به نقل از «آنا»

احیای آنزیم‌های یک میلیارد ساله/ سازگاری فتوسنتز با افزایش اکسیژن

تاریخ انتشار: ۱۴ آذر ۱۴۰۱ | کد خبر: ۳۶۵۳۹۸۳۲

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه «سای تک دیلی»، روبیسکو، بیوکاتالیست مرکزی در فتوسنتز، رایج‌ترین آنزیم در این سیاره است. گروهی از محققان موسسه ماکس پلانک با بازسازی آنزیم‌های میلیارد ساله یکی از سازگاری‌های اولیه فتوسنتز را کشف کردند. یافته‌های آن‌ها نه تنها چگونگی تکامل فتوسنتز مدرن را روشن می‌کند، بلکه انگیزه‌های جدیدی را برای تقویت آن فراهم می‌کند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

زندگی امروزی کاملاً به موجودات فتوسنتزی مانند گیاهان و جلبک‌ها وابسته است که CO۲ را جذب و تبدیل می‌کنند. آنزیمی به نام روبیسکو که سالانه بیش از ۴۰۰ میلیارد تن CO۲ را جذب می‌کند، در قلب این فرآیند‌ها قرار دارد. روبیسکو در مقادیر شگفت انگیزی توسط موجودات زنده امروزی تولید می‌شود. جرم آن روی زمین از مجموع جرم همه انسان‌ها بیشتر است. روبیسکو برای ایفای چنین نقش مهمی در چرخه جهانی کربن باید به طور مستمر با شرایط محیطی در حال تغییر سازگار شود.

تیمی از موسسه میکروبیولوژی زمینی ماکس پلانک در ماربورگ، آلمان، با همکاری دانشگاه سنگاپور، اکنون با موفقیت آنزیم‌های میلیارد ساله را با استفاده از ترکیبی از تکنیک‌های محاسباتی و مصنوعی در آزمایشگاه احیا و مطالعه کرده اند.

محققان کشف کردند که در این فرآیند، که آن‌ها از آن به عنوان "دیرینه شناسی مولکولی" یاد می‌کنند، یک جزء کاملاً جدید فتوسنتز را برای انطباق با افزایش سطح اکسیژن به جای جهش مستقیم در مرکز فعال آماده می‌کند.

 

تصویر میکروسکوپ کریو الکترونی از دو کمپلکس روبیسکو در حال تعامل با یکدیگر. اگر یک زیرواحد ضروری برای حلالیت وجود نداشته باشد، کمپلکس‌های آنزیمی منفرد می‌توانند از این طریق با یکدیگر تعامل داشته باشند و ساختار‌های نخ مانندی را تشکیل دهند که اصطلاحاً فیبریل نامیده می‌شود. اما در شرایط عادی، روبیسکو چنین فیبر‌هایی را تشکیل نمی‌دهد.

 

سردرگمی اولیه روبیسکو

روبیسکو قدمتی باستانی دارد: تقریباً چهار میلیارد سال پیش در متابولیسم اولیه قبل از حضور اکسیژن در زمین پدیدار شد.

با این حال، با اختراع فتوسنتز تولید اکسیژن و افزایش اکسیژن در اتمسفر، آنزیم شروع به کاتالیز کردن یک واکنش نامطلوب کرد که در آن O۲ را با CO۲ اشتباه گرفته و متابولیت‌هایی تولید می‌کند که برای سلول سمی هستند. این محدوده زیرلایه گیج هنوز روبیسکو را تا به امروز زخمی می‌کند و کارایی فتوسنتز را محدود می‌کند. حتی اگر روبیسکو‌هایی که در محیط‌های حاوی اکسیژن تکامل یافته بودند در طول زمان برای CO۲ اختصاصی‌تر شدند، هیچ یک از آن‌ها نتوانستند به طور کامل از واکنش جذب اکسیژن خلاص شوند.

عوامل مولکولی افزایش ویژگی CO۲ در روبیسکو تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده است. با این حال، آن‌ها برای محققانی که هدفشان بهبود فتوسنتز است، بسیار جالب است. جالب توجه است، آن دسته از روبیسکو‌هایی که ویژگی CO۲ افزایش یافته را نشان می‌دهند، یک جزء پروتئینی جدید با عملکرد ناشناخته را به کار گرفتند. گمان می‌رود که این جزء در افزایش ویژگی CO۲ نقش داشته باشد، با این حال، تعیین دلیل واقعی پیدایش آن دشوار است، زیرا میلیارد‌ها سال پیش تکامل یافته است.

