن هذه التفاعلات تتطلب مرور ثاني أكسيد الكربون عبر هذه الفتحات من خلال تبادل الغازات. وتمنع طبقة من الشمع التبخر من خلال السطح العلوي للورقة .

الهندسة الوراثية

بما أن إنزيم روبيسكو غالبًا ما يكون العامل المحدد لمعدل عملية التمثيل الضوئي في النباتات، فمن الممكن تحسين كفاءة التمثيل الضوئي عن طريق تعديل جينات روبيسكو في النباتات لزيادة النشاط التحفيزي و/أو تقليل معدلات الأكسجة. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] قد يُحسّن هذا من عزل ثاني أكسيد الكربون ، ويُشكّل استراتيجية لزيادة غلة المحاصيل. [ 38 ] تشمل الطرق قيد الدراسة نقل جينات روبيسكو من كائن حي إلى آخر، وهندسة مُنشّط روبيسكو من البكتيريا الزرقاء المحبة للحرارة إلى النباتات الحساسة للحرارة، وزيادة مستوى التعبير عن وحدات روبيسكو الفرعية، والتعبير عن سلاسل روبيسكو الصغيرة من الحمض النووي للبلاستيدات الخضراء ، وتعديل جينات روبيسكو لزيادة التخصص لثاني أكسيد الكربون أو زيادة معدل تثبيت الكربون. [ 39 ] [ 40 ]

الطفرات في النباتات

بشكل عام، لم تُحقق الطفرات الموجهة لموقع محدد في إنزيم روبيسكو نجاحًا يُذكر، [ 38 ] على الرغم من إمكانية الحصول على أشكال مُطفرة من البروتين في نباتات التبغ ذات وحدات فرعية من نوع C4 ، [ 41 ] كما تم الحصول على إنزيم روبيسكو ذي خصائص حركية أقرب إلى C4 في الأرز عبر التحويل النووي. [ 42 ] وقد ثبتت إمكانية هندسة إنزيم روبيسكو وغيره من الإنزيمات في دورة C3 بكفاءة وموثوقية عاليتين، [ 43 ] وقد تحقق ذلك لأول مرة في عام 2019 من خلال نهج البيولوجيا التركيبية. [ 37 ]

يتمثل أحد السبل في إدخال متغيرات إنزيم روبيسكو ذات قيم انتقائية عالية طبيعية، مثل تلك الموجودة في الطحلب الأحمر جالديريا بارتيتا، إلى النباتات. قد يُحسّن هذا من كفاءة التمثيل الضوئي للمحاصيل الزراعية، على الرغم من أن الآثار السلبية المحتملة لم تُدرس بعد. [ 44 ] تشمل التطورات في هذا المجال استبدال إنزيم التبغ بإنزيم بكتيريا رودوسبيريلوم روبروم الأرجوانية المُنتجة للتمثيل الضوئي . [ 45 ] في عام 2014، تم إنشاء سلالتين من التبغ المُعدل وراثيًا تحتويان على إنزيم روبيسكو وظيفي من البكتيريا الزرقاء سينيكوكوس إيلونجاتوس PCC7942 (Se7942) عن طريق استبدال جينات إنزيم روبيسكو بجينات الوحدتين الفرعيتين الكبيرة والصغيرة لإنزيم Se7942، بالإضافة إلى بروتين التجميع المرافق لإنزيم Se7942، RbcX، أو بروتين الكربوكسيسوم الداخلي، CcmM35. أظهر كلا الطفرتين زيادة في معدلات تثبيت ثاني أكسيد الكربون عند قياسها بجزيئات الكربون لكل إنزيم روبيسكو. ومع ذلك، نمت النباتات الطافرة بشكل أبطأ من النوع البري. [ 46 ]

تستكشف نظرية حديثة المفاضلة بين التخصص النسبي (أي القدرة على تفضيل تثبيت ثاني أكسيد الكربون على دمج الأكسجين ، مما يؤدي إلى عملية التنفس الضوئي المُهدرة للطاقة ) ومعدل تكوين الناتج. ويخلص الباحثون إلى أن إنزيم روبيسكو ربما يكون قد تطور بالفعل ليصل إلى مستوى "شبه مثالي" في العديد من النباتات (مع تباين كبير في توافر الركائز والظروف البيئية)، محققًا بذلك حلًا وسطًا بين التخصص ومعدل التفاعل. [ 47 ] [ 48 ] كما يُقترح أن تفاعل الأكسيجيناز لإنزيم روبيسكو يمنع استنفاد ثاني أكسيد الكربون بالقرب من مواقعه النشطة، ويحافظ على حالة الأكسدة والاختزال في البلاستيدات الخضراء. [ 49 ]

بما أن عملية التمثيل الضوئي هي المنظم الطبيعي الأكثر فعالية لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض ، [ 50 ] فإن نموذجًا بيوكيميائيًا لتفاعل روبيسكو يُستخدم كوحدة أساسية في نماذج تغير المناخ. لذا، فإن وجود نموذج صحيح لهذا التفاعل ضروري لفهم العلاقات والتفاعلات بين النماذج البيئية.

