Χρήστης:Dmtrs32/πρόχειρο: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

{{Infobox enzyme
|name=Καρβοξυλάση/οξυγονάση της 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης| image = SpinachRuBisCO.png
| caption =Μια τρισδιάστατη απεικόνιση του ενεργοποιημένου RuBisCO από σπανάκι σε ανοιχτή μορφή με προσβάσιμη ενεργή τοποθεσία. Τα υπολείμματα της ενεργού θέσης Lys175 σημειώνονται με ροζ χρώμα και παρέχεται ένα κοντινό πλάνο του υπολείμματος στα δεξιά για ένα από τα μονομερή που συνθέτουν το ένζυμο.
| EC_number = 4.1.1.39
| CAS_number = 9027-23-0
| GO_code = 0016984
| Name = Καρβοξυλάση/οξυγονάση της 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης
| IUBMB_EC_number = 4/1/1/39
| width =
}}
'''H καρβοξυλάση-οξυγονάση της 1,5-διφωσφορική ριβουλόζης (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase)''', κοινώς γνωστή με τις συντομογραφίες '''RuBisCo''', '''rubisco'''<ref name="Sharkey_2018">{{cite journal | vauthors = Sharkey, TD | title = Discovery of the canonical Calvin-Benson cycle | journal = Photosynth Res | year = 2019 | volume= 53 | issue = 2 | pages = 835–18 | doi = 10.1007/s11120-018-0600-2 | pmid = 30374727 | osti = 1607740 | s2cid = 53092349 }}</ref>, '''RuBPCase''', ή '''RuBPco''', είναι ένα [[ένζυμο]] που εμπλέκεται στο πρώτο σημαντικό βήμα της δέσμευσης του άνθρακα, μιας διαδικασίας με την οποία το ατμοσφαιρικό [[διοξείδιο του άνθρακα]] μετατρέπεται από φυτά και άλλους [[φωτοσύνθεση |φωτοσυνθετικούς οργανισμούς]] σε [[καύσιμα | πλούσια σε ενέργεια]] [[Μόριο|μόρια]] όπως [[γλυκόζη]]. Από χημική άποψη, [[κατάλυση | καταλύει]] την καρβοξυλίωση της 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης (επίσης γνωστής ως RuBP). Είναι ίσως το πιο άφθονο [[ένζυμο]] στη Γη.<ref>{{cite book |author=Cooper, Geoffrey M. |title=The Cell: A Molecular Approach |publisher=ASM Press |location=Washington, D.C |year=2000 |isbn=978-0-87893-106-4 |edition=2nd |chapter=10.The Chloroplast Genome |chapter-url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=RuBisCO&rid=cooper.section.1655#1659 |quote=, one of the subunits of ribulose bisphosphate carboxylase (rubisco) is encoded by chloroplast DNA. Rubisco is the critical enzyme that catalyzes the addition of {{CO2}} to ribulose-1,5-bisphosphate during the Calvin cycle. It is also thought to be the single most abundant protein on Earth, so it is noteworthy that one of its subunits is encoded by the chloroplast genome. |url-access=registration |url=https://archive.org/details/cell00geof }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Dhingra A, Portis AR, Daniell H | title = Enhanced translation of a chloroplast-expressed RbcS gene restores small subunit levels and photosynthesis in nuclear RbcS antisense plants | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 101 | issue = 16 | pages = 6315–20 | date = April 2004 | pmid = 15067115 | pmc = 395966 | doi = 10.1073/pnas.0400981101 | quote = (Rubisco) is the most prevalent enzyme on this planet, accounting for 30–50% of total soluble protein in the chloroplast; | bibcode = 2004PNAS..101.6315D }}</ref><ref name="Feller_2008">{{cite journal | vauthors = Feller U, Anders I, Mae T | title = Rubiscolytics: fate of Rubisco after its enzymatic function in a cell is terminated | journal = Journal of Experimental Botany | volume = 59 | issue = 7 | pages = 1615–24 | year = 2008 | pmid = 17975207 | doi = 10.1093/jxb/erm242 | url = http://doc.rero.ch/record/290465/files/erm242.pdf }}</ref>
 
