La ribulosio-1,5-bisfosfato carbossilasi/ossigenasi, comunemente abbreviata in Rubisco, è un enzima presente in tutti i regni della vita e coinvolto principalmente nella fissazione del carbonio. È forse la proteina più abbondante sulla Terra, date le enormi quantità presenti nelle foglie delle piante.
La Rubisco catalizza sia la carbossilazione del ribulosio-1,5-bisfosfato (RuBP) con anidride carbonica (CO<sub>2</sub>), la reazione chiave nel Ciclo di Calvin, sia l'ossigenazione del RuBP con ossigeno (O<sub>2</sub>), un processo noto come fotorespirazione.
Funzioni Principali:
Struttura:
La Rubisco delle piante superiori e delle alghe verdi è composta da otto subunità grandi (LSU) e otto subunità piccole (SSU). Le LSU contengono il sito catalitico e sono codificate dal DNA del cloroplasto. Le SSU sono codificate dal DNA nucleare e importate nel cloroplasto. La struttura e la composizione possono variare in altri organismi, come alcuni batteri fotosintetici.
Evoluzione e Limitazioni:
Si pensa che la Rubisco sia un enzima molto antico, evolutosi in un'atmosfera primordiale ricca di CO<sub>2</sub> e povera di O<sub>2</sub>. Con l'aumento della concentrazione di O<sub>2</sub> nell'atmosfera a causa dell'attività fotosintetica, la capacità della Rubisco di discriminare tra CO<sub>2</sub> e O<sub>2</sub> è diventata una limitazione importante. L'enzima non è perfettamente specifico per CO<sub>2</sub> e può reagire anche con O<sub>2</sub>. Questa mancanza di specificità porta alla fotorespirazione, che riduce l'efficienza della fotosintesi, specialmente in climi caldi e secchi.
Miglioramento dell'Efficienza:
La ricerca si concentra sul miglioramento dell'efficienza della Rubisco, sia attraverso l'ingegneria genetica che tramite la scoperta di varianti enzimatiche più efficienti in altri organismi. L'obiettivo è quello di ridurre la fotorespirazione e aumentare la fissazione del carbonio, portando a una maggiore produttività delle colture. I meccanismi di concentrazione del CO2 (CCM) come quelli presenti nelle piante C4 e CAM sono evoluti per aggirare questo problema, fornendo una concentrazione più elevata di CO<sub>2</sub> attorno alla Rubisco e minimizzando la fotorespirazione.
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