“隐藏在大自然蓝图中”的关键酶如何发挥作用的发现，为细胞如何控制碳固定的关键过程提供了新的线索，碳固定是地球生命的基本过程。

这一发现由澳大利亚国立大学 (ANU) 和纽卡斯尔大学 (UoN) 的科学家发现，可以帮助设计能够更有效地从大气中吸收二氧化碳的气候适应作物，从而有助于在此过程中生产更多食物。

这项发表在《科学进展》上的研究展示了一种名为羧基体碳酸酐酶 (CsoSCA) 的酶的一种以前未知的功能，这种酶存在于蓝细菌(也称为蓝绿藻)中，可以最大限度地提高微生物从大气中提取二氧化碳的能力。

蓝藻以其在湖泊和河流中有毒的繁殖而闻名。但这些蓝绿色的小虫子分布广泛，也生活在世界各地的海洋中。

尽管它们可能对环境造成危害，但研究人员将它们描述为“微小的碳超级英雄”。通过光合作用过程，它们每年捕获世界约 12% 的二氧化碳，发挥着重要作用。

第一作者和博士。澳大利亚国立大学的研究人员萨沙·普尔斯福德 (Sacha Pulsford) 描述了这些微生物捕获碳的效率有多高。

“与植物不同，蓝藻有一个称为二氧化碳浓缩机制(CCM)的系统，它使它们能够固定大气中的碳并将其转化为糖，其速度比标准植物和农作物物种要快得多，”普尔斯福德女士说。

CCM 的核心是称为羧基体的大型蛋白质区室。这些结构负责隔离二氧化碳、容纳 CsoSCA 和另一种称为 Rubisco 的酶。 CsoSCA 和 Rubisco 酶协同工作，证明了 CCM 的高效性质。 CsoSCA 的作用是在羧基体内产生局部高浓度的二氧化碳，然后 Rubisco 可以将其吞噬并转化为糖供细胞食用。

主要作者、来自北方大学的 Ben Long 博士说：“到目前为止，科学家们还不确定 CsoSCA 酶是如何被控制的。我们的研究重点是解开这个谜团，特别是在全球发现的一大群蓝藻中。我们的发现完全出乎意料。” 。

“CsoSCA 酶随着另一种称为 RuBP 的分子的节奏起舞，后者像开关一样激活它。将光合作用想象成做三明治。空气中的二氧化碳是填充物，但光合细胞需要提供面包。这就是 RuBP就像制作三明治需要面包一样，二氧化碳转化为糖的速度取决于 RuBP 的供应速度。

“CsoSCA 酶向 Rubisco 提供二氧化碳的速度取决于 RuBP 的含量。当有足够的 RuBP 时，酶就会打开。但如果细胞耗尽 RuBP，酶就会关闭，从而使系统高度调节令人惊讶的是，CsoSCA 酶一直被嵌入到大自然的蓝图中，等待被发现。”

科学家们表示，对能够更有效地捕获和利用二氧化碳的作物进行改造，将大大提高作物产量，同时减少对氮肥和灌溉系统的需求，从而为农业提供巨大的推动力。它还将确保世界粮食系统更能抵御气候变化。

普尔斯福德女士说：“了解 CCM 的工作原理不仅丰富了我们对地球生物地球化学基础的自然过程的了解，还可以指导我们为世界面临的一些最大的环境挑战制定可持续的解决方案。”

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