==Εναλλακτικές διαδρομές δέσμευσης του άνθρακα==
Η RuBisCO είναι σημαντική [[βιολογία | βιολογικά]] επειδή καταλύει την κύρια [[χημική αντίδραση]] με την οποία ο ανόργανος άνθρακας εισέρχεται στη [[βιόσφαιρα]]. Ενώ πολλά αυτότροφα βακτήρια και αρχαία διορθώνουν τον άνθρακα μέσω της αναγωγικής οδού του ακετυλοσυνένζυμου Α, του 3-υδροξυπροπιονικού κύκλου, ή του αντίστροφου κύκλου Krebs, αυτά τα μονοπάτια είναι σχετικά μικροί συντελεστές στη γενική δέσμευση άνθρακα σε σύγκριση με αυτούς που καταλύονται από τη RuBisCO. Η φωσφοενολοπυροσταφυλική καρβοξυλάση, σε αντίθεση με το RuBisCO, διορθώνει μόνο προσωρινά τον άνθρακα. Αντικατοπτρίζοντας τη σημασία του, η RuBisCO είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη στα [[Φύλλο (βοτανική)|φύλλα]], που αντιπροσωπεύει το 50% της διαλυτής πρωτεΐνης φύλλων στην αφομοίωση του C<sub>3</sub> (20-30% του συνολικού αζώτου των φύλλων) και 30% της διαλυτής πρωτεΐνης φύλλων σε δέσμευση C<sub>4</sub> (5-9% του συνολικού αζώτου των φύλλων).<ref name="Feller_2008"/> Δεδομένου του σημαντικού ρόλου του στη βιόσφαιρα, η [[γενετική μηχανική]] της RuBisCO στις καλλιέργειες έχει συνεχές ενδιαφέρον (βλ. [[#Genetic engineering | παρακάτω]]).
== Δομή ==
[[File:RuBisCOActiveSite2.png|thumb|Ενεργός χώρος του RuBisCO της ''Galdieria sulphuraria'' με CO<sub>2</sub>: Τα υπολείμματα που εμπλέκονται τόσο στην ενεργή θέση όσο και στη σταθεροποίηση του CO<sub>2</sub> για κατάλυση ενζύμων εμφανίζονται στο χρώμα και με ετικέτα. Οι αποστάσεις των αλληλεπιδράσεων σύνδεσης υδρογόνου φαίνονται σε αγγόστρομα. Το ιόν Mg<sup>2+</sup> (πράσινη σφαίρα) εμφανίζεται συντονισμένο με το CO<sub>2</sub> και ακολουθείται από τρία μόρια νερού (κόκκινες σφαίρες). Όλα τα υπόλοιπα υπολείμματα τοποθετούνται σε κλίμακα του γκρι.]]Η ενεργή θέση της RuBisCO της Galdieria sulphuraria με CO<sub>2</sub>: Τα υπολείμματα που εμπλέκονται τόσο στη δραστική θέση όσο και στο σταθεροποιητικό CO<sub>2</sub> για την κατάλυση ενζύμων εμφανίζονται με χρώμα και επισημαίνονται. Οι αποστάσεις των αλληλεπιδράσεων των δεσμών υδρογόνου φαίνονται σε angstroms. Το ιόν Mg2+ (πράσινη σφαίρα) εμφανίζεται συντονισμένο με το CO<sub>2</sub> και ακολουθείται από τρία μόρια νερού (κόκκινες σφαίρες). Όλα τα άλλα υπολείμματα τοποθετούνται σε κλίμακα του γκρι.
[[File:Plastomap of Arabidopsis thaliana.svg|thumb|Θέση του γονιδίου ''rbcL'' στο [[γονιδίωμα]] του [[Χλωροπλάστης|χλωροπλάστη]] του ''Arabidopsis thaliana'' (θέσεις περίπου 55-56,4 kb). Το ''rbcL'' είναι ένα από τα 21 γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη φωτοσύνθεση (πράσινα πλαίσια).]]
Στα φυτά, στα [[άλγη]], στα [[κυανοβακτήρια]] και στα [[Φωτότροφος|φωτοτροφικά]] και [[Χημειοτροφικός|χημειοαυτοτροφικά]] πρωτεοβακτήρια το ένζυμο αποτελείται συνήθως από δύο τύπους υπομονάδας πρωτεΐνης, που ονομάζονται η μεγάλη αλυσίδα ('''L''', περίπου 55.000 [[Ατομική μονάδα μάζας|Da]]) και η μικρή αλυσίδα ('''S''', περίπου 13.000 Da). Το γονίδιο της'' μεγάλης αλυσίδας '' ('' rbcL '') κωδικοποιείται από το [[Χλωροπλάστης|χλωροπλάστη]] DNA στα φυτά.<ref>([https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=gene&cmd=Retrieve&dopt=Graphics&list_uids=3052726 Entrez] GeneID: )</ref> Τυπικά υπάρχουν αρκετά γονίδια σχετικά ''μικρής αλυσίδας'' στον [[Κυτταρικός πυρήνας|πυρήνα]] των φυτικών κυττάρων και οι μικρές αλυσίδες εισάγονται στο διαμέρισμα στρωματικών χλωροπλαστών από το κυτταρόλυμα διασχίζοντας την εξωτερική μεμβράνη των χλωροπλαστών.<ref name="pmid15067115">{{cite journal | vauthors = Dhingra A, Portis AR, Daniell H | title = Enhanced translation of a chloroplast-expressed RbcS gene restores small subunit levels and photosynthesis in nuclear RbcS antisense plants | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 101 | issue = 16 | pages = 6315–20 | date = April 2004 | pmid = 15067115 | pmc = 395966 | doi = 10.1073/pnas.0400981101 | bibcode = 2004PNAS..101.6315D }}</ref><ref name="pmid11401297">''[[Arabidopsis thaliana]]'' has four RuBisCO small chain genes.<br /> {{cite journal | vauthors = Yoon M, Putterill JJ, Ross GS, Laing WA | title = Determination of the relative expression levels of rubisco small subunit genes in Arabidopsis by rapid amplification of cDNA ends | journal = Analytical Biochemistry | volume = 291 | issue = 2 | pages = 237–44 | date = April 2001 | pmid = 11401297 | doi = 10.1006/abio.2001.5042 }}</ref> Οι ενζυματικά ενεργές θέσεις δέσμευσης του [[Υπόστρωμα (χημεία)|υποστρώματος]] (1,5-διφωσφορική [[ριβουλόζη]] ) βρίσκονται στις μεγάλες αλυσίδες που σχηματίζονται διμερή στα οποία τα[[αμινοξύ|αμινοξέα]] από κάθε μεγάλη αλυσίδα συνεισφέρουν στις θέσεις σύνδεσης. Συνολικά οκτώ μεγάλες αλυσίδες (= 4 διμερή) και οκτώ μικρές αλυσίδες σχηματίζουν ένα μεγαλύτερο συγκρότημα περίπου 540.000 [[Ατομική μονάδα μάζας|Da]].<ref>{{cite book |author1=Stryer, Lubert |author2=Berg, Jeremy Mark |author3=Tymoczko, John L. |title=Biochemistry |publisher=W.H. Freeman |location=San Francisco |year=2002 |isbn=978-0-7167-3051-4 |edition=5th |chapter=20. The Calvin Cycle and the Pentose Phosphate Pathway |quote=[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=RuBisCO&rid=stryer.figgrp.2792 Figure 20.3. Structure of Rubisco.] (Color-coded ribbon diagram) |chapter-url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=stryer |url-access=registration |url=https://archive.org/details/biochemistrychap00jere }}<br /></ref> Σε ορισμένα πρωτεοβακτήρια και [[Δινοφύκη|δυνοφύκη]], έχουν βρεθεί ένζυμα που αποτελούνται μόνο από μεγάλες υπομονάδες.<ref>The structure of RuBisCO from the photosynthetic bacterium ''[[Rhodospirillaceae|Rhodospirillum rubrum]]'' has been determined by [[X-ray crystallography]], see: {{Protein Data Bank|9RUB}}. A comparison of the structures of [[eukaryotic]] and [[bacterial]] RuBisCO is shown in the [[Protein Data Bank]] [http://nist.rcsb.org/pdb/molecules/pdb11_2.html feature article] on Rubisco.</ref>
Χρειάζονται ι[[Ιόν|όντα]] [[Μαγνήσιο|μαγνησίου]] (Mg<sup>2+</sup>) για την ενζυματική δραστηριότητα. Η σωστή τοποθέτηση των Mg<sup>2+</sup> στην ενεργή θέση του ενζύμου περιλαμβάνει την προσθήκη ενός "ενεργοποιητικού" μορίου [[Διοξείδιο του άνθρακα|διοξειδίου του άνθρακα]] στην ενεργή θέση μίας [[λυσίνη]] (σχηματίζοντας ένα καρβαμικό).<ref>[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mcb.figgrp.4496 Molecular Cell Biology], 4th edition, by Harvey Lodish, Arnold Berk, S. Lawrence Zipursky, Paul Matsudaira, David Baltimore and James E. Darnell. Published by W. H. Freeman & Co. (2000) New York. Online textbook. Figure 16-48 shows a structural model of the active site, including the involvement of magnesium. The Protein Data Bank feature article on RuBisCO also includes a model of [http://nist.rcsb.org/pdb/molecules/pdb11_3.html magnesium at the active site] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060109143747/http://nist.rcsb.org/pdb/molecules/pdb11_3.html |date=2006-01-09 }}.</ref> Το Mg <sup> 2+ </sup> λειτουργεί οδηγώντας στην αποπρωτονίωση του υπολείμματος Lys210, με αποτέλεσμα το υπόλειμμα Lys να περιστρέφεται κατά 120 μοίρες προς το διαμορφομερές «trans», μειώνοντας την απόσταση μεταξύ του αζώτου της Lys και του άνθρακα του CO<sub>2</sub>. Η εγγύτητα επιτρέπει τον σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού, με αποτέλεσμα το καρβαμιδικό.
<ref name=":2">{{cite journal | vauthors = Stec B | title = Structural mechanism of RuBisCO activation by carbamylation of the active site lysine | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 109 | issue = 46 | pages = 18785–90 | date = November 2012 | pmid = 23112176 | pmc = 3503183 | doi = 10.1073/pnas.1210754109 | bibcode = 2012PNAS..10918785S }}</ref> Το Mg<sup>2+</sup> ενεργοποιείται πρώτα για να συνδεθεί με την ενεργή θέση από την περιστροφή του His335 σε μια εναλλακτική διαμόρφωση. Το Mg<sup>2+</sup> στη συνέχεια συντονίζεται από τα υπολείμματα His της ενεργής θέσης (His300, His302, His335) και εξουδετερώνεται εν μέρει από το συντονισμό των τριών μορίων νερού και τη μετατροπή τους σε <sup>-</sup>OH.<ref name=":2" /> Αυτός ο συντονισμός καταλήγει σε ένα ασταθές σύμπλεγμα, αλλά παράγει ένα ευνοϊκό περιβάλλον για τη δέσμευση του Mg<sup>2+ </sup>. Ο σχηματισμός του καρβαμικού ευνοείται από ένα [[Αλκάλια|αλκαλικό]] [[pH]]. Το pH και η [[συγκέντρωση]] ιόντων μαγνησίου στο διαμέρισμα ρευστού (στα φυτά, στο στρώμα του χλωροπλάστη<ref>The [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Search&db=books&doptcmdl=GenBookHL&term=RuBisCO+AND+mcb%5Bbook%5D+AND+106599%5Buid%5D&rid=mcb.section.4493#4494 Lodish textbook] describes the localization of RuBisCO to the stromal space of chloroplasts. [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Search&db=books&doptcmdl=GenBookHL&term=RuBisCO+stroma+AND+106623%5Buid%5D&rid=mcb.figgrp.4715 Figure 17-7] illustrates how RuBisCO small subunits move into the chloroplast stroma and assemble with the large subunits.</ref>) αυξάνεται στο φως. Ο ρόλος της αλλαγής των επιπέδων ιόντων pH και μαγνησίου στη ρύθμιση της δραστηκότητας του ενζύμου RuBisCO συζητείται [[#Regulation of the enzymatic activity | παρακάτω]]. Μόλις σχηματιστεί το καρβαμικό, το His335 ολοκληρώνει την ενεργοποίηση επιστρέφοντας στην αρχική του θέση μέσω θερμικής διακύμανσης.<ref name=":2" />
==Ενζυματική δραστηριότητα==
[[File:RuBisCO reaction CO2 or O2.svg|center|thumb|upright=2|Δύο κύριες αντιδράσεις του RuBisCo: CO<sub>2</sub> σταθεροποίηση και οξυγόνωση.]]
Η RuBisCO είναι ένα από τα πολλά ένζυμα στον [[Κύκλος του Κάλβιν|κύκλο του Κάλβιν]]. Όταν η Rubisco διευκολύνει την επίθεση του CO<sub>2 </sub> στον άνθρακα C2 του RuBP και την επακόλουθη διάσπαση δεσμών μεταξύ του άνθρακα C3 και C2, σχηματίζονται 2 μόρια 3-φωσφορικού γλυκερικού. Η μετατροπή περιλαμβάνει αυτά τα στάδια: ενολοποίηση, [[Καρβοξυλικά οξέα|καρβοξυλίωση]], ενυδάτωση, διάσπαση δεσμού C-C και [[πρωτονίωση]].<ref name="catalysis">{{cite journal | vauthors = Andersson I | title = Catalysis and regulation in Rubisco | journal = Journal of Experimental Botany | volume = 59 | issue = 7 | pages = 1555–68 | date = May 2008 | pmid = 18417482 | doi = 10.1093/jxb/ern091 | doi-access = free }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Erb TJ, Zarzycki J | title = A short history of RubisCO: the rise and fall (?) of Nature's predominant CO<sub>2</sub> fixing enzyme | journal = Current Opinion in Biotechnology | volume = 49 | pages = 100–107 | date = February 2018 | pmid = 28843191 | doi = 10.1016/j.copbio.2017.07.017 | pmc = 7610757 | doi-access = free }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Lundqvist T, Schneider G | title = Crystal structure of activated ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase complexed with its substrate, ribulose-1,5-bisphosphate | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 266 | issue = 19 | pages = 12604–11 | date = July 1991 | pmid = 1905726 | doi = 10.1016/S0021-9258(18)98942-8 | doi-access = free }}</ref>
 
=== Υποστρώματα ===
[[Υπόστρωμα (χημεία) | Υποστρώματα]] για τη RuBisCO είναι η 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη και το [[διοξείδιο του άνθρακα]] (διακριτά από το "ενεργοποιητικό" διοξείδιο του άνθρακα).<ref>The [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=stryer.section.2785#2790 chemical reactions] catalyzed by RuBisCO are described in the online [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=stryer.TOC&depth=2 Biochemistry] textbook by Stryer et al.</ref> Η RuBisCO καταλύει επίσης μια αντίδραση 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης και μοριακού [[Οξυγόνο|οξυγόνου]] ({{Chem | O | 2}}) αντί του διοξειδίου του άνθρακα. Η διάκριση μεταξύ των υποστρωμάτων CO<sub>2 </sub> και O<sub>2 </sub> αποδίδεται στις διαφορετικές αλληλεπιδράσεις των τετραπολικών ροπών του υποστρώματος και μιας υψηλής βαθμίδας [[Ηλεκτρικό πεδίο|ηλεκτροστατικού πεδίου]].<ref name=":2" /> Αυτή η βαθμίδα καθορίζεται από τη διμερή μορφή της ελάχιστα ενεργής RuBisCO, η οποία με τα δύο συστατικά της παρέχει έναν συνδυασμό αντίθετα φορτισμένων τομέων που απαιτούνται για την αλληλεπίδραση του ενζύμου με το O<sub>2 </sub> και το CO<sub>2</sub>. Αυτές οι συνθήκες βοηθούν στην εξήγηση του χαμηλού ποσοστού αντικατάστασης που βρέθηκε στη RuBisCO: Για να αυξηθεί η ισχύς του [[Ηλεκτρικό πεδίο|ηλεκτρικού πεδίου]] που απαιτείται για επαρκή αλληλεπίδραση με τις τετραπολικές ροπές των υποστρωμάτων, τα τερματικά τμήματα C και N του ενζύμου πρέπει να κλείσουν, επιτρέποντας την απομόνωση της δραστικής θέσης από τον διαλύτη και μειώνοντας τη [[διηλεκτρική σταθερά]].<ref>{{cite journal | vauthors = Satagopan S, Spreitzer RJ | title = Plant-like substitutions in the large-subunit carboxy terminus of Chlamydomonas Rubisco increase CO2/O2 specificity | journal = BMC Plant Biology | volume = 8 | pages = 85 | date = July 2008 | pmid = 18664299 | pmc = 2527014 | doi = 10.1186/1471-2229-8-85 }}</ref> Αυτή η απομόνωση έχει σημαντικό[[Εντροπία | εντροπικό]] κόστος και έχει ως αποτέλεσμα το χαμηλό ποσοστό αντικατάστασης.
 
