In den letzten Jahren wurden große Anstrengungen unternommen, um die Enzyme zu identifizieren, die die Photosynthese begrenzen. Enzyme, die ein hohes Maß an Kontrolle über Flüsse ausüben, können als technische Ziele zur Verbesserung der Photosynthese verwendet werden.

Doch während die Überexpression einiger Zielenzyme, wie z Sedoheptulose-1,7-bisphosphatase (SBPase), wurde gezeigt, dass beide die Photosynthese in vitro verstärken gegenüber- und für-Expression des Zielenzyms Transketolase verringerte die Photosyntheserate.

A neues Papier von Honglong Zhao, Qiming Tang, Tiangen Chang, Yi Xiao und Xin-Guang Zhu von der University of Chinese Academy of Sciences und der University of Illinois veröffentlicht in in silico Plants deckt den Ursprung dieser unerwarteten Ergebnisse auf.

„Wir wollten untersuchen, wie die Flüsse des Calvin-Benson-Zyklus (CBC) durch die Enzymaktivität und die Zwischenkonzentration im CBC beeinflusst werden, und herausfinden, warum die Manipulation einiger Enzyme in diesem Zyklus keine Auswirkung auf die Photosyntheserate hat“, sagte Zhao.

Die Autoren bestimmten den Einfluss einer positiven oder negativen Änderung der Enzymkonzentration auf das photosynthetische Netto-CO₂ Aufnahmeraten unter Verwendung eines dynamischen Systemmodells des photosynthetischen Kohlenstoffstoffwechsels.

Sie fanden heraus, dass für einige Enzyme photosynthetisches CO₂ Die Aufnahmerate stieg mit der Enzymaktivität an und erreichte dann ein Plateau. Bei anderen Enzymen wurde photosynthetisches CO₂ aufgenommen.₂ Die Aufnahmerate stieg mit der Enzymaktivität zunächst an und nahm dann ab. Zhao erklärt: „Wir waren überrascht, dass einige Enzyme zweiphasige Reaktionen hervorriefen. Durch die Analyse der Position zweiphasiger Enzyme im CBC und der Beziehung zwischen Enzym und Zwischenprodukten für jeden enzymatischen Schritt konnten wir feststellen, dass diese Enzyme immer Reaktionen in einem Unterzyklus katalysieren, wobei eines der gemeinsamen Substrate verbraucht und das Produkt als verwendet wird ein Substrat für eine Reaktion des nächsten Unterzyklus.“

Die Kapazität eines zweiphasigen Enzyms muss in einem engen Bereich gehalten werden, um ein effizientes CO zu gewinnen₂ Fixierflussmittel. Wenn die Kapazität eines zweiphasigen Enzyms im Überschuss ist, wird das gemeinsame Substrat überwiegend in einem Teilzyklus verwendet und wird zu einem limitierenden Faktor für Reaktionen in einem anderen Teilzyklus. Infolgedessen verringert die Erhöhung der enzymatischen Kapazität den CBC-Fluss eher, als dass er ihn erhöht. Die Autoren schlussfolgern, dass diese Enzyme aus diesem Grund keine idealen Ziele für eine genetische Verbesserung der Photosynthese sind.