مطالعه تکامل با احیای پروتئین‌های باستانی در آزمایشگاه

برای درک این رویداد کلیدی در تکامل روبیسکو‌های خاص تر، همکاران موسسه میکروبیولوژی زمینی ماکس پلانک در ماربورگ و دانشگاه فنی نانیانگ در سنگاپور از یک الگوریتم آماری برای بازسازی اشکال روبیسکو استفاده کردند که میلیارد‌ها سال پیش، قبل از شروع سطح اکسیژن وجود داشته اند. بالا آمدن. تیمی به سرپرستی محققان ماکس پلانک، توبیاس ارب و گئورگ هوچبرگ، این پروتئین‌های باستانی را در آزمایشگاه احیا کردند تا خواص آن‌ها را مطالعه کنند. به طور خاص، دانشمندان تعجب کردند که آیا جزء جدید روبیسکو با تکامل ویژگی بالاتر ارتباطی دارد یا خیر.

پاسخ تعجب آور بود، همانطور که محقق دکترا، لوکا شولز توضیح می‌دهد: «ما انتظار داشتیم که جزء جدید به نحوی مستقیماً اکسیژن را از مرکز کاتالیزوری روبیسکو حذف کند. این چیزی نیست که اتفاق افتاده است. در عوض، به نظر می‌رسد این زیرواحد جدید به‌عنوان تعدیل‌کننده تکامل عمل می‌کند: به‌کارگیری زیرواحد تأثیری را که جهش‌های بعدی بر زیرواحد کاتالیزوری روبیسکو گذاشت، تغییر داد. جهش‌های بی‌اهمیت قبلی به طور ناگهانی تأثیر زیادی بر ویژگی زمانی که این جزء جدید وجود داشت، داشت. به نظر می‌رسد که داشتن این زیرواحد جدید پتانسیل تکاملی روبیسکو را کاملاً تغییر داده است.

اعتیاد یک آنزیم به زیر واحد جدیدش

این عملکرد به عنوان یک «تعدیل‌کننده تکاملی» جنبه مرموز دیگری از جزء پروتئینی جدید را نیز توضیح می‌دهد: روبیسکو‌هایی که آن را ترکیب کرده‌اند کاملاً به آن وابسته هستند، حتی اگر سایر اشکال روبیسکو بدون آن کاملاً خوب عمل کنند. همین اثر تعدیل‌کننده دلیل را توضیح می‌دهد: وقتی روبیسکو به این جزء پروتئینی کوچک متصل می‌شود، نسبت به جهش‌هایی که در غیر این صورت به طور فاجعه‌باری مضر هستند، متحمل می‌شود. با تجمع چنین جهش هایی، روبیسکو عملاً به زیر واحد جدید خود معتاد شد.

در مجموع، این یافته‌ها در نهایت توضیح می‌دهند که چرا روبیسکو این جزء پروتئینی جدید را از زمانی که با آن روبرو شده نگه داشته است. گئورگ هوخبرگ، رهبر گروه تحقیقاتی ماکس پلانک، توضیح می‌دهد: این واقعیت که این ارتباط تا کنون درک نشده بود، اهمیت تجزیه و تحلیل تکاملی را برای درک بیوشیمی که زندگی را در اطراف ما به پیش می‌برد، برجسته می‌کند.

تاریخچه زیست مولکول‌هایی مانند روبیسکو می‌تواند به ما چیز‌های زیادی در مورد اینکه چرا آن‌ها به شکل امروزی هستند به ما بیاموزد؛ و هنوز بسیاری از پدیده‌های بیوشیمیایی وجود دارند که ما واقعاً هیچ ایده‌ای درباره تاریخچه تکامل آن‌ها نداریم؛ بنابراین زمان بسیار هیجان انگیزی برای تبدیل شدن به یک بیوشیمی دان تکاملی است: تقریباً کل تاریخ مولکولی سلول هنوز در انتظار کشف است.

سفر‌های علمی به گذشته می‌تواند بینش‌های ارزشمندی را برای آینده ارائه دهد

توبیاس ارب، مدیر ماکس پلانک می‌گوید: این مطالعه همچنین پیامد‌های مهمی برای بهبود فتوسنتز دارد: تحقیقات ما به ما آموخت که تلاش‌های سنتی برای بهبود روبیسکو ممکن است در مکان اشتباهی بوده باشد: برای سال‌ها، تحقیقات صرفاً بر روی تغییر اسید‌های آمینه متمرکز بود. در خود روبیسکو برای بهبود آن. کار ما اکنون نشان می‌دهد که افزودن اجزای پروتئینی کاملاً جدید به آنزیم می‌تواند مولدتر باشد و ممکن است مسیر‌های تکاملی غیرممکن را باز کند. این زمین ناشناخته برای مهندسی آنزیم است.