==== Δέσμευση RuBP ====
Η καρβαμυλίωση της ε-αμινο ομάδας του Lys201 σταθεροποιείται με συντονισμό με το Mg<sup>2+</sup>.<ref>{{cite journal | vauthors = Lorimer GH, Miziorko HM | title = Carbamate formation on the epsilon-amino group of a lysyl residue as the basis for the activation of ribulosebisphosphate carboxylase by CO2 and Mg2+ | journal = Biochemistry | volume = 19 | issue = 23 | pages = 5321–8 | date = November 1980 | pmid = 6778504 | doi = 10.1021/bi00564a027 }}</ref> Αυτή η αντίδραση περιλαμβάνει σύνδεση των καρβοξυλικών άκρων του Asp203 και Glu204 στο ιόν Mg<sup>2+ </sup>. Το υπόστρωμα RuBP δεσμεύει το Mg<sup>2+ </sup> μετατοπίζοντας δύο από τους τρεις υδατοσυνδέτες.
==== Ενολοποίηση ====
Ενολοποίηση του RuBP είναι η μετατροπή του κετοταυτομερούς του RuBP σε μια ενδιόλη. Η ενολοποίηση ξεκινά με αποπρωτονίωση στο C3. Η ενζυμική βάση σε αυτό το βήμα έχει αμφισβητηθεί,<ref name="genbase">{{cite journal|vauthors=Cleland WW, Andrews TJ, Gutteridge S, Hartman FC, Lorimer GH|title=Mechanism of Rubisco: The Carbamate as General Base|journal=Chemical Reviews|volume=98|issue=2|pages=549–562|date=April 1998|pmid=11848907|doi=10.1021/cr970010r}}</ref><ref name="harpel">{{cite journal | vauthors = Hartman FC, Harpel MR | title = Structure, function, regulation, and assembly of D-ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase | journal = Annual Review of Biochemistry | volume = 63 | pages = 197–234 | year = 1994 | pmid = 7979237 | doi = 10.1146/annurev.bi.63.070194.001213 }}</ref> αλλά οι στερεοχημικοί περιορισμοί που παρατηρούνται στις κρυσταλλικές δομές έχουν κάνει το Lys201 τον πιο πιθανό υποψήφιο.<ref name="catalysis"/> Συγκεκριμένα, το καρβαμικό οξυγόνο στο Lys201 που δεν συντονίζεται με το ιόν Mg αποπρωτονώνει τον άνθρακα C3 της RuBP για να σχηματίσει ένα 2,3-enediolate.<ref name="genbase"/><ref name="and1989">{{cite journal|vauthors=Andersson I, Knight S, Schneider G, Lindqvist Y, Lundqvist T, Brändén CI, Lorimer GH|title=Crystal structure of the active site of ribulose-bisphosphate carboxylase|journal=Nature|date=1989|volume=337|issue=6204|pages=229–234|doi=10.1038/337229a0|bibcode=1989Natur.337..229A|s2cid=4370073}}</ref>
 
==== Καρβοξυλίωση====
[[File:Crystal structure of active site of RuBisCO bound to 2-Carboxyarabinitol-1,5-Bisphosphate.png|thumb|Μια τρισδιάστατη εικόνα της ενεργού θέσης της του RuBisCO του σπανακιού συμπλεγμένης με τον αναστολέα 2-καρβοξιαραβινιτολ-1,5-διφωσφορικό, CO<sub>2 </sub> και Mg<sup>2+ </sup>. (PDB: 1IR1; View Ligand View [CAP] 501: A).]]
Η καρβοξυλίωση του 2,3-enediolate έχει ως αποτέλεσμα την ενδιάμεση 1,5-διφωσφορική 3-κετο-2′-καρβοξυαραβινιτόλη (3-keto-2′-carboxyarabinitol-1,5-bisphosphate) και η Lys334 τοποθετείται για να διευκολύνει την προσθήκη του υποστρώματος CO<sub>2 </sub> καθώς αντικαθιστά το μόριο του τρίτου Mg<sup> 2+ </sup>-συντονισμένου νερού και προστίθεται απευθείας στην ενεδιόλη. Σε αυτή τη διαδικασία δεν σχηματίζεται σύμπλεγμα Michaelis.<ref name="catalysis"/><ref name="harpel"/> Η ενυδάτωση αυτής της κετόνης οδηγεί σε μια πρόσθετη υδροξυομάδα στο C3, σχηματίζοντας ένα ενδιάμεσο προϊόν gem-διόλης.<ref name="genbase"/><ref name="and1997">{{cite journal | vauthors = Taylor TC, Andersson I | title = The structure of the complex between rubisco and its natural substrate ribulose 1,5-bisphosphate | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 265 | issue = 4 | pages = 432–44 | date = January 1997 | pmid = 9034362 | doi = 10.1006/jmbi.1996.0738 }}</ref> Η καρβοξυλίωση και η ενυδάτωση έχουν προταθεί είτε ως ένα μόνο συντονισμένο βήμα<ref name="genbase"/> ή ως δύο διαδοχικά βήματα.<ref name="and1997"/> Ο συντονισμένος μηχανισμός υποστηρίζεται από την εγγύτητα του μορίου νερού στο C3 της RuBP σε πολλαπλές κρυσταλλικές δομές. Μέσα στη δομή του σπανακιού, άλλα υπολείμματα είναι καλά τοποθετημένα για να βοηθήσουν στο βήμα ενυδάτωσης καθώς βρίσκονται σε απόσταση σύνδεσης υδρογόνου από το μόριο του νερού.<ref name="catalysis"/>
==== Διάσπαση δεσμού C-C C-C ====
Το ενδιάμεσο προϊόν gem-διόλης διασπάται στο δεσμό C2-C3 για να σχηματίσει ένα μόριο 3-φωσφογλυκερικού και ένα αρνητικά φορτισμένο καρβοξυλικό.<ref name="catalysis"/> Η στερεοχημική ειδική πρωτονίωση του C2 αυτού του καρβανιόντος έχει ως αποτέλεσμα ένα άλλο μόριο -3-φωσφογλυκερικού. Αυτό το βήμα πιστεύεται ότι διευκολύνεται από τη Lys175 ή πιθανώς από τη καρβαμυλιωμένο Lys201.<ref name="catalysis"/>
===Προϊόντα===
Όταν το διοξείδιο του άνθρακα είναι το υπόστρωμα, το προϊόν της αντίδρασης καρβοξυλάσης είναι ένα ασταθές φωσφορυλιωμένο ενδιάμεσο έξι ανθράκων γνωστό ως 1,5-διφωσφορικό-3-κετο-2-καρβοξυαραβινιτόλη, το οποίο διασπάται γρήγορα σε δύο μόρια 3-φωσφογλυκερικού. Το 3-φωσφογλυκερικό άλας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μεγαλύτερων μορίων όπως [[γλυκόζη]]. Οι παράπλευρες ενεργότητες της Rubisco μπορεί να οδηγήσουν σε άχρηστα ή ανασταλτικά υποπροϊόντα. Ένα τέτοιο προϊόν είναι η 1,5-διφωσφορική ξυλουλόζη, η οποία αναστέλλει τη δραστηριότητα της Rubisco.<ref>{{cite journal | vauthors = Pearce FG | title = Catalytic by-product formation and ligand binding by ribulose bisphosphate carboxylases from different phylogenies | journal = The Biochemical Journal | volume = 399 | issue = 3 | pages = 525–34 | date = November 2006 | pmid = 16822231 | pmc = 1615894 | doi = 10.1042/BJ20060430 }}</ref> Όταν το μοριακό οξυγόνο είναι το υπόστρωμα, τα προϊόντα της αντίδρασης οξυγονάσης είναι φωσφογλυκολικό και 3-φωσφογλυκερινικό. Το φωσφογλυκολικό ανακυκλώνεται μέσω μιας αλληλουχίας αντιδράσεων που ονομάζεται φωτοαναπνοή, η οποία περιλαμβάνει ένζυμα και κυτοχρώματα που βρίσκονται στα [[Μιτοχόνδριο|μιτοχόνδρια]] και [[Υπεροξειδιόσωμα|υπεροξειδιοσώματα]] (πρόκειται για επισκευή [[Μεταβολίτης|μεταβολιτών]]). Σε αυτή τη διαδικασία, δύο μόρια φωσφογλυκολικού μετατρέπονται σε ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα και ένα μόριο 3-φωσφογλυκερινικού, το οποίο μπορεί να επανεισαχθεί στον κύκλο Κάλβιν. Μερικά από τα φωσφογλυκολικά που εισέρχονται σε αυτήν την οδό μπορούν να συγκρατηθούν από τα φυτά για να παράξουν άλλα μόρια όπως [[γλυκίνη]]. Σε επίπεδα περιβάλλοντος του διοξειδίου του άνθρακα και του οξυγόνου, η αναλογία των αντιδράσεων είναι περίπου 4 προς 1, η οποία οδηγεί σε καθαρή δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα μόνο 3,5. Έτσι, η αδυναμία του ενζύμου να αποτρέψει την αντίδραση με οξυγόνο μειώνει σημαντικά τη φωτοσυνθετική ικανότητα πολλών φυτών. Ορισμένα φυτά, πολλά φύκια και φωτοσυνθετικά βακτήρια έχουν ξεπεράσει αυτόν τον περιορισμό αναπτύσσοντας μέσα για την αύξηση της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα γύρω από το ένζυμο, συμπεριλαμβανομένης της δέσμευσης του C, του [[Μεταβολισμός|μεταβολισμού]] του οξέος, και τη χρήση πυρηνοειδούς.
 
===Ποσοστό ενζυματικής ενεργότητας===
[[Image:Calvin-cycle4.svg|thumb|upright=1.35|Επισκόπηση του [[Κύκλος του Κάλβιν|κύκλου του Κάλβιν]] και αφομοίωσης του άνθρακα.]]
Ορισμένα ένζυμα μπορούν να πραγματοποιήσουν χιλιάδες χημικές αντιδράσεις κάθε δευτερόλεπτο. Ωστόσο, το RuBisCO είναι αργό, δεσμεύοντας μόνο 3-10 μόρια διοξειδίου του άνθρακα κάθε δευτερόλεπτο ανά μόριο ενζύμου.<ref>{{cite journal | vauthors = Ellis RJ | title = Biochemistry: Tackling unintelligent design | journal = Nature | volume = 463 | issue = 7278 | pages = 164–5 | date = January 2010 | pmid = 20075906 | doi = 10.1038/463164a | bibcode = 2010Natur.463..164E | s2cid = 205052478 }}</ref>
Η αντίδραση που καταλύεται από τη RuBisCO είναι, επομένως, ο πρωταρχικός παράγοντας περιορισμού της ταχύτητας του κύκλου Κάλβιν κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ωστόσο, στις περισσότερες συνθήκες και όταν το φως δεν περιορίζει διαφορετικά τη φωτοσύνθεση, η ταχύτητα της RuBisCO ανταποκρίνεται θετικά στην αύξηση της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα. Η RuBisCO είναι συνήθως ενεργή μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας, καθώς η 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη δεν αναγεννάται στο σκοτάδι. Αυτό οφείλεται στη ρύθμιση αρκετών άλλων ενζύμων στον κύκλο του Κάλβιν. Επιπλέον, η ενεργότητα της RuBisCO συντονίζεται με εκείνη των άλλων ενζύμων του κύκλου Κάλβιν με διάφορους άλλους τρόπους:
====Κατά ιόντα====
Κατά το φωτισμό των χλωροπλαστών, το [[pH]] του στρώματος αυξάνεται από 7,0 σε 8,0 λόγω της διαβάθμισης του πρωτονίου (ιόν υδρογόνου, {{Chem | H |+}}) που δημιουργείται τη μεμβράνη του [[Θυλακοειδή|θυλακοειδούς]]. Η κίνηση των πρωτονίων στα θυλακοειδή είναι οδηγείται από το φως και είναι θεμελιώδης για τη σύνθεση του [[Τριφωσφορική αδενοσίνη|ATP]] στους χλωροπλάστες. Για την εξισορρόπηση του δυναμικού ιόντων στη μεμβράνη, τα ιόντα μαγνησίου ({{Chem | Mg }}<sup>2+</sup>) μετακινούνται έξω από τα θυλακοειδή ως απάντηση, αυξάνοντας τη συγκέντρωση μαγνησίου στο στρώμα των χλωροπλαστών. Η RuBisCO έχει υψηλό βέλτιστο [[pH]] (μπορεί να είναι> 9,0, ανάλογα με τη συγκέντρωση των ιόντων μαγνησίου) και, επομένως, "ενεργοποιείται" με την εισαγωγή διοξειδίου του άνθρακα και μαγνησίου στις ενεργές θέσεις όπως περιγράφηκε παραπάνω.
 
