Enzimas alvo para melhorar a fotossíntese

Nos últimos anos, grandes esforços foram feitos para identificar as enzimas que limitam a fotossíntese. As enzimas que exercem um alto nível de controle sobre os fluxos podem ser usadas como alvos de engenharia para aumentar a fotossíntese.

No entanto, enquanto a superexpressão de algumas enzimas-alvo, como Sedoheptulose-1,7-bisfosfatase (SBPase), demonstraram aumentar a fotossíntese in vitro, tanto Acima de- e para-expressão da enzima alvo transcetolase diminuiu a taxa fotossintética.

A novo artigo de Honglong Zhao, Qiming Tang, Tiangen Chang, Yi Xiao e Xin-Guang Zhu, da Universidade da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Illinois, publicado em in silico Plants descobre a origem desses resultados inesperados.

“Queríamos examinar como os fluxos do ciclo de Calvin-Benson (CBC) foram afetados pela atividade enzimática e pela concentração intermediária no CBC e determinar por que a manipulação de algumas enzimas nesse ciclo não afeta a taxa fotossintética”, disse Zhao.

Os autores determinaram o impacto da variação positiva ou negativa da concentração da enzima no CO fotossintético líquido₂ taxas de absorção usando um modelo de sistemas dinâmicos do metabolismo do carbono fotossintético.

Eles descobriram que, para algumas enzimas, o CO fotossintético₂ a taxa de absorção aumentou com a atividade enzimática, depois se estabilizou. Para outras enzimas, o CO fotossintético₂ a taxa de captação primeiro aumentou com a atividade enzimática, depois diminuiu. Zhao explica, “ficamos surpresos ao descobrir que algumas enzimas geraram respostas bifásicas. Analisando a localização das enzimas bifásicas no CBC e a relação entre enzima e intermediários para cada etapa enzimática, conseguimos determinar que essas enzimas sempre catalisam reações em um subciclo consumindo um dos substratos compartilhados e o produto é usado como um substrato para uma reação do próximo subciclo”.

A capacidade de uma enzima bifásica deve ser mantida dentro de uma faixa estreita para obter um CO eficiente₂ fluxo de fixação. Quando a capacidade de uma enzima bifásica está em excesso, o substrato compartilhado é predominantemente usado em um subciclo e torna-se um limitante para reações em outro subciclo. Como resultado, o aumento da capacidade enzimática diminui, em vez de aumentar, o fluxo do CBC. Os autores concluem que, por esse motivo, essas enzimas não são alvos ideais para o melhoramento genético da fotossíntese.