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Rubisco 是光合作用的主要生物催化剂，是地球上最普遍的酶。马克斯·普朗克研究所的一组研究人员通过重建已有十亿年历史的酶，发现了早期光合作用的关键适应性之一。他们的发现不仅阐明了现代光合作用是如何进化的，而且还为增强它提供了新的动力。

今天的生活完全依赖于光合生物，例如捕获和转化二氧化碳的植物和藻类。一种称为 Rubisco 的酶每年吸收超过 4000 亿吨二氧化碳，是这些过程的核心。今天的生物以惊人的数量生产 Rubisco。它在地球上的质量超过了所有人类的总和。Rubisco 必须不断适应不断变化的环境情况，才能在全球碳循环中发挥如此重要的作用。

来自德国马尔堡马克斯普朗克陆地微生物学研究所的一个团队与新加坡大学合作，现已成功复活并在实验室中使用计算和合成技术相结合的方法研究了十亿年前的酶。研究人员发现，在他们称之为“分子古生物学”的这个过程中，一种全新的成分准备光合作用以适应增加的氧气水平，而不是活性中心的直接突变。

Rubisco 配合物

两个 Rubisco 复合物相互作用的冷冻电子显微镜图像。如果缺少对溶解度至关重要的亚基，单个酶复合物可以通过这种方式相互作用并形成线状结构，即所谓的原纤维。然而，在正常情况下，Rubisco 不会形成这种原纤维。图片来源：MPI f。陆地微生物学/ L. Schulz

Rubisco的早期困惑

Rubisco 是古老的：它在大约 40 亿年前出现在地球上出现氧气之前的原始新陈代谢中。然而，随着产氧光合作用的发明和大气中氧气的增加，这种酶开始催化一种不需要的反应，在这种反应中，它将 O2 误认为是 CO2，并产生对细胞有毒的代谢物。这种混乱的底物范围至今仍对 Rubiscos 造成伤害，并限制了光合效率。尽管随着时间的推移，在含氧环境中进化的 Rubiscos 对 CO2 变得更加专一，但它们都无法完全摆脱吸氧反应。