Un nuovo studio rivela come alcuni batteri riescono a migliorare la fissazione del carbonio

I cianobatteri

I cianobatteri sono un antico gruppo di microbi fotosintetici che si trovano negli oceani e ma anche nella maggior parte delle acque interne. Sono stati tra i primi colonizzatori della terra e grazie alle loro attività metaboliche, hanno arricchito l'atmosfera della Terra primordiale di ossigeno. 

I cianobatteri hanno sviluppato un organello, denominato carboxysome, per convertire l'anidride carbonica ambientale in zucchero in modo efficiente. 

Un passo chiave di questa conversione è catalizzato da un enzima (che è una proteina specializzata) chiamato Rubisco. Tuttavia, il Rubisco è male 'progettato ' perché è inefficiente nel fissare la CO2 se c'è una elevata quantità di ossigeno attorno.  Il carboxysome del cianobatterio  sequestrano e concentrano gli enzimi Rubisco all'interno di compartimenti separati per garantire un ambiente a basso tenore di ossigeno per il Rubisco per migliorare la fissazione del carbonio. 

"È un mistero come le cellule cianobatteriche generino la complessa struttura del carbossisoma e come riescano ad imballare gli enzimi Rubisco negli organelli per avere funzioni biologiche", ha detto Luning Liu, un professore all'Università di Liverpool, l'autore senior dell'articolo pubblicato sulla rivista PNAS. Il suo gruppo di ricerca è interessato ad affrontare le questioni chiave di questo processo biologico.

La formazione del complesso di Rubisco coinvolge alcune proteine chiamate chaperon, tra cui una proteina chiamata Rubisco assembly factor 1 (Raf1). Per comprendere l'esatto ruolo di Raf1, il team ha utilizzato dei microscopi all'avanguardia, come la microscopia confocale a fluorescenza, la microscopia elettronica e la microscopia crio-elettronica, combinati con la biologia molecolare e le tecniche biochimiche, per studiare come Raf1 interagisce con le subunità di Rubisco per promuovere l'assemblaggio di Rubisco, e come la formazione del carbossisoma venga influenzata quando le cellule non producono Raf1. 

I ricercatori hanno dimostrato che Raf1 è vitale per la costruzione del complesso di Rubisco. Senza Raf1, i complessi di Rubisco sono assemblati in modo meno efficiente e non possono essere densamente imballati all'interno dei carbossisomi. Ciò potrebbe influenzare notevolmente la costruzione dei carbossisomi e quindi la crescita delle cellule cianobatteriche. 

Questa è la prima volta che i ricercatori sono riusciti a determinare la funzione di chaperon di assemblaggio del Rubisco nella biosintesi dei carbossisomi nelle cellule cianobatteriche. 

Attualmente, c'è un enorme interesse nel trasferire carbossisomi nelle piante coltivate per migliorare la resa delle colture e la produzione alimentare. 

Questo studio può fornire importanti informazioni necessarie per la produzione di “macchine” per la fissazione del carbonio intatte e funzionali. 

Fonte: https://phys.org/news/2020-06-reveal-molecular-basis-rubisco-chaperone.html