Koliko ga sploh je?

Današnji Znanstveni britoff bomo tako kot že nekajkrat na znanstvenih valovih Radia Študent posvetili enemu izmed najprisotnejših proteinov na Zemlji - rubiscu. Izraelska znanstvenika z Weizmanovega inštituta v Rehovotu sta v svoji študiji predstavila novo oceno o globalni masi in učinkovitosti tega ključnega encima.

Naj za začetek spomnimo, da je rubisco eden izmed osrednjih členov Zemljine biosfere, saj s svojo katalitično funkcijo omogoča fiksacijo atmosferskega CO2 v organske molekule. Najdemo ga v fotosintetskih organizmih tako na kopnem kot tudi v vodi. Encim je v širši znanstveni skupnosti predvsem znan po svoji katalitični nesposobnosti. Rubisco je namreč precej počasen encim, problematična pa je tudi njegova specifičnost, saj često molekulo CO2 zamenja z molekulo kisika - O2, kar še dodatno ovira reakcijo fiksacije ogljika.

Raziskovalke in razikovalci so kmalu po odkritju opazili, da organizmi, ki vsebujejo rubisco, njegovo neučinkovitost lahko kompenzirajo s količino rubisca v celicah. V celicah fotosintetskih organizmov lahko tako najdemo velike količine rubisca. Ta seže tudi do nekaj procentov suhe mase. Odkritja so znanstvenice in znanstvenike kaj hitro napeljala na idejo, da je rubisco eden izmed najprisotnejših proteinov na Zemlji.

Znanstveniki in znanstvenice so na podlagi laboratorijskih meritev kinetičnih lastnosti encima in ocen naravnega prirasta Zemljine biomase ocenili, da globalna masa encima znaša okoli 0,04 giga tone. Izraelska raziskovalca sta v stare ocene podvomila in v novi študiji ubrala drugačen pristop. Globalno maso rubisca so ocenili preko ocene suhe mase listja na celotnem obličju Zemlje. Slednjo sta raziskovalca uspela ekstrahirati preko dveh različnih neodvisnih metod. Prva je temeljila na podatkih o porazdelitvi rastlinskih vrst v različnih biomih, ti predstavljajo najširše naravne skupnosti, ki jih določajo različna okolja in podnebja. Druga metoda za določitev globalne mase vseh listov pa je temeljila na določitvi površine vsega listja na Zemlji. Raziskovalca sta v novi študiji upoštevala tudi nezanemarljiv delež rubisca, ki se nahaja v vodnih organizmih, in tako dodatno izboljšala stare ocene.

Končna ocena, ki sta jo podala raziskovalca, znaša 0,7 giga tone, kar je za približno desetkrat več kot stara ocena. S pomočjo te ocene sta raziskovalca lahko izračunala, kako aktiven je dejansko povprečni rubisco, in ugotovila, da je učinkovitost še stokrat manjša od tiste, izmerjene v laboratoriju. Manjšo učinkovitost encima sta raziskovalca predpisala predvsem nižji povprečni temperaturi, pri kateri encim katalizira reakcijo, in noči, ko ta sploh ni aktiven. Kljub omenjenim prispevkom pa ostaja izjemno nizka globalna aktivnost rubisca še vedno nerazrešeno vprašanje.

Naj za konec povemo, da so sicer nekatere ocene, uporabljene v študiji, podvržene relativno velikim napakam, kar poudarjata tudi raziskovalca sama, a kljub temu študija predstavlja zanimiv, svež kvantitativno-biološki in sistemski pristop pri študiju bioloških sistemov, pa tudi njihovih mikroskopskih komponent.

Vir: Yinon M. Bar-On and Ron Milo. The global mass and average rate of rubisco. Proceedings of the National Academy of Sciences Mar 2019, 116 (10) 4738-4743; DOI: 10.1073/pnas.1816654116