التعبير في المضيفات البكتيرية

توجد حاليًا طرق قليلة وفعّالة للتعبير عن إنزيم روبيسكو النباتي الوظيفي في البكتيريا المضيفة لدراسات التلاعب الجيني. ويعود ذلك في الغالب إلى حاجة روبيسكو إلى آليات خلوية معقدة لتكوينه الحيوي والحفاظ على استقلابه، بما في ذلك وحدات RbcS الفرعية المشفرة نوويًا، والتي تُستورد عادةً إلى البلاستيدات الخضراء كبروتينات غير مطوية. [ 51 ] [ 52 ] علاوة على ذلك، يُعدّ التعبير الكافي والتفاعل مع مُنشِّط روبيسكو من التحديات الرئيسية أيضًا. [ 39 ] إحدى الطرق الناجحة للتعبير عن روبيسكو في بكتيريا الإشريكية القولونية تتضمن التعبير المشترك عن العديد من البروتينات المرافقة في البلاستيدات الخضراء، على الرغم من أن هذا لم يُثبت إلا لروبيسكو نبات رشاد أذن الفأر . [ 53 ]

استنزاف في الدراسات البروتينية

نظراً لوفرة إنزيم روبيسكو في النباتات (يشكل عادةً 40% من إجمالي محتوى البروتين)، فإنه غالباً ما يعيق تحليل بروتينات الإشارة المهمة، مثل عوامل النسخ ، والكينيزات ، والبروتينات التنظيمية الموجودة بوفرة أقل (10-100 جزيء لكل خلية) داخل النباتات. [ 54 ] على سبيل المثال، استخدام مطياف الكتلة على مخاليط البروتينات النباتية سيؤدي إلى ظهور قمم متعددة شديدة الكثافة لوحدات روبيسكو الفرعية، مما يتداخل مع قمم البروتينات الأخرى ويحجبها.

في الآونة الأخيرة، ظهرت طريقة فعّالة لترسيب إنزيم روبيسكو، وهي استخدام محلول كبريتات البروتامين . [ 55 ] تشمل الطرق الأخرى المتاحة لاستنزاف إنزيم روبيسكو ودراسة البروتينات منخفضة الوفرة تقنيات التجزئة باستخدام الكالسيوم والفيتات، [ 56 ] والرحلان الكهربائي الهلامي باستخدام بولي إيثيلين جلايكول، [ 57 ] [ 58 ] والكروماتوغرافيا التقاربية ، [ 59 ] [ 60 ] والتجميع باستخدام ثنائي ثيوثريتول ، [ 61 ] على الرغم من أن هذه الطرق تستغرق وقتًا أطول وأقل كفاءة مقارنةً بالترسيب بكبريتات البروتامين. [ 54 ]

تطور إنزيم روبيسكو

الدراسات التطورية

لقد تم استخدام جين البلاستيدات الخضراء rbcL ، الذي يرمز للوحدة الفرعية الكبيرة من RuBisCO، على نطاق واسع كموقع مناسب لتحليل علم الوراثة العرقي في تصنيف النباتات . [ 62 ]

أصل

الشكل 3. في هذا الشكل، تم إعطاء كل سلسلة بروتينية في المركب (LS) 2 لونًا خاصًا بها لسهولة التعرف عليها.

توجد بروتينات غير مثبتة للكربون، تُشبه إنزيم روبيسكو، وتُسمى بروتينات شبيهة بروبيسكو (RLPs)، في الكائنات الحية الشائعة مثل بكتيريا العصوية الرقيقة (Bacillus subtilis ). تمتلك هذه البكتيريا بروتينًا شبيهًا بـ rbcL ذو وظيفة إنولاز 2،3-دايكيتو-5-ميثيل ثيوبنتيل-1-فوسفات ، وهو جزء من مسار استعادة الميثيونين . [ 63 ] كشفت دراسات لاحقة عن أمثلة متباينة وظيفيًا منتشرة في جميع أنواع البكتيريا والعتائق، بالإضافة إلى إنزيمات انتقالية تؤدي وظائف إنولاز من نوع RLP ووظائف روبيسكو. يُعتقد الآن أن إنزيم روبيسكو الحالي قد تطور من سلف ثنائي الوحدات من نوع RLP، حيث اكتسب وظيفة الكربوكسيلاز أولًا قبل أن يتجمع في وحدات متعددة ثم يستقطب الوحدة الفرعية الصغيرة لتكوين الإنزيم الحديث المعروف. [ 15 ] من المحتمل أن الوحدة الفرعية الصغيرة قد تطورت لأول مرة في الكائنات اللاهوائية والمحبة للحرارة، حيث مكّنت إنزيم روبيسكو من تحفيز تفاعله عند درجات حرارة أعلى. [ 64 ] بالإضافة إلى تأثيرها في تثبيت التحفيز، فقد ساهمت في تطور انتقائية أعلى لثاني أكسيد الكربون مقارنةً بالأكسجين ، وذلك من خلال تعديل تأثير الاستبدالات داخل إنزيم روبيسكو على وظيفته الإنزيمية. فالاستبدالات التي لا يكون لها تأثير بدون الوحدة الفرعية الصغيرة تصبح مفيدة فجأة عند ارتباطها. علاوة على ذلك، سمحت الوحدة الفرعية الصغيرة بتراكم الاستبدالات التي لا تُحتمل إلا في وجودها. ويؤدي تراكم هذه الاستبدالات إلى اعتماد صارم على الوحدة الفرعية الصغيرة، وهو ما يُلاحظ في إنزيمات روبيسكو الحالية التي ترتبط بوحدة فرعية صغيرة.

