Allmänt meddelande

Kollapsa
No announcement yet.

Lite coolt om Rubisco

Kollapsa
X
  • Filter
  • Klockan
  • Visa
Clear All
Nya inlägg

    Lite coolt om Rubisco

    Vad är Rubisco:

    De som ofta vistas på detta forum har säkert stött på ordet Rubisco – ett ganska coolt namn, jag undrade rätt länge varför defdacs lilla hund inte fick det namnet! Hur som helst – för de som inte orkat gå in på vad Rubisco står för – kommer här en liten förklaring (med mina markeringa).

    Rubisco, ribulosbifosfatcarboxylas, är världens vanligaste enzym och ett av de äldsta. Det fanns för mer än tre miljarder år sedan. Större delen av allt liv på jorden är direkt beroende av solenergi genom den viktiga fotosyntesen och rubisco som gör om solenergin till kemisk energi som används av organismer som energikälla. Man har forskat om rubisco för att hitta ett mer effektivt sätt att använda den eftersom det finns två stora problem med detta enzym.

    För det första så använder rubisco både syrgas och koldioxid som substrat, det förstnämnda ämnet leder till fotorespiration (syrgas förbrukas) och därmed reducerar fotosyntesens (som sker med koldioxid som bränsle) produktivitet.

    Det andra stora problemet med detta enzym är det är långsamt, den producerar endast två till tre molekyler per minut jamfört med vanliga enzym som producerar närmare tusen molekyler per minut.
    ( [URL="http://sv.wikipedia.org/wiki/Rubisco"][FONT=Times New Roman][SIZE=3][COLOR=#800080]Länk )


    Rubisco omvandlar alltså ljus till kemisk energi med hjälp av både syre (O2) och koldioxid (CO2), det sistnämnda tillsätter många i sina kar med mäsk eller tub. När Rubisco använder syre så förbrukas ju syre så klart, och detta vore inget dåligt i sig om inte detta reducerade fotosyntesens produktivitet (lite grovt betyder det sämre tillväxt på växter). Fotosyntesens produktivitet sker med koldioxid som bränsle. Dessutom är rubisco väldans långsamt: det är till största del därför växterna i low-tech burkar utan extra tillsats av CO2 växer så sakta (rätta mig om jag har fel).

    Så långt allt väl (förhoppningsvis), men här kommer det lite info som jag har funderat på och hoppats att någon kan förklara i lekmannatermer. Först en liten inledning som repetition till det som har sagts ovan:

    RUBISCO

    The key enzyme in the Calvin Cycle is the one that catalyzes the transformation of the 5-carbon sugar ribulose-5-phosphate and the single-carbon carbon dioxide to two 3-carbon 3-phosphoglycerates. This reaction has a very high delta-G of -12.4 kcal/mol. The enzyme is called ribulose-1-5-biphosphote carboxylase or Rubisco. Rubisco accounts for 16% of the protein content of the chloroplast and is likely the most abundant protein on Earth. Why is this protein so abundant? Is it because it is so crucial to all life to have a source of carbon fixation? Or perhaps it is because the enzyme is very inefficient and has only evolved once, so it has not had to sustain any competition from more effective carbon fixers. The question is an interesting one to ponder. In fact, we will discover in the next section that Rubisco is, in fact, very inefficient, and that a mechanism has evolved to deal with this handicap.
    [URL="http://web.mit.edu/esgbio/www/ps/dark.html"][FONT=Times New Roman][SIZE=3][COLOR=#800080]Länk


    Aha, det finns alltså någon mekanism som går runt det faktum att Rubiscon är så innefektiv! J Let’s see:

    C3 vs C4 plants

    As mentioned previously, Rubisco is the most abundant enzyme on Earth. It is inarguable that this is a very important enzyme to all life, but it is believed that Rubisco is so abundant because of its inefficiencies.
    Rubisco will sometimes recognize oxygen as a substrate instead of carbon dioxide. In that case, the following set of reactions occur:

    As you can see, this result is very detrimental to photosynthesis. Instead of fixing carbon dioxide into a complex sugar, the plant has made extra work for itself in creating phosphoglycolate, a nearly useless compound. This reaction, using oxygen instead of carbon dioxide, directly competes with the regular reaction, at the same site on the enzyme.
    At 25°C, the rate of the carboxylase reaction is four times that of the oxygenase reaction, so the plant is only about 20% inefficient. However, as temperature rises, the balance in the air between oxygen and carbon dioxide changes (due to changing solubility in the ocean), and the carboxylase reaction is less and less dominant. Plants living in warm climates have to overcome this handicap. In addition, plants living in arid climates have to close the pores in their leaves when it is particularly dry, or they will wither. This also gives the effect of creating a closed environment in which, as carbon dioxide gets used up in photosynthesis, the relative concentration of oxygen increases and the oxygenase reaction begins to dominate.
    A solution has evolved to combat this problem. Plants living in the above mentioned difficult conditions have discovered a way to make the carbon dioxide concentration very high in the immediate environment of Rubisco, so that the oxygenase reaction does not get a chance to happen.