====Ενεργάση RuBisCO (RuBisCO activase)====
Σε φυτά και ορισμένα φύκη, απαιτείται ένα άλλο ένζυμο, η'' 'RuBisCO activase' '' (Rca), για να επιτραπεί ο γρήγορος σχηματισμός του κρίσιμου καρβαμιδικού στην ενεργή θέση του RuBisCO.<ref name="pmid16245090">{{cite journal | vauthors = Portis AR | title = Rubisco activase - Rubisco's catalytic chaperone | journal = Photosynthesis Research | volume = 75 | issue = 1 | pages = 11–27 | year = 2003 | pmid = 16245090 | doi = 10.1023/A:1022458108678 | s2cid = 2632 }}</ref><ref name="pmid15236471">{{cite journal | vauthors = Jin SH, Jiang DA, Li XQ, Sun JW | title = Characteristics of photosynthesis in rice plants transformed with an antisense Rubisco activase gene | journal = Journal of Zhejiang University Science | volume = 5 | issue = 8 | pages = 897–9 | date = August 2004 | pmid = 15236471 | doi = 10.1631/jzus.2004.0897 | s2cid = 1496584 | url = https://semanticscholar.org/paper/9f8af66ec94a48a27feab9f05b5cb8b59fbe7634 }}</ref> Αυτό απαιτείται επειδή 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη (RuBP) συνδέεται πιο έντονα με τις ενεργές θέσεις του RuBisCO όταν υπάρχει περίσσεια καρβαμιδικού, εμποδίζοντας τις διαδικασίες που προχωράνε προς τα εμπρός. Στο φως, η ενεργάση RuBisCO προωθεί την απελευθέρωση του ανασταλτικού (ή - σε ορισμένες απόψεις - την αποθήκευση) της RuBP από τις καταλυτικές θέσεις του RuBisCO. Η ενεργάση απαιτείται επίσης σε ορισμένα φυτά (π.χ. καπνό και πολλά φασόλια) επειδή, στο σκοτάδι, η RuBisCO αναστέλλεται (ή προστατεύεται από την υδρόλυση) από έναν ανταγωνιστικό αναστολέα που συντίθεται από αυτά τα φυτά, ένα αναλογικό υπόστρωμα [[2-καρβοξυ-Δ-αραβιτινόλη 1-φωσφορικό|1-φωσφορικη-2-καρβοξυ-D-αραβιτινόλη]] (CA1P).<ref name="pmid7818481">{{cite journal | vauthors = Andralojc PJ, Dawson GW, Parry MA, Keys AJ | title = Incorporation of carbon from photosynthetic products into 2-carboxyarabinitol-1-phosphate and 2-carboxyarabinitol | journal = The Biochemical Journal | volume = 304 | issue = 3 | pages = 781–6 | date = December 1994 | pmid = 7818481 | pmc = 1137402 | doi = 10.1042/bj3040781 }}</ref> ^^^Το CA1P συνδέεται στενά με τη δραστική θέση του καρβαμυλιωμένου RuBisCO και αναστέλλει την καταλυτική δραστηριότητα σε ακόμη μεγαλύτερο βαθμό. Το CA1P έχει επίσης αποδειχθεί ότι διατηρεί το RuBisCO σε [[Χημική διαμόρφωση | διαμόρφωση]] που προστατεύεται από [[πρωτεάση | πρωτεόλυση]].
CA1P binds tightly to the active site of carbamylated RuBisCO and inhibits catalytic activity to an even greater extent. CA1P has also been shown to keep RuBisCO in a [[Chemical conformation|conformation]] that is protected from [[protease|proteolysis]].<ref>{{cite journal|vauthors=Khan S, Andralojc PJ, Lea PJ, Parry MA|date=December 1999|title=2'-carboxy-D-arabitinol 1-phosphate protects ribulose 1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase against proteolytic breakdown|url=https://repository.rothamsted.ac.uk/download/2d5eca8f4b497d9d14914da64f7f56163817c6e91d61ed28df023b9ff7a39a4a/521895/Khan-1999--carboxy-d-arabitinol--phosphate-pr.pdf|journal=European Journal of Biochemistry|volume=266|issue=3|pages=840–7|doi=10.1046/j.1432-1327.1999.00913.x|pmid=10583377|doi-access=free}}</ref>
Υπό το φως, η ακτιβάση RuBisCO προωθεί επίσης την απελευθέρωση του CA1P από τις καταλυτικές θέσεις. Μετά την απελευθέρωση του CA1P από το RuBisCO, μετατρέπεται γρήγορα σε μη ανασταλτική μορφή από μια ενεργοποιημένη από το φως [[CA1P-φωσφατάση]]. Ακόμη και χωρίς αυτούς τους ισχυρούς αναστολείς, μία φορά κάθε αρκετές εκατοντάδες αντιδράσεις, οι κανονικές αντιδράσεις με διοξείδιο του άνθρακα ή οξυγόνο δεν ολοκληρώνονται. άλλα ανασταλτικά ανάλογα υποστρώματος εξακολουθούν να σχηματίζονται στην ενεργή θέση. Για άλλη μια φορά, η ακτιβάση RuBisCO μπορεί να προωθήσει την απελευθέρωση αυτών των αναλόγων από τις καταλυτικές θέσεις και να διατηρήσει το ένζυμο σε καταλυτικά ενεργή μορφή. Ωστόσο, σε υψηλές θερμοκρασίες, η RuBisCO ενεργοποιείται και δεν μπορεί πλέον να ενεργοποιήσει το RuBisCO. Αυτό συμβάλλει στη μειωμένη ικανότητα καρβοξυλίωσης που παρατηρείται κατά τη θερμική καταπόνηση.
In the light, RuBisCO activase also promotes the release of CA1P from the catalytic sites. After the CA1P is released from RuBisCO, it is rapidly converted to a non-inhibitory form by a light-activated [[CA1P-phosphatase]]. Even without these strong inhibitors, once every several hundred reactions, the normal reactions with carbon dioxide or oxygen are not completed; other inhibitory substrate analogs are still formed in the active site. Once again, RuBisCO activase can promote the release of these analogs from the catalytic sites and maintain the enzyme in a catalytically active form. However, at high temperatures, RuBisCO activase aggregates and can no longer activate RuBisCO. This contributes to the decreased carboxylating capacity observed during heat stress.<ref name="pmid11706186">{{cite journal | vauthors = Salvucci ME, Osteryoung KW, Crafts-Brandner SJ, Vierling E | title = Exceptional sensitivity of Rubisco activase to thermal denaturation in vitro and in vivo | journal = Plant Physiology | volume = 127 | issue = 3 | pages = 1053–64 | date = November 2001 | pmid = 11706186 | pmc = 129275 | doi = 10.1104/pp.010357 }}</ref><ref name="pmid11069297">{{cite journal | vauthors = Crafts-Brandner SJ, Salvucci ME | title = Rubisco activase constrains the photosynthetic potential of leaves at high temperature and CO2 | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 97 | issue = 24 | pages = 13430–5 | date = November 2000 | pmid = 11069297 | pmc = 27241 | doi = 10.1073/pnas.230451497 | bibcode = 2000PNAS...9713430C }}</ref>
κκκ
 
====Με ATP/ADP και κατάσταση στρωματικής αναγωγής/οξείδωσης μέσω της ακτινάσης By ATP/ADP and stromal reduction/oxidation state through the activase====
Η απομάκρυνση του ανασταλτικού RuBP, CA1P και των άλλων ανασταλτικών αναλόγων υποστρώματος με ακτιβάση απαιτεί την κατανάλωση [[τριφωσφορικής αδενοσίνης | ATP]]. Αυτή η αντίδραση αναστέλλεται από την παρουσία [[διφωσφορικής αδενοσίνης | ADP]], και, συνεπώς, η δραστηριότητα της ακτινάσης εξαρτάται από την αναλογία αυτών των ενώσεων στο στρώμα του χλωροπλάστη. Επιπλέον, στα περισσότερα φυτά, η ευαισθησία της ακτιβάσης προς την αναλογία ATP/ADP τροποποιείται από την κατάσταση της στρωματικής αναγωγής/οξείδωσης ([[οξειδοαναγωγή]]) μέσω μιας άλλης μικρής ρυθμιστικής πρωτεΐνης, [[θειορεδοξίνη]]. Με αυτόν τον τρόπο, η δραστηριότητα της ακτινάσης και η κατάσταση ενεργοποίησης του RuBisCO μπορούν να ρυθμιστούν ως απόκριση της έντασης του φωτός και, επομένως, του ρυθμού σχηματισμού του υποστρώματος 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης.
The removal of the inhibitory RuBP, CA1P, and the other inhibitory substrate analogs by activase requires the consumption of [[Adenosine triphosphate|ATP]]. This reaction is inhibited by the presence of [[Adenosine diphosphate|ADP]], and, thus, activase activity depends on the ratio of these compounds in the chloroplast stroma. Furthermore, in most plants, the sensitivity of activase to the ratio of ATP/ADP is modified by the stromal reduction/oxidation ([[redox]]) state through another small regulatory protein, [[thioredoxin]]. In this manner, the activity of activase and the activation state of RuBisCO can be modulated in response to light intensity and, thus, the rate of formation of the ribulose 1,5-bisphosphate substrate.<ref>{{cite journal | vauthors = Zhang N, Kallis RP, Ewy RG, Portis AR | title = Light modulation of Rubisco in Arabidopsis requires a capacity for redox regulation of the larger Rubisco activase isoform | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 99 | issue = 5 | pages = 3330–4 | date = March 2002 | pmid = 11854454 | pmc = 122518 | doi = 10.1073/pnas.042529999 | bibcode = 2002PNAS...99.3330Z }}</ref>
κκκ
 
