老葉的植物王國

  Cyanobium bacillare。圖片來源 能夠進行光合作用的生物，包括了植物與細菌。可不要小看小小的細菌，它們所進行的光合作用，佔了所有光合作用的一半喔！ 但是，光合作用需要陽光、二氧化碳、水這三種原料。陽光只要太陽出來就可以了，水與二氧化碳則需要從環境中吸收。 對植物來說，它們有葉片，可以幫助它們把二氧化碳（大氣中的以及自己進行呼吸作用產生的）關在葉片裡，提高二氧化碳的濃度，讓光合作用的效率提升。但是單細胞的光合細菌（包括細菌與藍綠菌），要怎麼濃縮二氧化碳呢？ 細菌們還是有一些小撇步的。有些細菌（如某些藍綠菌）有α-羧體（α-carboxysome）可以幫忙它們抓到需要的氣體；另外的一些細菌（部分藍綠菌與proteobacteria）則有β-羧體（β-carboxysome），也承擔著類似的功能。它們主要的不同是在於它們裡面的「魯必斯科」（RuBisCo）--這個負責把二氧化碳變成糖的酵素。 除了「魯必斯科」，α-羧體裡面還有碳酸酐酶（CA，carbonic anhydrase），負責加速二氧化碳和碳酸氫鈉之間的轉換，從而提高羧體內的二氧化碳濃度，提升光合作用效率；另外還有負責控制物質進出的外殼蛋白以及對碳酸酐酶與「魯必斯科」活性很重要的鋅和鎂等金屬離子。 最近有一群科學家發現， Cyanobium sp. PCC7001（以下簡稱PCC7001）這種藍綠菌所有的α-羧體很特別。怎樣的特別呢？ 原來，PCC7001的α-羧體裡面的碳酸酐酶的活性，可以被「魯必斯科」的受質（RuBP）調節。研究團隊發現碳酸酐酶可以與RuBP形成一個晶體，這個晶體的結構分析以後發現，RuBP坐在碳酸酐酶接口附近的正電荷口袋內，與碳酸酐酶形成氫鍵。 酵素動力學的實驗發現，RuBP以濃度依賴的方式活化碳酸酐酶，由於它不是去佔領碳酸酐酶的反應活化位址，這樣的現象被稱為「異構調節作用」（allosteric regulation）。 研究團隊覺得這個現象非常有趣，但是，是否所有的羧體（α-羧體與β-羧體）都有呢？ 首先，研究團隊發現，RuBP與碳酸酐酶的結合位置具有高度的專一性，這種結合位置在化學自營型細菌的碳酸酐酶中沒有觀察到。這顯示了這種特殊的調節機制，可能只在α-羧體中存在。 其次，透過對相關蛋白質序列和結構的分析，研究團隊發現與RuBP相互作...