    This pathway is called the C4 pathway because it involves a 4 carbon intermediate in the outer cells. The 4-carbon intermediate brings a molecule of carbon dioxide right into the bundle sheath cells, where it is dropped right next to the location of the Calvin Cycle. In this way, the plant ensures that the concentration of carbon dioxide at the site of Rubisco is very high, so that only the carboxylase and not the oxygenase reaction can take place. The conventional pathway is called the C3 pathway because it involves only the 3-carbon sugars. Note that the C4 pathway still uses the conventional Calvin Cycle with its 3-carbon sugar intermediates; it makes use of 4-carbon sugars to bring the carbon dioxide closer to the site of fixation.
    So why don't all plants adopt the C4 process? Or, more correctly, why don't the C4 plants out-compete the C3 plants, which are inefficient? Well, notice that it takes ATP to bring the carbon dioxide to the Rubisco. In moderate temperatures, the energy burden that this puts on the plant outweighs the advantage of eliminating the one in five times that Rubisco binds oxygen instead of carbon dioxide. In warmer climates, however, the C4 plants win with their novel strategy.
    [URL="http://web.mit.edu/esgbio/www/ps/other.html#c4"][FONT=Times New Roman][SIZE=3][COLOR=#800080]Länk


    Av det jag har förstått så ökar "risken" för att plantorna skall producera oanvändbara saker via den ogynnsamma syremetoden vid högre temperatur (>25 C). Därför går de tropiska plantorna över till det s.k. C4-metoden som går ut på att växten själv aktivt transporterar en molekyl av CO2 till sin Rubisco-enzym.

    Min fråga är följande: vad är det bra att veta för? Dvs. kan man använda den kunskapen i sitt akvarium?
    Har du gräs? Låt inte det gå upp i rök: http://plantswap.se/

    #2
    Ursprungligen postat av PatrikS
    vad är det bra att veta för? Dvs. kan man använda den kunskapen i sitt akvarium?
    Att veta vad den viktigaste molekylen på jorden gör är nyttigt bara för att den är viktigast.

    Det finns C4 växter i vatten. Braxengräs som växer i näringsfattiga sjöar är en sån. Kanske nålgräs också som man har i akvarium. De lever i sjöar med brist på CO2 i vattnet. För att få tillräckligt med kol till fotosyntesen tar de upp CO2 från botten med sina stora rötter och transporterar upp det i bladen. På natten när fotosyntesen inte funkar omvandlar de CO2 till såna där 4-koliga ämnen som kan lagras till på dagen.

    Jag har braxengräs i mitt akvarium men de växer så långsamt att jag inte vet om den trivs eller inte. Tre blad har i alla fall överlevt från i vintras. Sedan har jag planterat in en massa nu också. Ganska snygg liten grön peruk på bottnen.

    Kommentera


      #3
      Hehe, jo, visst är det nyttigt med all kunskap, ville bara kolla om man kan använda/trixa till sig några ytterligare fördelar med hjälp av den. Det är kanske det Seachem Excel gör - ingen aning.
      Har du gräs? Låt inte det gå upp i rök: http://plantswap.se/

      Kommentera


        #4
        Mumsig information tackar jag inte nej till. Tacktack =)

        Om Grynet och Myra hade varit killar hade jag nog nu ångrat att någon av dom inte fått namnet Rubisco. En gnutta tungvrickningsvarning på namnet dock =)
        http://www.defblog.se

        Kommentera


          #5
          Det verkar som det finns ännu en spelare i C3-växter (som det främst handlar om i undervattenssammanhang). Dom verkar ha ytterligare lite fiffigheter för sig för att kringå problemet med mycket syre/mer respiration:
          Länk
          Jag har för mig att det handlade om att alger inte har lika välutvecklade peroxisom. Jag översatte t om ett inlägg Barr gjorde om det:
          Länk

          Men.