====Με φωσφορικά By phosphate====
Στα κυανοβακτήρια, το ανόργανο [[φωσφορικό]] (P <sub> i </sub>) συμμετέχει επίσης στη συντονισμένη ρύθμιση της φωτοσύνθεσης: Το P <sub> i </sub> συνδέεται με την ενεργό τοποθεσία RuBisCO και σε άλλη τοποθεσία στη μεγάλη αλυσίδα όπου μπορεί να επηρεάσει τις μεταβάσεις μεταξύ ενεργοποιημένων και λιγότερο ενεργών διαμορφώσεων του ενζύμου. Με αυτόν τον τρόπο, η ενεργοποίηση του βακτηριακού RuBisCO μπορεί να είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στα επίπεδα P <sub> i </sub>, γεγονός που θα μπορούσε να τον αναγκάσει να ενεργήσει με παρόμοιο τρόπο με τον τρόπο λειτουργίας της RuBisCO activase σε υψηλότερα φυτά.
In cyanobacteria, inorganic [[phosphate]] (P<sub>i</sub>) also participates in the co-ordinated regulation of photosynthesis: P<sub>i</sub> binds to the RuBisCO active site and to another site on the large chain where it can influence transitions between activated and less active conformations of the enzyme. In this way, activation of bacterial RuBisCO might be particularly sensitive to P<sub>i</sub> levels, which might cause it to act in a similar way to how RuBisCO activase functions in higher plants.<ref>{{cite journal | vauthors = Marcus Y, Gurevitz M | title = Activation of cyanobacterial RuBP-carboxylase/oxygenase is facilitated by inorganic phosphate via two independent mechanisms | journal = European Journal of Biochemistry | volume = 267 | issue = 19 | pages = 5995–6003 | date = October 2000 | pmid = 10998060 | doi = 10.1046/j.1432-1327.2000.01674.x }}</ref>
κκκ
 
====Με διοξείδιο του άνθρακα By carbon dioxide====
Δεδομένου ότι το διοξείδιο του άνθρακα και το οξυγόνο [[αναστολέας ενζύμου | ανταγωνίζονται]] στο ενεργό σημείο του RuBisCO, η στερέωση άνθρακα από το RuBisCO μπορεί να ενισχυθεί αυξάνοντας το επίπεδο διοξειδίου του άνθρακα στο διαμέρισμα που περιέχει RuBisCO ([[στρώμα χλωροπλάστης]]). Αρκετές φορές κατά τη διάρκεια της εξέλιξης των φυτών, έχουν αναπτυχθεί μηχανισμοί για την αύξηση του επιπέδου διοξειδίου του άνθρακα στο στρώμα (βλέπε [[C4 στερέωση άνθρακα | {{C4}} στερέωση άνθρακα]]). Η χρήση οξυγόνου ως υπόστρωμα φαίνεται να είναι μια περίεργη διαδικασία, καθώς φαίνεται να πετάει τη δεσμευμένη ενέργεια. Ωστόσο, μπορεί να είναι ένας μηχανισμός για την πρόληψη της υπερφόρτωσης υδατανθράκων σε περιόδους υψηλής ροής φωτός. Αυτή η αδυναμία στο ένζυμο είναι η αιτία της [[φωτοαναπνοή]], έτσι ώστε τα υγιή φύλλα σε έντονο φως ενδέχεται να έχουν μηδενική καθαρή στερέωση άνθρακα όταν ο λόγος {{Chem | O | 2}} προς {{CO2}} είναι διαθέσιμος στο RuBisCO μετατοπίζεται πολύ προς το οξυγόνο. Αυτό το φαινόμενο εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία: Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να μειώσουν τη συγκέντρωση του {{CO2}} που διαλύεται στην υγρασία των ιστών των φύλλων. Αυτό το φαινόμενο σχετίζεται επίσης με το [[Λειψυδρία | καταπόνηση νερού]]: Δεδομένου ότι τα φύλλα των φυτών ψύχονται με εξάτμιση, το περιορισμένο νερό προκαλεί υψηλές θερμοκρασίες στα φύλλα. [[Φυτά C4 | {{C4}} φυτά]] χρησιμοποιήστε αρχικά το ένζυμο [[στερέωση άνθρακα C4 | καρβοξυλάση PEP]], το οποίο έχει μεγαλύτερη συγγένεια με το {{CO2}}. Η διαδικασία δημιουργεί πρώτα μια ενδιάμεση ένωση 4 άνθρακα, η οποία μεταφέρεται σε μια περιοχή με [[φυτά C3 | {{C3}} φωτοσύνθεση]] και στη συνέχεια απο-καρβοξυλιώνεται, απελευθερώνοντας {{CO2}} για να αυξήσει τη συγκέντρωση του {{CO2 }}, εξ ου και το όνομα {{C4}} φυτά.
Since carbon dioxide and oxygen [[Enzyme inhibitor|compete]] at the active site of RuBisCO, carbon fixation by RuBisCO can be enhanced by increasing the carbon dioxide level in the compartment containing RuBisCO ([[chloroplast stroma]]). Several times during the evolution of plants, mechanisms have evolved for increasing the level of carbon dioxide in the stroma (see [[C4 carbon fixation|{{C4}} carbon fixation]]). The use of oxygen as a substrate appears to be a puzzling process, since it seems to throw away captured energy. However, it may be a mechanism for preventing carbohydrate overload during periods of high light flux. This weakness in the enzyme is the cause of [[photorespiration]], such that healthy leaves in bright light may have zero net carbon fixation when the ratio of {{Chem|O|2}} to {{CO2}} available to RuBisCO shifts too far towards oxygen. This phenomenon is primarily temperature-dependent: High temperatures can decrease the concentration of {{CO2}} dissolved in the moisture of leaf tissues. This phenomenon is also related to [[Water scarcity|water stress]]: Since plant leaves are evaporatively cooled, limited water causes high leaf temperatures. [[C4 plants|{{C4}} plants]] use the enzyme [[C4 carbon fixation|PEP carboxylase]] initially, which has a higher affinity for {{CO2}}. The process first makes a 4-carbon intermediate compound, which is shuttled into a site of [[C3 plants|{{C3}} photosynthesis]] then de-carboxylated, releasing {{CO2}} to boost the concentration of {{CO2}}, hence the name {{C4}} plants.
κκκ
Τα φυτά [[μεταβολισμός οξέος Crassulacean]] (CAM) διατηρούν το [[στόμα]] τους κλειστό κατά τη διάρκεια της ημέρας, το οποίο εξοικονομεί νερό, αλλά εμποδίζει τις αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως (γνωστός και ως [[κύκλος Calvin]]), καθώς αυτές Οι αντιδράσεις απαιτούν {{CO2}} να περάσουν από την ανταλλαγή αερίου μέσω αυτών των ανοιγμάτων. Η εξάτμιση μέσω της άνω πλευράς ενός φύλλου εμποδίζεται από ένα στρώμα [[κερί]].
[[Crassulacean acid metabolism]] (CAM) plants keep their [[stoma]]ta closed during the day, which conserves water but prevents the light-independent reactions (a.k.a. the [[Calvin Cycle]]) from taking place, since these reactions require {{CO2}} to pass by gas exchange through these openings. Evaporation through the upper side of a leaf is prevented by a layer of [[wax]].
κκκ
 