ج 4

مع التطور التقاربي الجماعي لمسار تثبيت الكربون الرباعي (C4 ) في سلالات نباتية متنوعة، تطور إنزيم روبيسكو من النوع C3 السلفي ليصبح أسرع في استهلاك ثاني أكسيد الكربون مقابل انخفاض في التخصصية، نتيجةً لزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون من خلايا النسيج المتوسط ​​إلى خلايا غمد الحزمة الوعائية . [ 65 ] وقد تحقق ذلك من خلال تعزيز المرونة التركيبية لانتقال "الانفتاح-الانغلاق" في دورة كالفن . أظهرت الدراسات الوراثية المخبرية أن هذا التطور كان مقيدًا بالموازنة بين الاستقرار والنشاط الناتجة عن سلسلة الطفرات الضرورية لإنزيم روبيسكو C4 . [ 66 ] علاوة على ذلك، وللحفاظ على الطفرات المزعزعة للاستقرار، سبق التطور إلى إنزيم روبيسكو C4 فترةٌ منحت فيها الطفرات الإنزيم استقرارًا متزايدًا، مما وفر آليةً للحفاظ على الطفرات المطلوبة لإنزيم روبيسكو C4 . للمساعدة في عملية التوازن هذه، وُجد أن الإنزيم المُطوَّر حديثًا قد طوَّر سلسلةً من الطفرات المُثبِّتة. وبينما كان إنزيم روبيسكو يُراكم طفرات جديدة باستمرار، فإن معظم هذه الطفرات التي نجت لم يكن لها تأثيرات كبيرة على استقرار البروتين. وقد استمرت طفرات C4 المُزعزعة للاستقرار في إنزيم روبيسكو بفعل الضغوط البيئية، مثل انخفاض تركيزات ثاني أكسيد الكربون ، مما استلزم التضحية بالاستقرار من أجل وظائف تكيفية جديدة. [ 66 ]

تاريخ المصطلح

صاغ ديفيد آيزنبرغ مصطلح "روبيسكو" على سبيل الدعابة عام 1979 في ندوة تكريمًا لتقاعد الباحث البارز في مجال روبيسكو، سام وايلدمان ، كما أشار المصطلح إلى الاسم التجاري للوجبات الخفيفة " نابيسكو " في إشارة إلى محاولات وايلدمان لإنتاج مكمل بروتيني صالح للأكل من أوراق التبغ. [ 67 ] [ 68 ]