          Barr gjorde en undersökning där han enbart manipulerade O2 och CO2-nivåer på konstgjord väg och kunde inte se att alger missgynnades vid högre O2+CO2-nivåer:
          Länk

          Så det är inte förklaringen till varför växter äger alger vid högre O2/CO2-nivåer.

          Senare kom Barr med nich-teorin, dvs att alger och växter är i totalt olika nicher och fungerar så radikalt annorlunda. Alger är små och snabba och är byggda för att ta tillvara på större förändringar (främst vad gäller ammonium/syre verkar det som), medans växter äger när dom hela tiden står i en relativt stabil miljö och kan pumpa in näring till sina stora kroppar.
          http://www.defblog.se

          Kommentera


            #6
            Ursprungligen postat av defdac
            Mumsig information tackar jag inte nej till. Tacktack =)

            Om Grynet och Myra hade varit killar hade jag nog nu ångrat att någon av dom inte fått namnet Rubisco. En gnutta tungvrickningsvarning på namnet dock =)
            Måste ju försöka betala tillbaka på alla goda råd man läst från dig, defdac!

            Förresten, stycket där rapporten säger att vid temperaturen över 25 C så väljer plantorna C4-metoden (japp, the ol' plastic bomb) - gäller det temperaturen i sig och påverkar *alla* växter (inkl. typ vallisnerian) eller går C-4 metoden igång vid högre temperaturer endast hos de växter som är har det i sina gener så att säga (från varma tropikerna)?
            Har du gräs? Låt inte det gå upp i rök: http://plantswap.se/

            Kommentera


              #7
              C4-metabolism ganska avancerat och bara vissa arter klarar av det.

              Kommentera


                #8
                Ingen som helst aning.

                Eller tja. Om det påverkar borde det väl påverka icke-CO2-berikade akvarier väldans mycket mer. Din info hintar om att gasinnehållet i vattnet förändras med temperaturen men inte på vilket sätt. Spontant tycker jag det främst borde bli mindre mängd syre i vattnet eftersom syre är så mycket svårlösligare jämfört med CO2.

                Från Länk

                "Plants and algae both can and do adapt to low CO2 environments and induce genes to make enzymes that concentrate CO2 around Rubisco, the CO2 fixing enzyme."

                Det låter iofs väldigt mycket C4 över det vilket är konstigt, men det kanske finns någon annan kolkoncentreringsmekanism.

                Men det fick sin förklaring i den här länken: Länk
                "An excellent example of a CO2-concentrating mechanism in higher plants is C4 photosynthesis, which has arisen independently in a number of plant families. Aquatic photosynthetic organisms such as the microalgae have also adapted to low CO2 levels by concentrating CO2 internally."

                Vidare:

                "The problem faced by all photosynthetic organisms that concentrate CO2 is that it can easily diffuse through biological membranes. How can such a slippery substance be accumulated? In C4 plants CO2 is concentrated in specific bundle-sheath cells within the leaf. These are the only cells containing significant amounts of Rubisco. Here the thickened cell walls of the bundle sheath prevent the diffusion of the CO2 generated by decarboxylation reactions. Microalgae face an additional problem in that they are composed of only one or a few cells, all with ready access to the environment; therefore, they must prevent the diffusion of CO2 out of the cell while allowing the entry of other nutrients.

                Microalgae overcome the problem of CO2 diffusion by accumulating HCO3. Being a charged species, HCO3 diffuses through membranes much more slowly than CO2. However, because CO2 is the substrate required by Rubisco, the accumulated HCO3 must be converted to CO2 before Ci fixation takes place. This appears to be accomplished by packaging Rubisco within the algal cell and generating the CO2 at that location through the action of a CA. A locally elevated CO2 environment is thereby created in which CO2 can out-compete O2 at the active site of Rubisco. This allows the CO2 to be used for photosynthesis before it can diffuse out of the cell. Thus, microalgae that concentrate CO2 package Rubisco in a very specific location, have a means of concentrating HCO3, and have a means of converting the accumulated HCO3 to CO2 rapidly at the location of Rubisco."

                Fiffigt. Det är lite för mycket information för att jag ska kunna avgöra vad som händer om du vill påverka det med temperaturen dock. Men det kommer säkert trilla ner några poletter allteftersom vi smälter det här =)
                http://www.defblog.se

                Kommentera

                Sparar...
                X