== Γενετική μηχανική ==
κκκ
Δεδομένου ότι το RuBisCO είναι συχνά περιοριστικό για τη φωτοσύνθεση στα φυτά, μπορεί να είναι δυνατή η βελτίωση της [[φωτοσυνθετικής απόδοσης]] τροποποιώντας τα γονίδια RuBisCO στα φυτά για να αυξηθεί η καταλυτική δραστηριότητα και/ή να μειωθούν τα ποσοστά οξυγόνωσης.
Since RuBisCO is often rate-limiting for photosynthesis in plants, it may be possible to improve [[photosynthetic efficiency]] by modifying RuBisCO genes in plants to increase catalytic activity and/or decrease oxygenation rates.<ref>{{cite journal | vauthors = Spreitzer RJ, Salvucci ME | title = Rubisco: structure, regulatory interactions, and possibilities for a better enzyme | journal = Annual Review of Plant Biology | volume = 53 | pages = 449–75 | year = 2002 | pmid = 12221984 | doi = 10.1146/annurev.arplant.53.100301.135233 | s2cid = 9387705 | url = https://semanticscholar.org/paper/437c9700bdb4b82bee7c40f78b7619a1bda377d1 }}</ref><ref name="John_Timmer_2017">{{cite web|url=https://arstechnica.com/science/2017/12/key-plant-proteins-that-grab-co%e2%82%82-finally-made-in-bacteria/| vauthors = Timmer J |title=We may now be able to engineer the most important lousy enzyme on the planet|date=7 December 2017|work=Ars Technica|access-date=5 January 2019|name-list-style=vanc}}</ref><ref name="John_Timmer_2019">{{cite web|url=https://arstechnica.com/science/2019/01/re-engineering-photosynthesis-gives-plants-a-40-growth-boost/| vauthors = Timmer J |title=Fixing photosynthesis by engineering it to recycle a toxic mistake|date=3 January 2019|work=Ars Technica|access-date=5 January 2019|name-list-style=vanc}}</ref><ref name="SouthCavanagh2019">{{cite journal | vauthors = South PF, Cavanagh AP, Liu HW, Ort DR | title = Synthetic glycolate metabolism pathways stimulate crop growth and productivity in the field | journal = Science | volume = 363 | issue = 6422 | pages = eaat9077 | date = January 2019 | pmid = 30606819 | doi = 10.1126/science.aat9077 | pmc = 7745124 | doi-access = free }}</ref> Αυτό θα μπορούσε να βελτιώσει την [[βιοανάκριση]] του {{CO2}} και να είναι ταυτόχρονα μια σημαντική [[κλιματική αλλαγή]] στρατηγική και μια στρατηγική για την αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών.
This could improve [[biosequestration]] of {{CO2}} and be both an important [[climate change]] strategy and a strategy to increase crop yields.<ref name=":0">{{Cite journal | vauthors = Furbank RT, Quick WP, Sirault XR |title=Improving photosynthesis and yield potential in cereal crops by targeted genetic manipulation: Prospects, progress and challenges|journal=Field Crops Research|volume=182|pages=19–29|doi=10.1016/j.fcr.2015.04.009|year=2015|doi-access=free}}</ref> Οι προσεγγίσεις που διερευνώνται περιλαμβάνουν τη μεταφορά γονιδίων RuBisCO από έναν οργανισμό σε άλλο οργανισμό, την κατασκευή της Rubisco activase από θερμόφιλα κυανοβακτήρια σε φυτά ευαίσθητα στη θερμοκρασία, αυξάνοντας το επίπεδο έκφρασης των υπομονάδων RuBisCO, εκφράζοντας τις μικρές αλυσίδες RuBisCO από το [[πλαστόμα | χλωροπλαστικό DNA]] και μεταβάλλοντας τα γονίδια RuBisCO για να αυξήσουμε την εξειδίκευση για το διοξείδιο του άνθρακα ή με άλλο τρόπο να αυξήσουμε τον ρυθμό στερέωσης του άνθρακα.
Approaches under investigation include transferring RuBisCO genes from one organism into another organism, engineering Rubisco activase from thermophilic cyanobacteria into temperature sensitive plants, increasing the level of expression of RuBisCO subunits, expressing RuBisCO small chains from the [[plastome|chloroplast DNA]], and altering RuBisCO genes to increase specificity for carbon dioxide or otherwise increase the rate of carbon fixation.<ref>{{cite journal | vauthors = Parry MA, Andralojc PJ, Mitchell RA, Madgwick PJ, Keys AJ | title = Manipulation of Rubisco: the amount, activity, function and regulation | journal = Journal of Experimental Botany | volume = 54 | issue = 386 | pages = 1321–33 | date = May 2003 | pmid = 12709478 | doi = 10.1093/jxb/erg141 | doi-access = free }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Ogbaga CC, Stepien P, Athar HU, Ashraf M | title = Engineering Rubisco activase from thermophilic cyanobacteria into high-temperature sensitive plants | journal = Critical Reviews in Biotechnology | volume = 38 | issue = 4 | pages = 559–572 | date = June 2018 | pmid = 28937283 | doi = 10.1080/07388551.2017.1378998 | s2cid = 4191791 }}</ref>
κκκ
=== Mutagenesis in plants ===
Γενικά, [[μεταλλαξογένεση που κατευθύνεται στον ιστότοπο]] του RuBisCO ήταν ως επί το πλείστον ανεπιτυχές,
In general, [[site-directed mutagenesis]] of RuBisCO has been mostly unsuccessful,<ref name=":0" /> αν και έχουν επιτευχθεί μεταλλαγμένες μορφές της πρωτεΐνης σε φυτά καπνού με είδη υπομονάδας C <sub> 4 </sub>,
though mutated forms of the protein have been achieved in tobacco plants with subunit C<sub>4</sub> species,<ref>{{cite journal | vauthors = Whitney SM, Sharwood RE, Orr D, White SJ, Alonso H, Galmés J | title = Isoleucine 309 acts as a C4 catalytic switch that increases ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (rubisco) carboxylation rate in Flaveria | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 108 | issue = 35 | pages = 14688–93 | date = August 2011 | pmid = 21849620 | pmc = 3167554 | doi = 10.1073/pnas.1109503108 | bibcode = 2011PNAS..10814688W }}</ref> και ένα RuBisCO με περισσότερα C <sub> 4 </sub> κινητικά χαρακτηριστικά έχουν επιτευχθεί στο ρύζι μέσω πυρηνικού μετασχηματισμού.
and a RuBisCO with more C<sub>4</sub>-like kinetic characteristics have been attained in rice via nuclear transformation.<ref>{{cite journal | vauthors = Ishikawa C, Hatanaka T, Misoo S, Miyake C, Fukayama H | title = Functional incorporation of sorghum small subunit increases the catalytic turnover rate of Rubisco in transgenic rice | journal = Plant Physiology | volume = 156 | issue = 3 | pages = 1603–11 | date = July 2011 | pmid = 21562335 | pmc = 3135941 | doi = 10.1104/pp.111.177030 }}</ref> Ισχυρή και αξιόπιστη μηχανική για απόδοση RuBisCO και άλλων ενζύμων στον κύκλο C <sub> 3 </sub> αποδείχθηκε ότι είναι δυνατή,
Robust and reliable engineering for yield of RuBisCO and other enzymes in the C<sub>3</sub> cycle was shown to be possible,<ref>{{Cite journal| vauthors = Stracquadanio G, Umeton R, Papini A, Lio P, Nicosia G |date=2010|title=Analysis and Optimization of C3 Photosynthetic Carbon Metabolism|url=https://ieeexplore.ieee.org/document/5521713|journal=2010 IEEE International Conference on BioInformatics and BioEngineering|location=Philadelphia, PA, USA|publisher=IEEE|pages=44–51|doi=10.1109/BIBE.2010.17|isbn=978-1-4244-7494-3|s2cid=5568464}}</ref> και επιτεύχθηκε για πρώτη φορά το 2019 μέσω μιας προσέγγισης συνθετικής βιολογίας.
and it was first achieved in 2019 through a synthetic biology approach.<ref>{{cite journal | vauthors = South PF, Cavanagh AP, Liu HW, Ort DR | title = Synthetic glycolate metabolism pathways stimulate crop growth and productivity in the field | journal = Science | volume = 363 | issue = 6422 | pages = eaat9077 | date = January 2019 | pmid = 30606819 | pmc = 7745124 | doi = 10.1126/science.aat9077 }}</ref>
κκκ
Ένας τρόπος είναι να εισαχθούν παραλλαγές RuBisCO με φυσιολογικά υψηλές τιμές εξειδίκευσης, όπως αυτές από το [[κόκκινο άλγος]] '' 'Galdieria partita' 'στα φυτά. Αυτό μπορεί να βελτιώσει τη φωτοσυνθετική απόδοση των φυτών, αν και οι πιθανές αρνητικές επιπτώσεις δεν έχουν ακόμη μελετηθεί.
One avenue is to introduce RuBisCO variants with naturally high specificity values such as the ones from the [[red alga]] ''Galdieria partita'' into plants. This may improve the photosynthetic efficiency of crop plants, although possible negative impacts have yet to be studied.<ref>{{cite journal | vauthors = Whitney SM, Andrews TJ | title = Plastome-encoded bacterial ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RubisCO) supports photosynthesis and growth in tobacco | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 98 | issue = 25 | pages = 14738–43 | date = December 2001 | pmid = 11724961 | pmc = 64751 | doi = 10.1073/pnas.261417298 | bibcode = 2001PNAS...9814738W }}</ref> Οι εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα περιλαμβάνουν την αντικατάσταση του ενζύμου καπνού με εκείνο του πορφυρού φωτοσυνθετικού βακτηρίου '' [[[Rhodospirillum rubrum]] ''.
Advances in this area include the replacement of the tobacco enzyme with that of the purple photosynthetic bacterium ''[[Rhodospirillum rubrum]]''.<ref>{{cite journal | vauthors = John Andrews T, Whitney SM | title = Manipulating ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase in the chloroplasts of higher plants | journal = Archives of Biochemistry and Biophysics | volume = 414 | issue = 2 | pages = 159–69 | date = June 2003 | pmid = 12781767 | doi = 10.1016/S0003-9861(03)00100-0 }}</ref>
Το 2014, δημιουργήθηκαν δύο γραμμές μεταπλαστωτικού καπνού με λειτουργικό RuBisCO από το [[cyanobacterium]] '' [[Synechococcus]] elongatus '' PCC7942 (Se7942) αντικαθιστώντας το RuBisCO με τα μεγάλα και μικρά γονίδια υπομονάδας του ενζύμου Se7942, σε συνδυασμός είτε με το αντίστοιχο chaperone συγκρότησης Se7942, RbcX, είτε με εσωτερική καρβοξυσωματική πρωτεΐνη, CcmM35. Και οι δύο μεταλλάξεις είχαν αυξημένα ποσοστά σταθεροποίησης {{CO2}} όταν μετρήθηκαν ως μόρια άνθρακα ανά RuBisCO. Ωστόσο, τα μεταλλαγμένα φυτά αναπτύχθηκαν πιο αργά από ό, τι άγριου τύπου.
In 2014, two transplastomic tobacco lines with functional RuBisCO from the [[cyanobacterium]] ''[[Synechococcus]] elongatus'' PCC7942 (Se7942) were created by replacing the RuBisCO with the large and small subunit genes of the Se7942 enzyme, in combination with either the corresponding Se7942 assembly chaperone, RbcX, or an internal carboxysomal protein, CcmM35. Both mutants had increased {{CO2}} fixation rates when measured as carbon molecules per RuBisCO. However, the mutant plants grew more slowly than wild-type.<ref>{{cite journal | vauthors = Lin MT, Occhialini A, Andralojc PJ, Parry MA, Hanson MR | title = A faster Rubisco with potential to increase photosynthesis in crops | journal = Nature | volume = 513 | issue = 7519 | pages = 547–50 | date = September 2014 | pmid = 25231869 | pmc = 4176977 | doi = 10.1038/nature13776 | bibcode = 2014Natur.513..547L }}</ref>
κκκ
Μια πρόσφατη θεωρία διερευνά την αντιστάθμιση μεταξύ της σχετικής ιδιαιτερότητας (δηλαδή, την ικανότητα να ευνοείται η {{CO2}} σταθεροποίηση έναντι της {{Chem | O | 2}} ενσωμάτωσης, η οποία οδηγεί στην ενεργειακά σπατάλη της διαδικασίας [[φωτοαναπνοής]] ) και ο ρυθμός με τον οποίο σχηματίζεται το προϊόν. Οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το RuBisCO μπορεί πράγματι να έχει εξελιχθεί για να φτάσει σε ένα σημείο «σχεδόν τελειότητας» σε πολλά φυτά (με ευρέως ποικίλες διαθεσιμότητες υποστρώματος και περιβαλλοντικές συνθήκες), επιτυγχάνοντας συμβιβασμό μεταξύ της ειδικότητας και του ρυθμού αντίδρασης.
A recent theory explores the trade-off between the relative specificity (i.e., ability to favour {{CO2}} fixation over {{Chem|O|2}} incorporation, which leads to the energy-wasteful process of [[photorespiration]]) and the rate at which product is formed. The authors conclude that RuBisCO may actually have evolved to reach a point of 'near-perfection' in many plants (with widely varying substrate availabilities and environmental conditions), reaching a compromise between specificity and reaction rate.<ref name=Tcherkez06>{{cite journal | vauthors = Tcherkez GG, Farquhar GD, Andrews TJ | title = Despite slow catalysis and confused substrate specificity, all ribulose bisphosphate carboxylases may be nearly perfectly optimized | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 103 | issue = 19 | pages = 7246–51 | date = May 2006 | pmid = 16641091 | pmc = 1464328 | doi = 10.1073/pnas.0600605103 | bibcode = 2006PNAS..103.7246T }}</ref> Έχει επίσης προταθεί ότι η αντίδραση οξυγονάσης του RuBisCO εμποδίζει την εξάντληση του CO <sub> 2 </sub> κοντά στις ενεργές θέσεις του και παρέχει τη διατήρηση της οξειδοαναγωγικής κατάστασης των χλωροπλαστών.
It has been also suggested that the oxygenase reaction of RuBisCO prevents CO<sub>2</sub> depletion near its active sites and provides the maintenance of the chloroplast redox state.<ref>{{cite journal | vauthors = Igamberdiev AU | title = Control of Rubisco function via homeostatic equilibration of CO2 supply | journal = Frontiers in Plant Science | volume = 6 | pages = 106 | date = 2015 | pmid = 25767475 | pmc = 4341507 | doi = 10.3389/fpls.2015.00106 | doi-access = free }}</ref>
κκκ
Δεδομένου ότι η φωτοσύνθεση είναι ο πιο αποτελεσματικός φυσικός ρυθμιστής του [[διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης]],
Since photosynthesis is the single most effective natural regulator of [[carbon dioxide in the Earth's atmosphere]],<ref>{{cite journal | vauthors = Igamberdiev AU, Lea PJ | title = Land plants equilibrate O2 and CO2 concentrations in the atmosphere | journal = Photosynthesis Research | volume = 87 | issue = 2 | pages = 177–94 | date = February 2006 | pmid = 16432665 | doi = 10.1007/s11120-005-8388-2 | s2cid = 10709679 }}</ref> ένα βιοχημικό μοντέλο αντίδρασης RuBisCO χρησιμοποιείται ως βασική μονάδα μοντέλων κλιματικής αλλαγής. Έτσι, ένα σωστό μοντέλο αυτής της αντίδρασης είναι απαραίτητο για τη βασική κατανόηση των σχέσεων και των αλληλεπιδράσεων των περιβαλλοντικών μοντέλων.
a biochemical model of RuBisCO reaction is used as the core module of climate change models. Thus, a correct model of this reaction is essential to the basic understanding of the relations and interactions of environmental models.
κκκ
 