لطالما كان استخدام الأحرف الكبيرة في الاسم موضع نقاش. يمكن كتابة كل حرف من الاسم الكامل بحرف كبير ( Ribulose - 1,5 bisphosphate carboxylase / o xygenase )، ولكن هناك رأي آخر يرى أنه يجب كتابته بالكامل بأحرف صغيرة (rubisco)، على غرار مصطلحات أخرى مثل الغوص أو الليزر. [ 1 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. تم تحديدبنية إنزيم روبيسكو من بكتيريا رودوسبيريلوم روبروم الضوئية باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية ، انظر: PDB : 9RUB . وتُعرض مقارنة بين بنيتي إنزيم روبيسكو في حقيقيات النوى والبكتيريا في بنك بيانات البروتين "جزيء الشهر" رقم 11. [ 11 ]
  1. 1 2 شاركي، تي دي (مايو 2019). " اكتشاف دورة كالفن-بنسون الكلاسيكية". أبحاث التمثيل الضوئي . 140 (2): 235-252 . Bibcode : 2019PhoRe.140..235S . doi : 10.1007/s11120-018-0600-2 . OSTI 1607740. PMID 30374727. S2CID 53092349 .   
  2. ↑ نيفيسون، هيلين؛ ستوكينج، سي . (1983). "تخليق إنزيم ريبولوز ثنائي الفوسفات كاربوكسيلاز في أوراق الشعير" . علم وظائف النبات . 73 (4): 906-911 . doi : 10.1104/pp.73.4.906 . PMC 1066578. PMID 16663341 .  
  3. ↑ ماخلر، فيليكس؛ نوسبيرجر، جوزيف (1988). "البيكربونات تثبط إنزيم ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز" . علم وظائف النبات . 88 (2): 462-465 . doi : 10.1104/pp.88.2.462 . PMC 1055600. PMID 16666327 .  
  4. ↑ العودة إلى مستقبل عملية التمثيل الضوئي: إحياء إنزيمات عمرها مليارات السنين يكشف كيف تكيفت عملية التمثيل الضوئي مع ارتفاع نسبة الأكسجين. ، أخبار من جمعية ماكس بلانك، ١٣ أكتوبر ٢٠٢٢
  5. ↑ كوبر، جي إم (2000). "10. جينوم البلاستيدات الخضراء" . الخلية: مدخل جزيئي ( الطبعة الثانية). واشنطن العاصمة: مطبعة الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة. ISBN  978-0-87893-106-4إحدى الوحدات الفرعية لإنزيم ريبولوز ثنائي الفوسفات كربوكسيلاز (روبيسكو) مُشفّرة بواسطة الحمض النووي للبلاستيدات الخضراء. يُعدّ روبيسكو الإنزيم الأساسي الذي يحفز إضافة ثاني أكسيد الكربون إلى ريبولوز -1،5-ثنائي الفوسفات خلال دورة كالفن. كما يُعتقد أنه البروتين الأكثر وفرة على وجه الأرض، لذا من الجدير بالذكر أن إحدى وحداته الفرعية مُشفّرة بواسطة جينوم البلاستيدات الخضراء.
  6. 1 2 دينغرا أ، بورتيس أ.ر، دانييل هـ (أبريل 2004). "الترجمة المحسّنة لجين RbcS المُعبَّر عنه في البلاستيدات الخضراء تُعيد مستويات الوحدة الفرعية الصغيرة وعملية التمثيل الضوئي في نباتات RbcS المضادة للمعنى النووي" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 101 (16): 6315-6320 . Bibcode : 2004PNAS..101.6315D . doi : 10.1073/pnas.0400981101 . PMC 395966. PMID 15067115. (روبيسكو) هو الإنزيم الأكثر انتشارًا على هذا الكوكب، حيث يُمثل 30-50% من إجمالي البروتين القابل للذوبان في البلاستيدات الخضراء؛  
  7. 1 2 فيلر يو، أندرس آي، ماي تي (2008). "محللات الروبسكو: مصير الروبسكو بعد انتهاء وظيفته الإنزيمية في الخلية" . مجلة علم النبات التجريبي . 59 (7): 1615-1624 . doi : 10.1093/jxb/erm242 . PMID 17975207 . 
  8. ↑ فيتلين غروبر أ، فايز ل (2018). " تجميع روبيسكو في البلاستيدات الخضراء" . فرونتيرز إن موليكولار بيوساينسز . 5 24. doi : 10.3389/fmolb.2018.00024 . PMC 5859369. PMID 29594130 .  
  9. يحتوي نبات رشاد أذن الفأر (Arabidopsis thaliana) على أربعة جينات للسلسلة الصغيرة لإنزيم روبيسكو. يون م، بوتيريل ج ج، روس ج س، لاينغ و أ (أبريل 2001). "تحديد مستويات التعبير النسبي لجينات الوحدة الفرعية الصغيرة لإنزيم روبيسكو في نبات رشاد أذن الفأر عن طريق التضخيم السريع لنهايات الحمض النووي المكمل". الكيمياء الحيوية التحليلية . 291 (2): 237-244 . doi : 10.1006/abio.2001.5042 . PMID 11401297 . 
  10. ↑ ستراير إل، بيرغ جيه إم، تيموتشكو جيه إل (2002). "الفصل 20: دورة كالفن ومسار فوسفات البنتوز" . الكيمياء الحيوية ( الطبعة الخامسة). سان فرانسيسكو: دبليو إتش فريمان. ISBN  978-0-7167-3051-4الشكل 20.3 . بنية إنزيم روبيسكو. (مخطط شريطي مُرمّز بالألوان)
  11. ↑ جودسيل د (نوفمبر 2000). "روبيسكو" . جزيء الشهر . RCSB PDB (مختبر الأبحاث التعاوني للمعلوماتية الحيوية الهيكلية PDB). doi : 10.2210/rcsb_pdb/mom_2000_11 .
  12. ↑ لوديش إتش، بيرك إيه، زيبورسكي إس إل، ماتسودايرا بي، بالتيمور دي، دارنيل جيه إي (2000). "علم الأحياء الخلوي الجزيئي" ( الطبعة الرابعة). نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه. يوضح الشكل 16-48 نموذجًا هيكليًا للموقع النشط، بما في ذلك مشاركة المغنيسيوم.
