प्रकाश संश्लेषण कैसे ऑक्सीजन के उदय के अनुकूल,अध्ययन से पता चला

अरब साल पुराने एंजाइमों को पुनर्जीवित करने से पता चलता है कि प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन के उदय के लिए कैसे अनुकूलित हुआ। वर्तमान जीवन पूरी तरह से पौधों और शैवाल जैसे प्रकाश संश्लेषक जीवों पर निर्भर करता है जो CO2 को पकड़ते और परिवर्तित करते हैं। इन प्रक्रियाओं के केंद्र में रुबिस्को नामक एक एंजाइम निहित है जो सालाना 400 बिलियन टन से अधिक CO2 को पकड़ता है। आज जीवित जीव इसकी बड़ी मात्रा में बनाते हैं: हमारे ग्रह पर रूबिस्को का द्रव्यमान सभी मनुष्यों से अधिक है। वैश्विक कार्बन चक्र में इस तरह की प्रमुख भूमिका निभाने के लिए, रूबिस्को को लगातार बदलती पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल होना पड़ा।

कम्प्यूटेशनल और सिंथेटिक दृष्टिकोणों के संयोजन का उपयोग करते हुए, सिंगापुर विश्वविद्यालय के सहयोग से जर्मनी के मारबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर टेरेस्ट्रियल माइक्रोबायोलॉजी की एक टीम ने अब लैब में अरबों साल पुराने एंजाइमों को सफलतापूर्वक पुनर्जीवित और अध्ययन किया है। इस प्रक्रिया में, जिसे वे "आणविक पालीटोलॉजी" के रूप में वर्णित करते हैं, शोधकर्ताओं ने पाया कि सक्रिय केंद्र में प्रत्यक्ष उत्परिवर्तन के बजाय, एक पूरी तरह से नए घटक ने बढ़ते ऑक्सीजन के स्तर को अनुकूलित करने के लिए प्रकाश संश्लेषण तैयार किया।

रूबिस्को प्राचीन है: यह लगभग चार अरब साल पहले पृथ्वी पर ऑक्सीजन की उपस्थिति से पहले मौलिक चयापचय में उभरा था। हालांकि, ऑक्सीजन-उत्पादक प्रकाश संश्लेषण के आविष्कार और वातावरण में ऑक्सीजन के बढ़ने के साथ, एंजाइम ने एक अवांछित प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करना शुरू कर दिया, जिसमें यह CO2 के लिए O2 की गलती करता है और मेटाबोलाइट्स का उत्पादन करता है जो कोशिका के लिए विषाक्त होते हैं। यह भ्रमित सब्सट्रेट स्कोप अभी भी रूबिस्कोस को आज तक डराता है और प्रकाश संश्लेषक दक्षता को सीमित करता है। भले ही रूबिस्कोस जो ऑक्सीजन युक्त वातावरण में विकसित हुए, समय के साथ CO2 के लिए अधिक विशिष्ट हो गए, उनमें से कोई भी ऑक्सीजन कैप्चरिंग प्रतिक्रिया से पूरी तरह से छुटकारा नहीं पा सका।

रूबिस्को में बढ़ी हुई CO2 विशिष्टता के आणविक निर्धारक काफी हद तक अज्ञात हैं। हालांकि, वे प्रकाश संश्लेषण में सुधार करने के उद्देश्य से शोधकर्ताओं के लिए बहुत रुचि रखते हैं। दिलचस्प बात यह है कि उन रूबिस्कोस ने जो सीओ 2 विशिष्टता को बढ़ाते हैं, उन्होंने अज्ञात फ़ंक्शन के एक उपन्यास प्रोटीन घटक की भर्ती की। इस घटक को सीओ 2 विशिष्टता बढ़ाने में शामिल होने का संदेह था, हालांकि, इसके उद्भव का सही कारण निर्धारित करना मुश्किल था क्योंकि यह पहले से ही अरबों साल पहले विकसित हुआ था।

अधिक विशिष्ट रूबिस्को के विकास में इस महत्वपूर्ण घटना को समझने के लिए, मारबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर टेरेस्ट्रियल माइक्रोबायोलॉजी और सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के सहयोगियों ने ऑक्सीजन के स्तर शुरू होने से पहले अरबों साल पहले मौजूद रूबिस्को के रूपों को फिर से बनाने के लिए एक सांख्यिकीय एल्गोरिदम का उपयोग किया। वृद्धि करने के लिए। मैक्स प्लैंक शोधकर्ता टोबीस एर्ब और जॉर्ज होचबर्ग के नेतृत्व में टीम ने इन प्राचीन प्रोटीनों को उनके गुणों का अध्ययन करने के लिए प्रयोगशाला में पुनर्जीवित किया। विशेष रूप से, वैज्ञानिकों ने सोचा कि क्या रूबिस्को के नए घटक का उच्च विशिष्टता के विकास से कोई लेना-देना है।

जवाब आश्चर्यजनक था, जैसा कि डॉक्टरेट शोधकर्ता लुका शुल्ज बताते हैं: "हमें उम्मीद थी कि नया घटक किसी तरह रूबिस्को उत्प्रेरक केंद्र से ऑक्सीजन को सीधे बाहर कर देगा। ऐसा नहीं हुआ। इसके बजाय, यह नया सबयूनिट विकास के लिए एक न्यूनाधिक के रूप में कार्य करता है: की भर्ती सबयूनिट ने रूबिस्को के कैटेलिटिक सबयूनिट पर बाद के म्यूटेशनों के प्रभाव को बदल दिया। जब यह नया घटक मौजूद था, तो पहले असंगत म्यूटेशनों का विशिष्टता पर बहुत बड़ा प्रभाव पड़ा। ऐसा लगता है कि इस नए सबयूनिट ने रूबिस्को की विकासवादी क्षमता को पूरी तरह से बदल दिया है। "