=== Έκφραση σε βακτηριακούς ξενιστές ===
Υπάρχουν επί του παρόντος πολύ λίγες αποτελεσματικές μέθοδοι για την έκφραση του λειτουργικού φυτού Rubisco σε βακτηριακούς ξενιστές για μελέτες γενετικής χειραγώγησης. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην απαίτηση του Rubisco για πολύπλοκα κυτταρικά μηχανήματα για τη βιογένεση και τη μεταβολική του συντήρηση, συμπεριλαμβανομένων των πυρηνικών κωδικοποιημένων υπομονάδων RbcS, οι οποίες εισάγονται συνήθως σε [[χλωροπλάστες]] ως ξεδιπλωμένες πρωτεΐνες.
There currently are very few effective methods for expressing functional plant Rubisco in bacterial hosts for genetic manipulation studies. This is largely due to Rubisco's requirement of complex cellular machinery for its biogenesis and metabolic maintenance including the nuclear-encoded RbcS subunits, which are typically imported into [[chloroplast]]s as unfolded proteins.<ref>{{cite journal | vauthors = Bracher A, Whitney SM, Hartl FU, Hayer-Hartl M | title = Biogenesis and Metabolic Maintenance of Rubisco | journal = Annual Review of Plant Biology | volume = 68 | pages = 29–60 | date = April 2017 | pmid = 28125284 | doi = 10.1146/annurev-arplant-043015-111633 }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Sjuts I, Soll J, Bölter B | title = Import of Soluble Proteins into Chloroplasts and Potential Regulatory Mechanisms | language = English | journal = Frontiers in Plant Science | volume = 8 | pages = 168 | date = 2017 | pmid = 28228773 | pmc = 5296341 | doi = 10.3389/fpls.2017.00168 | doi-access = free }}</ref> Επιπλέον, η επαρκής έκφραση και αλληλεπίδραση με τη Rubisco activase αποτελούν επίσης μεγάλες προκλήσεις.
Furthermore, sufficient expression and interaction with Rubisco activase are major challenges as well.<ref>{{Cite journal| vauthors = Parry MA |date=2003-05-01|title=Manipulation of Rubisco: the amount, activity, function and regulation|journal=Journal of Experimental Botany|language=en|volume=54|issue=386|pages=1321–1333|doi=10.1093/jxb/erg141|pmid=12709478|issn=0022-0957|doi-access=free}}</ref> Μια επιτυχημένη μέθοδος έκφρασης του Rubisco στο [[Escherichia coli | E. coli]] περιλαμβάνει τη συν-έκφραση πολλαπλών χλωροπλαστικών καπερόνων, αν και αυτό έχει αποδειχθεί μόνο για το '' [[Arabidopsis thaliana]] '' Rubisco.
One successful method for expression of Rubisco in [[Escherichia coli|E. coli]] involves the co-expression of multiple chloroplast chaperones, though this has only been shown for ''[[Arabidopsis thaliana]]'' Rubisco.<ref>{{cite journal | vauthors = Aigner H, Wilson RH, Bracher A, Calisse L, Bhat JY, Hartl FU, Hayer-Hartl M | title = E. coli with five chloroplast chaperones including BSD2 | journal = Science | volume = 358 | issue = 6368 | pages = 1272–1278 | date = December 2017 | pmid = 29217567 | doi = 10.1126/science.aap9221 | bibcode = 2017Sci...358.1272A | url = https://www.dora.lib4ri.ch/psi/islandora/object/psi%3A3608/datastream/PDF/view | doi-access = free }}</ref>
κκκ
 
== Εξάντληση σε πρωτεομικές μελέτες Depletion in proteomic studies ==
Λόγω της μεγάλης αφθονίας του στα φυτά (γενικά το 40% της συνολικής περιεκτικότητας σε πρωτεΐνες), το RuBisCO συχνά εμποδίζει την ανάλυση σημαντικών πρωτεϊνών σηματοδότησης όπως [[παράγοντας μεταγραφής]] s, [[κινάσης]] και ρυθμιστικών πρωτεϊνών που βρίσκονται σε χαμηλότερη αφθονία (10-100 μόρια ανά κύτταρο) εντός των φυτών.
Due to its high abundance in plants (generally 40% of the total protein content), RuBisCO often impedes analysis of important signaling proteins such as [[transcription factor]]s, [[kinase]]s, and regulatory proteins found in lower abundance (10-100 molecules per cell) within plants.<ref name=":1">{{Cite book|title=Proteomic applications in biology| vauthors = Heazlewood J |publisher=InTech Manhattan|year=2012|isbn=978-953-307-613-3|location=New York}}</ref> Για παράδειγμα, η χρήση [[φασματομετρία μάζας]] σε μείγματα φυτικών πρωτεϊνών θα είχε ως αποτέλεσμα πολλαπλές έντονες κορυφές υπομονάδας RuBisCO που παρεμβαίνουν και αποκρύπτουν εκείνες άλλων πρωτεϊνών.
For example, using [[mass spectrometry]] on plant protein mixtures would result in multiple intense RuBisCO subunit peaks that interfere and hide those of other proteins.
κκκ
Πρόσφατα, μία αποτελεσματική μέθοδος για την καθίζηση του RuBisCO περιλαμβάνει τη χρήση διαλύματος [θειικής πρωτεμίνης].
Recently, one efficient method for precipitating out RuBisCO involves the usage of [[protamine sulfate]] solution.<ref>{{cite book | vauthors = Gupta R, Kim ST | title = Proteomic Profiling | chapter = Depletion of RuBisCO protein using the protamine sulfate precipitation method | series = Methods in Molecular Biology | volume = 1295 | pages = 225–33 | date = 2015 | pmid = 25820725 | doi = 10.1007/978-1-4939-2550-6_17 | publisher = Humana Press | location = New York, NY | isbn = 978-1-4939-2549-0 }}</ref> Άλλες υπάρχουσες μέθοδοι εξάντλησης του RuBisCO και μελέτης πρωτεϊνών χαμηλότερης αφθονίας περιλαμβάνουν τεχνικές [[κλασματοποίησης]] με ασβέστιο και φυτικό άλας,
Other existing methods for depleting RuBisCO and studying lower abundance proteins include [[fractionation]] techniques with calcium and phytate,<ref>{{cite journal | vauthors = Krishnan HB, Natarajan SS | title = A rapid method for depletion of Rubisco from soybean (Glycine max) leaf for proteomic analysis of lower abundance proteins | journal = Phytochemistry | volume = 70 | issue = 17–18 | pages = 1958–64 | date = December 2009 | pmid = 19766275 | doi = 10.1016/j.phytochem.2009.08.020 }}</ref> [[ηλεκτροφόρηση γέλης]] με πολυαιθυλενογλυκόλη,
[[gel electrophoresis]] with polyethylene glycol,<ref>{{cite journal | vauthors = Kim ST, Cho KS, Jang YS, Kang KY | title = Two-dimensional electrophoretic analysis of rice proteins by polyethylene glycol fractionation for protein arrays | journal = Electrophoresis | volume = 22 | issue = 10 | pages = 2103–9 | date = June 2001 | pmid = 11465512 | doi = 10.1002/1522-2683(200106)22:10<2103::aid-elps2103>3.0.co;2-w }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Xi J, Wang X, Li S, Zhou X, Yue L, Fan J, Hao D | title = Polyethylene glycol fractionation improved detection of low-abundant proteins by two-dimensional electrophoresis analysis of plant proteome | journal = Phytochemistry | volume = 67 | issue = 21 | pages = 2341–8 | date = November 2006 | pmid = 16973185 | doi = 10.1016/j.phytochem.2006.08.005 }}</ref> [[affinity chromatography]],<ref>{{cite journal | vauthors = Cellar NA, Kuppannan K, Langhorst ML, Ni W, Xu P, Young SA | title = Cross species applicability of abundant protein depletion columns for ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase | journal = Journal of Chromatography B | volume = 861 | issue = 1 | pages = 29–39 | date = January 2008 | pmid = 18063427 | doi = 10.1016/j.jchromb.2007.11.024 }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Agrawal GK, Jwa NS, Rakwal R | title = Rice proteomics: ending phase I and the beginning of phase II | journal = Proteomics | volume = 9 | issue = 4 | pages = 935–63 | date = February 2009 | pmid = 19212951 | doi = 10.1002/pmic.200800594 | s2cid = 2455432 }}</ref> και συσσωμάτωση χρησιμοποιώντας [[Dithiothreitol | DTT]],
and aggregation using [[Dithiothreitol|DTT]],<ref>{{Cite journal | vauthors = Cho JH, Hwang H, Cho MH, Kwon YK, Jeon JS, Bhoo SH, Hahn TR |date= July 2008 |title= The effect of DTT in protein preparations for proteomic analysis: Removal of a highly abundant plant enzyme, ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase|journal=Journal of Plant Biology|language=en|volume=51|issue=4|pages=297–301|doi=10.1007/BF03036130|s2cid= 23636617 |issn=1226-9239}}</ref>
αν και αυτές οι μέθοδοι είναι πιο χρονοβόρες και λιγότερο αποτελεσματικές σε σύγκριση με την καθίζηση θειικής πρωτεμίνης.
though these methods are more time-consuming and less efficient when compared to protamine sulfate precipitation.<ref name=":1" />
κκκ
 