  13. 1 2 3 4 ستيك ب (نوفمبر 2012). "الآلية البنيوية لتنشيط إنزيم روبيسكو عن طريق كرباميل الليسين في الموقع النشط" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 109 (46): 18785-18790 . Bibcode : 2012PNAS..10918785S . doi : 10.1073/pnas.1210754109 . PMC 3503183. PMID 23112176 .  
  14. 1 2 3 4 5 6 7 أندرسون، آي (مايو 2008). "التحفيز والتنظيم في روبيسكو" . مجلة علم النبات التجريبي . 59 (7): 1555-1568 . doi : 10.1093/jxb/ern091 . PMID 18417482 . 
  15. 1 2 إرب تي جيه، زارزيكي جيه (فبراير 2018). "تاريخ موجز لإنزيم روبيسكو: صعود وسقوط (؟) الإنزيم السائد في تثبيت ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة" . الرأي الحالي في التكنولوجيا الحيوية . 49 : 100-107 . doi : 10.1016/j.copbio.2017.07.017 . PMC 7610757. PMID 28843191 .  
  16. ↑ لوندكفيست تي، شنايدر جي (يوليو 1991). "البنية البلورية لإنزيم ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز المنشط المرتبط بركيزته، ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 266 (19): 12604-12611 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)98942-8 . PMID 1905726 . 
  17. ↑ جودسيل د (نوفمبر 2000). "روبيسكو" . جزيء الشهر . RCSB PDB (مختبر الأبحاث التعاوني للمعلوماتية الحيوية الهيكلية PDB). doi : 10.2210/rcsb_pdb/mom_2000_11 .
  18. ↑ ساتاجوبان إس، سبريتزر آر جيه (يوليو 2008). "استبدالات شبيهة بتلك الموجودة في النباتات في الطرف الكربوكسيلي للوحدة الفرعية الكبيرة من روبيسكو الكلاميدوموناس تزيد من خصوصية ثاني أكسيد الكربون/الأكسجين" . بي إم سي بيولوجيا النبات . 8 (1): 85. رمز Bibcode : 2008BMCPB...8...85S . doi : 10.1186/1471-2229-8-85 . PMC 2527014. PMID 18664299 .  
  19. ↑ لوريمر جي إتش، ميزيوركو إتش إم (نوفمبر 1980). "تكوين الكربامات على مجموعة إبسيلون-أمينو لبقايا الليزيل كأساس لتنشيط إنزيم ريبولوز ثنائي الفوسفات كربوكسيلاز بواسطة ثاني أكسيد الكربون وأيونات المغنيسيوم". الكيمياء الحيوية . 19 (23): 5321-5328 . doi : 10.1021/bi00564a027 . PMID 6778504 . 
  20. 1 2 3 4 5 كليلاند، دبليو دبليو، أندروز، تي جيه، غوتيريدج، إس، هارتمان، إف سي، لوريمر، جي إتش (أبريل 1998). "آلية عمل روبيسكو: الكربامات كقاعدة عامة". مراجعات كيميائية . 98 (2): 549-562 . doi : 10.1021/cr970010r . PMID 11848907 . 
  21. 1 2 أندرسون، آي.، نايت، إس.، شنايدر، جي.، ليندكفيست، واي.، لوندكفيست، تي.، براندن، سي. آي.، لوريمر، جي. إتش. (1989). "البنية البلورية للموقع النشط لإنزيم ريبولوز ثنائي الفوسفات كربوكسيلاز". مجلة نيتشر . 337 (6204): 229-234 . Bibcode : 1989Natur.337..229A . doi : 10.1038/337229a0 . S2CID 4370073 . 
  22. 1 2 هارتمان إف سي، هاربيل إم آر (1994). "بنية ووظيفة وتنظيم وتجميع إنزيم دي-ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز". المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 63 : 197-234 . doi : 10.1146/annurev.bi.63.070194.001213 . PMID 7979237 . 
  23. 1 2 تايلور تي سي، أندرسون آي (يناير 1997). "بنية المركب بين روبيسكو وركيزته الطبيعية ريبولوز 1،5-ثنائي الفوسفات". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 265 (4): 432-444 . doi : 10.1006/jmbi.1996.0738 . PMID 9034362 . 
  24. ↑ بيرس ، ف. ج. (نوفمبر 2006). "تكوين النواتج الثانوية التحفيزية وارتباط الليجاند بواسطة كربوكسيلازات ريبولوز ثنائي الفوسفات من سلالات مختلفة" . المجلة البيوكيميائية . 399 (3): 525-534 . doi : 10.1042/BJ20060430 . PMC 1615894. PMID 16822231 .  
  25. ↑ إليس، آر. جيه. (يناير 2010). "الكيمياء الحيوية: معالجة التصميم غير الذكي". مجلة نيتشر . 463 (7278): 164-165 . Bibcode : 2010Natur.463..164E . doi : 10.1038/463164a . PMID: 20075906. S2CID : 205052478 .  
  26. ↑ بورتيس ، أ. ر. (2003). "منشط روبيسكو - المرافق التحفيزي لروبيسكو". أبحاث التمثيل الضوئي . 75 (1): 11-27 . Bibcode : 2003PhoRe..75...11P . doi : 10.1023/A:1022458108678 . PMID 16245090. S2CID 2632 .  
  27. ↑ جين إس إتش، جيانغ دي إيه، لي إكس كيو، صن جيه دبليو (أغسطس 2004). "خصائص عملية التمثيل الضوئي في نباتات الأرز المُحوَّرة بجين منشط روبيسكو مضاد للمعنى". مجلة جامعة تشجيانغ للعلوم . 5 (8): 897-899 . doi : 10.1631/jzus.2004.0897 (غير نشط في 26 أكتوبر 2025). PMID 15236471. S2CID 1496584 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من أكتوبر 2025 ( رابط )
  28. ↑ أندرالوجك، بي. جيه.، داوسون، جي. دبليو.، باري، إم. إيه.، كيز، إيه. جيه. (ديسمبر 1994). " دمج الكربون من نواتج التمثيل الضوئي في 2-كربوكسي أرابينيتول-1-فوسفات و2-كربوكسي أرابينيتول" . المجلة البيوكيميائية . 304 (3): 781-786 . doi : 10.1042/bj3040781 . PMC 1137402. PMID 7818481 .  
