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:
بهبوددهندههای آنزیمی مخصوص صنعت آرد و نان تولید شد
علی مرجوی، مدیرعامل یک شرکت دانش‌بنیان تولیدکننده محصولات پروبیوتیک و آنزیم، درباره آخرین فناوری و جدیدترین خط تولیدی که در این شرکت راه‌اندازی شده است، به خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا گفت: به‌کارگیری فناوری مهندسی سویه در تولید آنزیم «مالتوژنیک آمیلاز» یا آنزیم مخصوص آرد و نان، جدیدترین خط تولیدی افتتاح شده در این شرکت است.
مرجوی ادامه داد: بومی‌سازی فناوری مهندسی سویه در تولید آنزیم‌های آرد و نان، از صفر تاصد توسط متخصصان داخلی انجام شده است.
مدیرعامل این شرکت دانش‌بنیان افزود: پروژه مهندسی سویه در تولید آنزیم‌های آرد و نان یک فرآیند زمان‌بر و ادامه‌دار محسوب می‌شود که از سال ۱۴۰۲ آغاز شده است.
کاربرد آنزیم‌های «مالتوژنیک آمیلاز»
این فناور حوزه تولید آنزیم و محصولات پروبیوتیک با اشاره به کاربرد آنزیم‌های مالتوژنیک آمیلاز گفت: این آنزیم‌ها بیشتر درصنعت آرد و نان، کاربرد دارند، اما به صورت محدود در صنایع غذایی دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. از سویه‌ها به‌عنوان یک بهبود‌دهنده برای افزایش کیفیت آرد، استفاده می‌شود.
مرجوی درخصوص انحصاری‌بودن خط تولید آنزیم این شرکت در کشور توضیح داد: درحال حاضر تولید صفر تا صد داخلی بدون مونتاژ آنزیم در انحصار این شرکت در ایران است.
این فناور تولیدکننده آنزیم و محصولات پروبیوتیک در ادامه به فناوری مهندسی سویه و توسعه آن در صنایع غذایی کشور اشاره کرد و گفت: توسعه خط تولید فناوری مهندسی سویه، تقریبا مبحث جدیدی در صنعت کشور است که شرکت‌های معدودی به آن ورود کرده‌اند یا قصد ورود به آن را دارند. اما در حال حاضر، تنها شرکت تولیدکننده آنزیم‌های فرآوری‌شده با مهندسی سویه، همین مجموعه است.
مرجوی به نحوه اجرا شدن فرآیند مهندسی سویه اشاره کرد و ادامه داد: در این فرآیند، سویه به‌صورت مصنوعی در آزمایشگاه توسط فناوران ایجاد می‌شود. به‌طورکلی، استفاده از فرآیند‌های بیولوژیکی در صنعت و تکنولوژی را «مهندسی سویه»، می‌گویند.
مدیرعامل این شرکت دانش‌بنیان درباره تجاری‌سازی این محصول توضیح داد: تا قبل از تولید این بهبوددهندههای آنزیمی، اکثر شرکت‌های تولیدکننده آرد از بهبوددهندههای وارداتی استفاده می‌کردند.
انتهای پیام/
حقوق کدام یک از ایثارگران در سال ۱۴۰۳ افزایش داشت؟