Calea proiectată permite ca carbonul să fie conectat direct la căi metabolice cheie.
Mulți oameni sunt încântați de ideea de a folosi plante pentru a ne ajuta să desenăm o parte din excesul de dioxid de carbon pe care l -am pompat în atmosferă. Ar fi frumos să ne gândim că ne -am putea reîmprospăta ieșirea din mizeria pe care o creăm, dar studiile recente au indicat că pur și simplu nu există suficient teren productiv pentru ca acest lucru să funcționeze.
O alternativă ar putea fi ca plantele să preia dioxidul de carbon mai eficient. Din păcate, enzima care încorporează dioxidul de carbon în fotosinteză, numită Rubisco, este remarcabil de ineficient. Deci, o echipă de cercetători din Taiwan a decis să încerce ceva nou – literalmente. Aceștia au pus la cale un set de enzime care au adăugat un ciclu biochimic nou la natură la plantele care îl lasă să încorporeze carbonul mult mai eficient. Plantele rezultate au crescut și au încorporat mai mult carbon.
Cicluri și recicluri
În rezumat, încorporarea dioxidului de carbon din atmosferă în biochimia celulei pare simplă – doar legați câțiva dintre atomii de carbon și sunteți plecați. Dar, în realitate, este complicat. Dioxidul de carbon este o moleculă extrem de stabilă, astfel încât încorporarea acesteia necesită o reacție foarte favorabilă din punct de vedere energetic. În Ciclul Calvin de fotosinteză, această reacție implică legarea dioxidului de carbon ca parte a unei reacții care se desparte de un zahăr cu cinci carbon modificat, creând două molecule cu trei carbon. Unele dintre aceste molecule sunt alimentate în metabolismul celulei, în timp ce altele sunt construite din nou într-un zahăr cu cinci carbon, repornind ciclul.
Funcționează, dar din nou, enzima centrală care încorporează CO2 este ineficient. Și, în calitate de cercetători din spatele noii note de lucru într -o lucrare care o descrie, cele trei molecule de carbon pe care le produce nu sunt o potrivire excelentă pentru tot metabolismul celulei. Lipidele folosite pentru a face grăsimi și membrana celulară sunt construite două carbon simultan. Pentru ca acest lucru să funcționeze, celulele vegetale oxidează de fapt un carbon înapoi, eliberând dioxid de carbon, pentru a crea o sursă cu două carbon pentru construirea lipidelor.
)
Așadar, echipa a fost interesată să stabilească ceva similar cu ciclul Calvin, dar capabil să producă o moleculă cu două carbon, fără a reuni molecula de dioxid de carbon care tocmai fusese capturată. Ceea ce au venit este ciclul Malyl-CoA-Glicime, pe care, din fericire, l-au prescurtat ca ciclu MCG, astfel încât nimeni nu ar trebui să-și amintească vreodată numele său real. Reacțiile ciclului (există opt dintre ele) sunt toate catalizate de enzimele existente, deși aceste enzime provin dintr -o serie de specii diferite, astfel încât acestea nu apar în mod natural împreună.
Ciclul MCG are câteva caracteristici foarte utile. Acesta scuipă un produs cu două carbon la unul dintre trepte, care pot fi utilizate direct în producția de lipide. De asemenea, construiește acea moleculă prin încorporarea atomilor de carbon la două etape diferite ale ciclului, ceea ce înseamnă că un singur ciclu surprinde mai mult carbon decât este preluat în timpul ciclului Calvin în fotosinteză. (Una dintre acestea este din punct de vedere tehnic o moleculă de bicarbonat, care este produsă atunci când dioxidul de carbon se dizolvă în apă.) În sfârșit, există un punct în ciclul MCG în care poate schimba molecule cu ciclul Calvin, permițând acele două sisteme să interacționeze și să extragă orice exces de materiale produse de oricare dintre ele.
Frumos, dar funcționează?
În 2018, același laborator a testat ciclul MCG în bacteriile fotosintetice. În noua lor hârtie, ei descriu introducerea tuturor genelor într -o celulă vegetală și văzând cum a răspuns planta. În scopuri de testare, au folosit o buruiană mică numită Arabidopsis Acesta este un element principal al cercetării plantelor.
Și, bine, a funcționat remarcabil de bine. Plantele care transportau toate genele pentru ciclul MCG au cântărit de două până la trei ori mai mult decât plantele de control care aveau doar unele dintre gene. Aveau mai multe frunze, frunzele în sine erau mai mari, iar plantele au produs mai multe semințe. Într -o varietate de condiții de creștere, plantele cu un ciclu intact MCG au încorporat mai mult carbon și au făcut acest lucru fără a -și crește absorbția de apă.
A avea o ieșire cu două carbonuri a funcționat, de asemenea, așa cum era de așteptat. Prin hrănirea plantelor bicarbonat radioactiv, au putut urmări carbonul care apare în moleculele așteptate. Și imagistica a confirmat că plantele făceau atât de multe lipide, încât celulele lor formau buzunare interne care nu conțin decât materiale grase. Nivelurile de trigliceride au crescut cu factori de 100 sau mai mult.
Deci, printr -o varietate de măsuri, plantele s -au descurcat mai bine cu o cale suplimentară pentru fixarea carbonului. Cu toate acestea, există o serie de precauții. Pentru început, nu este clar dacă ceea ce învățăm să folosim o buruiană mică se va aplica și la plante sau culturi mai mari, sau cu adevărat ceva dincolo de mult dincolo Arabidopsis în acest moment. S -ar putea ca faptul că a avea exces de globuri de grăsimi care plutesc în jurul celulei să aibă consecințe pentru ceva ca un copac. Plantele cultivate într-un laborator tind, de asemenea, să fie prevăzute cu un sol bogat în nutrienți și nu este clar dacă toate acestea s-ar aplica într-o serie de condiții din lumea reală.
În cele din urmă, nu putem spune dacă tot excesul de carbon pe care aceste plante îl sug din atmosferă ar ajunge să fie sechestrat în vreun sens util. S -ar putea ca toată grăsimea să se oxideze imediat ce planta moare. Acestea fiind spuse, există o mulțime de abordări pentru a face biocombustibil care se bazează pe modificarea grăsimilor găsite în plante sau alge. Este posibil ca acest lucru să ajute în cele din urmă să eficientizeze biocombustibilii, astfel încât acestea să aibă de fapt un efect pozitiv net asupra climatului.
Indiferent de impacturile practice, cu toate acestea, este destul de uimitor că am ajuns acum la punctul în care putem să reîncărcăm fundamental un pic de metabolism care a funcționat de miliarde de ani, fără a încurca complet plantele.
Știință, 2025. DOI: 10.1126/Science.adp3528 (Despre Dois)
John este editorul științific al ARS Technica. Are un licențiat în arte în biochimie de la Universitatea Columbia și un doctorat. în biologie moleculară și celulară de la Universitatea din California, Berkeley. Când se desparte fizic de tastatura sa, el tinde să caute o bicicletă sau o locație pitorească pentru comunicarea cu cizmele sale de drumeție.