  29. ↑ خان س، أندرالوجك ب ج، ليا ب ج، باري م أ (ديسمبر 1999). "يحمي 2'-كربوكسي-د-أرابيتينول 1-فوسفات إنزيم ريبولوز 1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز من التحلل البروتيني" . المجلة الأوروبية للكيمياء الحيوية . 266 (3): 840-847 . doi : 10.1046/j.1432-1327.1999.00913.x . PMID 10583377 . 
  30. ↑ سالفوتشي، م. إي.، أوستريونغ، ك. و.، كرافتس-براندنر، س. ج.، فيرلينغ، إي. (نوفمبر 2001). " حساسية استثنائية لإنزيم روبيسكو أكتيفاز للتغيرات الحرارية في المختبر وفي الكائن الحي" . علم وظائف النبات . 127 (3): 1053-1064 . doi : 10.1104/pp.010357 . PMC 129275. PMID 11706186 .  
  31. ↑ كرافتس-براندنر إس جيه، سالفوتشي إم إي (نوفمبر 2000). "إنزيم روبيسكو المنشط يُقيد القدرة التمثيلية الضوئية للأوراق عند درجات حرارة عالية وتركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 97 (24): 13430-13435 . Bibcode : 2000PNAS...9713430C . doi : 10.1073/pnas.230451497 . PMC 27241. PMID 11069297 .  
  32. ↑ تشانغ ن، كاليس ر.ب، إيوي ر.ج، بورتيس أ.ر (مارس 2002). "يتطلب تعديل روبيسكو بواسطة الضوء في نبات الأرابيدوبسيس قدرة على تنظيم الأكسدة والاختزال لنظير روبيسكو المنشط الأكبر" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 99 (5): 3330-3334 . Bibcode : 2002PNAS...99.3330Z . doi : 10.1073 / pnas.042529999 . PMC 122518. PMID 11854454 .  
  33. ↑ ماركوس واي، غوريفتز إم (أكتوبر 2000). "تنشيط إنزيم RuBP-كربوكسيلاز/أوكسيجيناز في البكتيريا الزرقاء يتم تسهيله بواسطة الفوسفات غير العضوي عبر آليتين مستقلتين" . المجلة الأوروبية للكيمياء الحيوية . 267 (19): 5995-6003 . doi : 10.1046/j.1432-1327.2000.01674.x . PMID 10998060 . 
  34. ↑ سبريتزر، آر. جيه.، وسالفوتشي، إم. إي. (2002). "روبيسكو: التركيب، والتفاعلات التنظيمية، وإمكانيات تطوير إنزيم أفضل". المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات . 53 (1): 449-475 . Bibcode : 2002AnRPB..53..449S . doi : 10.1146/annurev.arplant.53.100301.135233 . PMID 12221984. S2CID 9387705 .  
  35. ↑ تيمر ج (7 ديسمبر 2017). "قد نتمكن الآن من هندسة أسوأ إنزيم على وجه الأرض" . آرس تكنيكا . تم الاطلاع عليه في 5 يناير 2019 .
  36. ↑ تيمر ج (3 يناير 2019). "إصلاح عملية التمثيل الضوئي من خلال هندستها لإعادة تدوير خطأ سام" . آرس تكنيكا . تم الاطلاع عليه في 5 يناير 2019 .
  37. 1 2 ساوث بي إف، كافاناغ إيه بي، ليو إتش دبليو، أورت دي آر (يناير 2019). "مسارات استقلاب الجليكولات الاصطناعية تحفز نمو المحاصيل وإنتاجيتها في الحقل" . مجلة ساينس . 363 (6422) eaat9077. doi : 10.1126/science.aat9077 . PMC 7745124. PMID 30606819 .  
  38. 1 2 فوربانك آر تي، كويك دبليو بي، سيراولت إكس آر (2015). "تحسين عملية التمثيل الضوئي وإمكانات المحصول في محاصيل الحبوب من خلال التعديل الوراثي الموجه: الآفاق والتقدم والتحديات" . بحوث المحاصيل الحقلية . 182 : 19-29 . Bibcode : 2015FCrRe.182...19F . doi : 10.1016/j.fcr.2015.04.009 .
  39. 1 2 باري إم إيه، أندرالوجك بي جيه، ميتشل آر إيه، مادجويك بي جيه، كيز إيه جيه (مايو 2003). "التلاعب بإنزيم روبيسكو: الكمية، والنشاط، والوظيفة، والتنظيم" . مجلة علم النبات التجريبي . 54 (386): 1321-1333 . doi : 10.1093/jxb/erg141 . PMID 12709478 . 
  40. ↑ أوغباغا سي سي، ستيبين بي، أثار إتش يو، أشرف إم (يونيو 2018). "هندسة إنزيم روبيسكو أكتيفاز من البكتيريا الزرقاء المحبة للحرارة في نباتات حساسة لدرجات الحرارة العالية". مراجعات نقدية في التكنولوجيا الحيوية . 38 (4): 559-572 . doi : 10.1080/07388551.2017.1378998 . PMID 28937283. S2CID 4191791 .  
  41. ↑ ويتني إس إم، شاروود آر إي، أور دي، وايت إس جيه، ألونسو إتش، غالميس جيه (أغسطس 2011). "يعمل إيزولوسين 309 كمفتاح تحفيزي C4 يزيد من معدل كربوكسيل إنزيم ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز (روبيسكو) في فطر فلافيريا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 108 (35): 14688-14693 . Bibcode : 2011PNAS..10814688W . doi : 10.1073/pnas.1109503108 . PMC 3167554. PMID 21849620 .  
  42. ↑ إيشيكاوا سي، هاتاناكا تي، ميسو إس، مياكي سي، فوكاياما إتش (يوليو 2011). "يؤدي الإدماج الوظيفي للوحدة الفرعية الصغيرة من الذرة الرفيعة إلى زيادة معدل الدوران التحفيزي لإنزيم روبيسكو في الأرز المعدل وراثيًا" . علم وظائف النبات . 156 (3): 1603-1611 . doi : 10.1104/pp.111.177030 . PMC 3135941. PMID 21562335 .  