== Φυλογενετικές μελέτες ==
Το γονίδιο χλωροπλάστη "rbc''L, το οποίο κωδικοποιεί τη μεγάλη υπομονάδα του RuBisCO έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως ως κατάλληλο [[τόπος (γενετική] | τόπος]] για ανάλυση [[φυλογενετικής]] στην [[ταξινόμηση φυτών]] Ε
The chloroplast gene ''rbc''L, which codes for the large subunit of RuBisCO has been widely used as an appropriate [[locus (genetics)|locus]] for analysis of [[phylogenetics]] in [[plant taxonomy]].{{sfn|Chase et al|1993}}
κκκ
=== Εξέλιξη του RuBisCO ===
Με την εξέλιξη του μονοπατιού στερέωσης C <sub> 4 </sub> σε ορισμένα είδη φυτών, το C <sub> 3 </sub> RuBisCO εξελίχθηκε για να έχει ταχύτερο κύκλο εργασιών {{CO2}} με αντάλλαγμα χαμηλότερη εξειδίκευση ως αποτέλεσμα του μεγαλύτερου εντοπισμού {{CO2}} από το [[κύτταρο μεσοφύλλης]] s στα [[κύτταρα θήκης δέσμης]].
With the evolution of the C<sub>4</sub>-fixation pathway in certain species of plants, C<sub>3</sub> RuBisCO evolved to have faster turnover of {{CO2}} in exchange for lower specificity as a result of the greater localization of {{CO2}} from the [[mesophyll cell]]s into the [[bundle sheath cells]].<ref>{{cite journal | vauthors = Sage RF, Sage TL, Kocacinar F | title = Photorespiration and the evolution of C4 photosynthesis | journal = Annual Review of Plant Biology | volume = 63 | pages = 19–47 | date = 2012 | pmid = 22404472 | doi = 10.1146/annurev-arplant-042811-105511 | s2cid = 24199852 | url = https://semanticscholar.org/paper/6bcf761b5c2d9d09d21ea03722215c4be077e734 }}</ref> Αυτό επιτεύχθηκε μέσω της ενίσχυσης της διαμορφωτικής ευελιξίας της μετάβασης «ανοικτού-κλειστού» στον [[Κύκλο Calvin]]. Εργαστηριακές φυλογενετικές μελέτες έχουν δείξει ότι αυτή η εξέλιξη περιορίστηκε από την αντιστάθμιση μεταξύ σταθερότητας και δραστηριότητας που προκλήθηκε από τη σειρά απαραίτητων [[μετάλλαξης]] για το C <sub> 4 </sub> RuBisCO.
This was achieved through enhancement of conformational flexibility of the “open-closed” transition in the [[Calvin Cycle]]. Laboratory-based phylogenetic studies have shown that this evolution was constrained by the trade-off between stability and activity brought about by the series of necessary [[mutation]]s for C<sub>4</sub> RuBisCO.<ref name=":3">{{cite journal | vauthors = Studer RA, Christin PA, Williams MA, Orengo CA | title = Stability-activity tradeoffs constrain the adaptive evolution of RubisCO | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 111 | issue = 6 | pages = 2223–8 | date = February 2014 | pmid = 24469821 | pmc = 3926066 | doi = 10.1073/pnas.1310811111 | bibcode = 2014PNAS..111.2223S }}</ref> Επιπλέον, για να διατηρηθούν οι αποσταθεροποιητικές μεταλλάξεις, προηγήθηκε η εξέλιξη στο C <sub> 4 </sub> RuBisCO από μια περίοδο κατά την οποία οι μεταλλάξεις έδωσαν στο ένζυμο αυξημένη σταθερότητα, δημιουργώντας ένα ρυθμιστικό για τη διατήρηση και διατήρηση των μεταλλάξεων που απαιτούνται για C < sub> 4 </sub> RuBisCO. Για να βοηθήσει με αυτή τη ρυθμιστική διαδικασία, το νεοεξελιγμένο ένζυμο βρέθηκε να έχει αναπτύξει περαιτέρω μια σειρά σταθεροποιητικών μεταλλάξεων. Ενώ το RuBisCO συσσωρεύει πάντα νέες μεταλλάξεις, οι περισσότερες από αυτές τις μεταλλάξεις που έχουν επιβιώσει δεν είχαν σημαντικές επιπτώσεις στη σταθερότητα της πρωτεΐνης. Οι αποσταθεροποιητικές μεταλλάξεις C <sub> 4 </sub> στο RuBisCO υποστηρίχθηκαν από περιβαλλοντικές πιέσεις όπως χαμηλές συγκεντρώσεις {{CO2}}, απαιτώντας θυσία σταθερότητας για νέες προσαρμοστικές λειτουργίες.
Moreover, in order to sustain the destabilizing mutations, the evolution to C<sub>4</sub> RuBisCO was preceded by a period in which mutations granted the enzyme increased stability, establishing a buffer to sustain and maintain the mutations required for C<sub>4</sub> RuBisCO. To assist with this buffering process, the newly-evolved enzyme was found to have further developed a series of stabilizing mutations. While RuBisCO has always been accumulating new mutations, most of these mutations that have survived have not had significant effects on protein stability. The destabilizing C<sub>4</sub> mutations on RuBisCO has been sustained by environmental pressures such as low {{CO2}} concentrations, requiring a sacrifice of stability for new adaptive functions.<ref name=":3" />
κκκ
 
==Ιστορικό του όρου==
Ο όρος "RuBisCO" επινοήθηκε χιουμοριστικά το 1979, από τον [[David Eisenberg]] σε ένα σεμινάριο που τιμούσε τη συνταξιοδότηση του πρώιμου, εξέχοντος ερευνητή του RuBisCO, [[Sam Wildman]], και υπαινίχθηκε επίσης την εμπορική ονομασία σνακ »[[ [Nabisco]] "σε σχέση με τις προσπάθειες του Wildman να δημιουργήσει ένα βρώσιμο συμπλήρωμα πρωτεΐνης από φύλλα καπνού.
The term "RuBisCO" was coined humorously in 1979, by [[David Eisenberg]] at a seminar honouring the retirement of the early, prominent RuBisCO researcher, [[Sam Wildman]], and also alluded to the snack food trade name "[[Nabisco]]" in reference to Wildman's attempts to create an edible protein supplement from tobacco leaves.<ref>{{cite journal | vauthors = Wildman SG | title = Along the trail from Fraction I protein to Rubisco (ribulose bisphosphate carboxylase-oxygenase) | journal = Photosynthesis Research | volume = 73 | issue = 1–3 | pages = 243–50 | year = 2002 | pmid = 16245127 | doi = 10.1023/A:1020467601966 | s2cid = 7622999 }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Portis AR, Parry MA | title = Discoveries in Rubisco (Ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase): a historical perspective | journal = Photosynthesis Research | volume = 94 | issue = 1 | pages = 121–43 | date = October 2007 | pmid = 17665149 | doi = 10.1007/s11120-007-9225-6 | s2cid = 39767233 }}</ref>
κκκ
Η κεφαλαιοποίηση του ονόματος έχει συζητηθεί εδώ και πολύ καιρό. Μπορεί να κεφαλαιοποιηθεί για κάθε γράμμα με το πλήρες όνομα ('' 'R' '' ib '' 'u' '' lose-1,5 '' 'bis' '' phosphate '' 'c' '' arboxylase/' '' o '' 'ξυγενάση), αλλά έχει επίσης υποστηριχθεί ότι πρέπει να είναι όλα με πεζά γράμματα (rubisco), παρόμοια με άλλους όρους όπως το scuba ή το laser.
The capitalization of the name has been long debated. It can be capitalized for each letter of the full name ('''R'''ib'''u'''lose-1,5 '''bis'''phosphate '''c'''arboxylase/'''o'''xygenase), but it has also been argued that is should all be in lower case (rubisco), similar to other terms like scuba or laser.<ref name="sharkey2018">{{cite journal | vauthors = Sharkey TD | title = Discovery of the canonical Calvin-Benson cycle | journal = Photosynthesis Research | volume = 140 | issue = 2 | pages = 235–252 | date = May 2019 | pmid = 30374727 | doi = 10.1007/s11120-018-0600-2 | osti = 1607740 | s2cid = 53092349 | author-link = Thomas D. Sharkey }}</ref>
κκκ
 
== Παραπομπές ==
{{Reflist|32em}}
==Βιβλιογραφία==
{{refbegin}}
* {{cite journal | vauthors = Chase MW, Soltis DE, Olmstead RG, Morgan D, Les DH, Mishler BD, etal |title=Phylogenetics of Seed Plants: An Analysis of Nucleotide Sequences from the Plastid Gene ''rbc''L|journal=[[Annals of the Missouri Botanical Garden]]|date=1993|volume=80|issue=3|pages=528–580|doi=10.2307/2399846|ref={{harvid|Chase et al|1993}}|jstor=2399846|url=https://spectrum.library.concordia.ca/6741/1/Dayanandan_AnnalsMissouriBotanicalGardens_1993.pdf|hdl=1969.1/179875|hdl-access=free}}
* {{cite journal | vauthors = Sugawara H, Yamamoto H, Shibata N, Inoue T, Okada S, Miyake C, Yokota A, Kai Y | title = Crystal structure of carboxylase reaction-oriented ribulose 1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase from a thermophilic red alga, Galdieria partita | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 274 | issue = 22 | pages = 15655–61 | date = May 1999 | pmid = 10336462 | doi = 10.1074/jbc.274.22.15655 | doi-access = free }}
* {{cite journal | vauthors = Portis AR, Parry MA | title = Discoveries in Rubisco (Ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase): a historical perspective | journal = Photosynthesis Research | volume = 94 | issue = 1 | pages = 121–43 | date = October 2007 | pmid = 17665149 | doi = 10.1007/s11120-007-9225-6 | s2cid = 39767233 }}
* {{cite journal | vauthors = Ashida H, Danchin A, Yokota A | title = Was photosynthetic RuBisCO recruited by acquisitive evolution from RuBisCO-like proteins involved in sulfur metabolism? | journal = Research in Microbiology | volume = 156 | issue = 5–6 | pages = 611–8 | year = 2005 | pmid = 15950120 | doi = 10.1016/j.resmic.2005.01.014 }}
* {{cite journal | vauthors = Marcus Y, Altman-Gueta H, Finkler A, Gurevitz M | title = Mutagenesis at two distinct phosphate-binding sites unravels their differential roles in regulation of Rubisco activation and catalysis | journal = Journal of Bacteriology | volume = 187 | issue = 12 | pages = 4222–8 | date = June 2005 | pmid = 15937184 | pmc = 1151729 | doi = 10.1128/JB.187.12.4222-4228.2005 }}
{{refend}}
κκκ
== Εξωτερικοί σύνδσμοι ==
*[https://web.archive.org/web/20050316092319/http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/dark.htm See here for the mechanism of the RuBisCO-catalysed reaction]
*[https://dx.doi.org/10.2210/rcsb_pdb/mom_2000_11 Rubisco: RCSB PDB Molecule of the Month]
*[http://www.expasy.org/spotlight/back_issues/sptlt038.shtml The Plant Kingdom's sloth: ''Protein Spotlight'' article on the "slothful" enzyme Rubisco]
κκκ
{{Carbon-carbon lyases}}
{{Enzymes}}
κκκ
[[Κατηγορία:Φωτοσύνθεση]]