2024 年 5 月 14 日 x
（文章转载自EurekAlert! ，原刊在2024年5月10日）
中国香港科技年夜学（科年夜）研究团队发明了羧酶体（一种于部门细菌及藻类中存于的固碳布局）的自组装道理。此发明可以帮忙科学家从头设计及运用这种固碳布局，让植物将阳光转化为更多能源，提高光互助用效率，有望增长全世界食粮产量，并缓解全世界暖化。
羧酶体是部门细菌及微藻中的细菌微区室，其将特定的固碳酶包裹于由卵白质组成的外壳中。细菌经由过程羧酶体举行碳固定，便是将年夜气中的二氧化碳转化为细胞生长所需的有机化合物的历程。科学家一直试图相识这类複杂的高效固碳系统的自组装历程。
是次研究由科年夜海洋科学系曾经庆璐副传授领导，其团队解析了从名为原绿球藻的海洋蓝藻中纯化出了最小羧酶体的完备布局。该团队与中国科学技能年夜学生命科学与医学部周丛照传授课题组互助，经由过程蔗糖密度梯度离心等手腕要领，降服了细胞破碎及污染方面此中一个最年夜的技能难题，乐成纯化出原绿球藻ɑ-羧酶体样品，并提出以前研究中还没有不雅测到的α-羧酶体完备组装模子。 傍边，研究团队使用单颗粒冷冻电子显微镜阐发ɑ-羧酶体的布局，并计较获得其卵白外壳的组装模式。该布局为类二十面体外形三维布局，外貌以特定的卵白质摆列而成。研究团队网络了跨越23,400张由科年夜生物冷冻电镜中央显微镜拍摄的图象，并手动遴选了约32,000个完备的ɑ-羧酶体颗粒举行阐发，患上出ɑ-羧酶体的直径约为86 nm，是今朝已经知尺寸最小的羧酶体。研究发明RuBisCO酶于羧酶体内部有序摆列形成三层环状布局，支架卵白CsoS2经由过程中间域联合于外壳内外貌，并于外壳内部形成多价彼此作用收集交联RuBisCO酶，从而精准调控ɑ-羧酶体的组装。
植物合成生物学是羧酶体最有远景的运用范畴之一。将羧酶体引入植物叶绿体阐扬其CO2浓缩机制，可有望提高植物光互助用效率及农作物产量。
曾经传授暗示：“咱们的研究揭开了原绿球藻羧酶体自组装的神秘面纱，为全世界碳轮回提供了新看法。这些发明对于缓解全世界暖化亦很主要，由于海洋蓝藻可固定全世界约25%的二氧化碳，咱们对于海洋蓝藻高效固碳机制的研究将有益在进一步提高其固碳效率，从而去除了更多年夜气中的二氧化碳。”
基在此研究，团队规划将原绿球藻的α-羧酶体引入植物叶绿体中，并研究其是否可以提高植物的光互助用效率。团队还有规划使用基因编纂技能革新羧酶体基因，制造可以或许以很是高的速度固定二氧化碳的转基因超等蓝藻。这项技能有望能帮忙缓解全世界暖化。
该研究结果发表在《天然—植物》期刊。
曾经庆璐传授（右）和此中一名论文作者科年夜海洋科学系博士学生栗浩夫（左）展示原绿球藻样本。
于科年夜生物冷冻电镜中央的撑持下，该团队测算出的原绿球藻ɑ-羧酶体完备壳布局及四层卵白组装模子。
原绿球藻ɑ-羧酶体的自组装模式图。
-PA电子