  43. ↑ ستراكوادانيو، جي.، أوميتون، ر.، بابيني، أ.، ليو، ب.، نيكوسيا، جي. (2010). "تحليل وتحسين استقلاب الكربون الضوئي من نوع C3". المؤتمر الدولي لعام 2010 لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) حول المعلوماتية الحيوية والهندسة الحيوية . فيلادلفيا، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية: معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE). الصفحات 44-51 . doi : 10.1109/BIBE.2010.17 . hdl : 1721.1/101094 . ISBN  978-1-4244-7494-3. S2CID 5568464 . 
  44. ↑ ويتني إس إم، أندروز تي جيه (ديسمبر 2001). "إنزيم ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز (روبيسكو) البكتيري المشفر بواسطة البلاستوم يدعم عملية التمثيل الضوئي والنمو في نبات التبغ" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 98 (25): 14738-14743 . Bibcode : 2001PNAS...9814738W . doi : 10.1073/pnas.261417298 . PMC 64751. PMID 11724961 .  
  45. ↑ جون أندروز تي، ويتني إس إم (يونيو 2003). "التلاعب بإنزيم ريبولوز ثنائي الفوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز في بلاستيدات النباتات العليا". أرشيف الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية . 414 (2): 159-169 . doi : 10.1016/S0003-9861(03)00100-0 . PMID 12781767 . 
  46. ↑ لين إم تي، أوتشياليني إيه، أندرالوجك بي جيه، باري إم إيه، هانسون إم آر (سبتمبر 2014). "إنزيم روبيسكو أسرع ذو إمكانية لزيادة عملية التمثيل الضوئي في المحاصيل" . مجلة نيتشر . 513 (7519): 547-550 . Bibcode : 2014Natur.513..547L . doi : 10.1038/nature13776 . PMC 4176977. PMID 25231869 .  
  47. ↑ تشيركيز جي جي، فاركوهار جي دي، أندروز تي جيه (مايو 2006). "على الرغم من بطء التحفيز وعدم وضوح خصوصية الركيزة، إلا أنه يمكن تحسين جميع إنزيمات ريبولوز ثنائي الفوسفات كربوكسيلاز بشكل مثالي تقريبًا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 103 (19): 7246-7251 . Bibcode : 2006PNAS..103.7246T . doi : 10.1073/pnas.0600605103 . PMC 1464328. PMID 16641091 .  
  48. ↑ سافير، يوناتان؛ نور، إيلاد؛ ميلو، رون؛ تلوستي، تسفي (23 فبراير 2010). " تحليل عبر الأنواع يتتبع تكيف روبيسكو نحو الأمثلية في بيئة منخفضة الأبعاد" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 107 (8 ) : 3475-3480 . arXiv : 1007.4461 . Bibcode : 2010PNAS..107.3475S . doi : 10.1073/pnas.0911663107 . PMC 2840432. PMID 20142476 .  
  49. ↑ إيغامبردييف، أ. يو. (2015). " التحكم في وظيفة روبيسكو عبر التوازن الاستتبابي لإمدادات ثاني أكسيد الكربون" . مجلة فرونتيرز إن بلانت ساينس . 6 : 106. doi : 10.3389/fpls.2015.00106 . PMC 4341507. PMID 25767475 .  
  50. ↑ إيغامبيردييف ، أ. يو.، وليا، ب. ج. (فبراير 2006). "النباتات البرية تُوازن تركيزات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي". أبحاث التمثيل الضوئي . 87 (2): 177-194 . Bibcode : 2006PhoRe..87..177I . doi : 10.1007/s11120-005-8388-2 . PMID 16432665. S2CID 10709679 .  
  51. ↑ براشر أ، ويتني إس إم، هارتل إف يو، هاير-هارتل إم (أبريل 2017). "التكوين الحيوي والصيانة الأيضية لإنزيم روبيسكو" . المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات . 68 (1): 29-60 . Bibcode : 2017AnRPB..68...29B . doi : 10.1146/annurev-arplant-043015-111633 . PMID 28125284 . 
  52. ↑ Sjuts I, Soll J, Bölter B (2017). "استيراد البروتينات الذائبة إلى البلاستيدات الخضراء وآليات التنظيم المحتملة" . Frontiers in Plant Science . 8 : 168. Bibcode : 2017FrPS....8..168S . doi : 10.3389 / fpls.2017.00168 . PMC 5296341. PMID 28228773 .  
  53. ↑ أيغنر هـ، ويلسون ر.هـ، براشر أ، كاليس ل، بهات ج.ي، هارتل ف.و، هاير-هارتل م (ديسمبر 2017). "تجميع إنزيم روبيسكو النباتي في بكتيريا الإشريكية القولونية باستخدام خمسة بروتينات مرافقة من البلاستيدات الخضراء، بما في ذلك BSD2" . مجلة ساينس . 358 (6368): 1272-1278 . Bibcode : 2017Sci...358.1272A . doi : 10.1126/science.aap9221 . hdl : 11858/00-001M-0000-002E-8B4D-B . PMID 29217567 . 
  54. 1 2 هيزلوود ج (2012). تطبيقات البروتينات في علم الأحياء . نيويورك: إن تك مانهاتن. ISBN 978-953-307-613-3.
  55. ↑ غوبتا ر، كيم إس تي (2015). "استنزاف بروتين روبيسكو باستخدام طريقة ترسيب كبريتات البروتامين". تحليل البروتينات . طرق في البيولوجيا الجزيئية. المجلد 1295. نيويورك، نيويورك: دار هومانا للنشر. الصفحات 225-233 . doi : 10.1007/978-1-4939-2550-6_17 . ISBN   978-1-4939-2549-0PMID 25820725​​ 
  56. ↑ كريشنان إتش بي، ناتاراجان إس إس (ديسمبر 2009). "طريقة سريعة لاستنفاد إنزيم روبيسكو من أوراق فول الصويا (Glycine max) لتحليل البروتينات منخفضة الوفرة". الكيمياء النباتية . 70 ( 17-18 ): 1958-1964 . Bibcode : 2009PChem..70.1958K . doi : 10.1016/j.phytochem.2009.08.020 . PMID 19766275 . 