انتهای پیام/

منبع: آنا

کلیدواژه: محققان خارجی پژوهشگران و محققان آنزیم فتوسنتز اکسیژن توضیح می دهد میلیارد سال ماکس پلانک

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت ana.press دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «آنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۶۵۳۹۸۳۲ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

قلیان اکسیژن پرتگاهی جدید برای جوانان/ جهانپور: قلیان اکسیژن دیگر سرگرمی نیست بلکه مخدر است + فیلم

پزشک عمومی گفت: الگوی مصرف قلیان اکسیژن به سمت استفاده ی نابجا رفته به عنوان سرگرمی و تا حدودی به عنوان مخدر رفته است؛ البته باید در نظر داشت اثر تخریبی و روانگردان آن مشابه و در سطح بسیاری از موادی که مرسوم است نیست.

به گزارش خبرنگار اجتماعی خبرگزاری دانشجو، مدتی است قلیانی به‌نام "اکسیژن" در برخی از کافه‌های لاکچری تهران از جمله در غرب و شمال تهران به جوانان به‌صورت آزادانه عرضه می‌شود. این قلیان که در تبلیغاتش، شادی‌آور بودن برای مصرف‌کننده را مطرح کرده، بر خلاف اسمش تنها از گاز اکسیژن تشکیل نشده است و می‌تواند عوارض بسیار شدید برای فرد مصرف‌کننده به‌همراه داشته باشد.

طرح مطالعاتی دستگاه "پاکدم" یا "قلیان اکسیژن" در زمان حاضر به‌صورت آزمایشی، تحت نظارت وزارت بهداشت حدود دو سال است که در ۱۰ استان کشور در حال اجراست. این وسیله ثبت اختراع شده است و بعد از اینکه تأییدیه آن از سازمان غذا و دارو گرفته شد به‌عنوان تجهیزات پزشکی ثبت شده و در سازمان غذا و دارو استاندارد‌هایی برای آن در نظر گرفته شده است.

دکتر کیانوش جهاتنپور در گفتگو با خبرنگار اجتماعی خبرگزاری دانشجو پیرامون موضوع قلیان اکسیژن اظهار داشت: در اصل چیزی که در ایران به عنوان قلیان اکسیژن شناخته می‌شود و به نوعی الگو برداری و تغییر فرم چیزی است که در کشور‌های دیگر تحت عنوان اکسیژن کلاب شناخته می‌شود؛ یک اسم شبهه ناک است. چرا که ماده مورد استفاده در این دستگاه گاز اکسیژن نیست و ماده دیگری به نام N۲O و یا نیتروز اکسید است که به‌عنوان گاز خنده نیز شناخته می‌شود.

وی افزود: این گاز کاربرد‌هایی در حوزه پزشکی و صنایع غذایی و شیمیایی داشت، پس اصل موضوع جدید نیست. اما الگوی مصرف به سمت استفاده‌ی نابجا رفته به عنوان سرگرمی و تا حدودی به عنوان مخدر رفته است؛ البته باید در نظر داشت اثر تخریبی و روانگردان آن مشابه و در سطح بسیاری از موادی که مرسوم است نیست.

وی تصریح کرد: مصرف این گاز در برخی از کشور‌ها مجاز است و در مقابل برخی از کشور‌ها مصرف آن را ممنوع کرده اند.

دکتر جهانپور در رابطه با عوارض مصرف این گاز گفت: افراد پس از مصرف این گاز ممکن است دچار کاهش فشار خون شوند و علائمی مثل سرگیجه پیدا کنند. برخورد درست اورژانسی در این لحظه مانند برخورد با بیمار دچار به کاهش فشار خون است که روی زمین دراز بکشند و پاهارا کمی بالاتر از سطح قلب قرار دهند. اگر وضعیت بیمار مطلوب نبود و بحرانی بود باید با ۱۱۵ تماس گرفته شود.

وی افزود: برخی افراد در وضعیت‌های روانی مختلف و افسردگی ممکن است تمایل داشته باشند از این ماده استفاده کنند. باید در نظر داشت مصرف مکرر از طریق کاهش ذخیره b۱۲ می‌تواند پیامد‌هایی از قبیل آسیب به سیستم عصبی مرکزی، لرزش دست و مشکلات دیگر اعصاب به وجود بیاورد.

 

کد ویدیو دانلود فیلم اصلی