Rubisco 的亚基调节植物的热适应性。

Rubisco酶亚基的组成会随温度变化而改变其光合效率。一项研究表明，植物通过调节小亚基来控制催化活性和结构稳定性。这项工作使用了 拟南芥（Arabidopsis thaliana） 以全酶异质性为模型，确定其是热适应的核心因素。

Rubisco，即核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶，催化卡尔文循环中的二氧化碳固定。该酶具有L8S8结构，由八个大亚基和八个小亚基组成。研究表明，不同的小亚基可以共存于同一复合物中。这种组合产生了多种结构构型。在异源表达系统中，超过50%的Rubisco表现出异质性。

不同的比例

研究团队在全酶中至少发现了四种不同的亚基比例。这种比例变化会改变酶的动力学性质。结果表明，最大羧化速率（Vcmax）呈线性变化。相反，底物亲和力（RuBP 的 Km 值）则表现出拮抗效应。异质 Rubisco 的底物亲和力较低，抑制剂释放速率较高。

冷冻电镜获得的结构数据显示，活性位点的柔性存在差异。与高温相关的亚基促进了局部刚性增强，而与低温相关的亚基则增加了柔性。这种结构调控直接影响催化效率。

外部配置

根据这项研究的描述，植物会根据温度调整Rubisco的“外部构象”。在寒冷环境中，该酶呈现更灵活、反应更快的构象；在温暖环境中，它则呈现更刚性的构象，稳定性更高，发生不良反应的风险也更低。

小亚基的基因表达随温度变化。在10°C下生长的植物中，A型亚基占主导地位；而在30°C下生长的植物中，B型亚基占主导地位。这种变化会改变二氧化碳亲和力和催化速率等参数。

微调

已鉴定的机制涉及对活性位点局部稳定性的精细调控。B型亚基在高温下增强稳定性，从而降低光呼吸作用并提高碳固定效率。A型亚基在低温下促进更大的灵活性，从而提高反应速率。

异质型Rubisco的存在表明其在适应过程中发挥着额外的作用。不同亚基的组合使其能够产生中间反应。这种结构拓宽了酶的工作温度范围。然而，较低的底物亲和力表明可能存在生理代价。

更多信息请访问 doi.org/10.1073/pnas.2519914123