  57. ↑ كيم إس تي، تشو كيه إس، جانغ واي إس، كانغ كيه واي (يونيو 2001). "التحليل الكهربائي ثنائي الأبعاد لبروتينات الأرز باستخدام تجزئة بولي إيثيلين جلايكول لمصفوفات البروتين". Electrophoresis . 22 (10): 2103–2109 . doi : 10.1002/ 1522-2683 (200106)22:10 < 2103::aid-elps2103 > 3.0.co ; 2-w . PMID 11465512. S2CID 38878805 .  
  58. ↑ شي جيه، وانغ إكس، لي إس، تشو إكس، يو إل، فان جيه، هاو دي (نوفمبر 2006). "تحسين الكشف عن البروتينات منخفضة الوفرة باستخدام تجزئة بولي إيثيلين جليكول من خلال تحليل البروتينات النباتية ثنائي الأبعاد بالرحلان الكهربائي". الكيمياء النباتية . 67 (21): 2341-2348 . Bibcode : 2006PChem..67.2341X . doi : 10.1016/j.phytochem.2006.08.005 . PMID 16973185 . 
  59. ↑ سيلار، ن. أ.، كوبانان، ك.، لانغهورست، م. ل.، ني، و.، شو، ب.، يونغ، س. أ. (يناير 2008). "إمكانية تطبيق أعمدة استنفاد البروتين الوفيرة على أنواع مختلفة من الكائنات الحية لإنزيم ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز". مجلة الكروماتوغرافيا. ب، التقنيات التحليلية في العلوم الطبية الحيوية وعلوم الحياة . 861 (1): 29-39 . doi : 10.1016/j.jchromb.2007.11.024 . PMID 18063427 . 
  60. ↑ أغراوال جي كي، جوا إن إس ، راكوال آر (فبراير 2009). "بروتيوميات الأرز: نهاية المرحلة الأولى وبداية المرحلة الثانية". بروتيوميات . 9 (4): 935-963 . doi : 10.1002/pmic.200800594 . PMID 19212951. S2CID 2455432 .  
  61. ↑ تشو جيه إتش، هوانغ إتش، تشو إم إتش، كوون واي كيه، جيون جيه إس، بهو إس إتش، هان تي آر (يوليو 2008). "تأثير ثنائي ثيوثريتول في تحضيرات البروتين لتحليل البروتينات: إزالة إنزيم نباتي وفير للغاية، ريبولوز ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز". مجلة بيولوجيا النبات . 51 (4): 297-301 . Bibcode : 2008JPBio..51..297C . doi : 10.1007/BF03036130 . ISSN 1226-9239 . S2CID 23636617 .  
  62. ↑ تشيس إم دبليو، سولتيس دي إي، أولمستيد آر جي، مورغان دي، ليس دي إتش، ميشلر بي دي، وآخرون (1993). "علم الوراثة العرقي للنباتات البذرية: تحليل لتسلسلات النيوكليوتيدات من جين البلاستيد rbc L" (ملف PDF) . حوليات حديقة ميسوري النباتية . 80 (3): 528-580 . Bibcode : 1993AnMBG..80..528C . doi : 10.2307/2399846 . hdl : 1969.1/179875 . JSTOR 2399846 .  
  63. ↑ أشيدا هـ، سايتو ي، ناكانو ت، تاندو دي مارساك ن، سيكوفسكا أ، دانشان أ، يوكوتا أ (19 يونيو 2007). "بروتينات شبيهة بـ RuBisCO كإنزيم إينولاز في مسار استعادة الميثيونين: العلاقات الوظيفية والتطورية بين البروتينات الشبيهة بـ RuBisCO و RuBisCO الضوئي" . مجلة علم النبات التجريبي . 59 (7): 1543-1554 . doi : 10.1093/jxb/ern104 . PMID 18403380 . 
  64. ↑ شولز، ل؛ غو، ز؛ زارزيكي، ج؛ شتاينشن، و؛ شولر، ج م؛ هايمرل، ت؛ برينز، س؛ مولر-كاجار، أ؛ إرب، ت ج؛ هوشبيرغ، ج ك أ (14 أكتوبر 2022). "تطور زيادة التعقيد والتخصص مع فجر روبيسكو من النوع الأول". مجلة ساينس . 378 (6616): 155-160 . Bibcode : 2022Sci...378..155S . doi : 10.1126/science.abq1416 . PMID 36227987. S2CID 252897276 .  
  65. ↑ Sage RF, Sage TL, Kocacinar F (2012). "التنفس الضوئي وتطور عملية التمثيل الضوئي C4". Annual Review of Plant Biology . 63 (1): 19–47 . Bibcode : 2012AnRPB..63...19S . doi : 10.1146/annurev- arplant -042811-105511 . PMID 22404472. S2CID 24199852 .  
  66. 1 2 ستودر، ر. أ.، كريستين، ب. أ.، ويليامز، م. أ.، أورينغو، س. أ. (فبراير 2014). " مقايضات الاستقرار والنشاط تقيد التطور التكيفي لإنزيم روبيسكو" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 111 (6): 2223-2228 . Bibcode : 2014PNAS..111.2223S . doi : 10.1073/pnas.1310811111 . PMC 3926066. PMID 24469821 .  
  67. ↑ وايلدمان، إس. جي. (2002). "على طول المسار من بروتين الجزء الأول إلى روبيسكو (ريبولوز ثنائي فوسفات كربوكسيلاز-أوكسيجيناز)". أبحاث التمثيل الضوئي . 73 ( 1-3 ): 243-250 . Bibcode : 2002PhoRe..73..243W . doi : 10.1023/A:1020467601966 . PMID 16245127. S2CID 7622999 .  
  68. ↑ بورتيس، أ. ر.، وباري، م. أ. (أكتوبر 2007). "اكتشافات في روبيسكو (ريبولوز 1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز/أوكسيجيناز): منظور تاريخي". أبحاث التمثيل الضوئي . 94 (1): 121-143 . Bibcode : 2007PhoRe..94..121P . doi : 10.1007/s11120-007-9225-6 . PMID 17665149. S2CID 39767233 .  

للمزيد من القراءة

  • جيريتسن، ف. ب. (سبتمبر 2003). "كسل مملكة النبات" . تسليط الضوء على البروتين . المعهد السويسري للمعلوماتية الحيوية (SIB). يعمل إنزيم روبيسكو ببطء شديد، بمعدل ثلاث جزيئات فقط في الثانية... وللتغلب على هذا التباطؤ، تُصنّع النباتات كمية هائلة من إنزيم روبيسكو، تصل أحيانًا إلى 50% من إجمالي محتواها البروتيني!