Aktuální číslo:

2021/5

Téma měsíce:

150 let Vesmíru

Pyrenoid a zvýšení fotosyntetické fixace uhlíku

Jak zlepšit výnosy zemědělských plodin
 |  3. 11. 2016
 |  Vesmír 95, 621, 2016/11

Rostliny při fotosyntéze zabudovávají uhlík z oxidu uhličitého (CO2) do organických látek. Používají k tomu enzym rubisco (ribulóza bisfosfát karboxyláza/oxygenáza, Vesmír 88, 221, 2009/4; 83, 130, 2004/3). V zemské atmosféře je koncentrace oxidu uhličitého, nehledě na její současný vzestup, řádově tisíckrát nižší než koncentrace kyslíku. Oxygenázová aktivita rubisco (vázání kyslíku na organický akceptor) proto velmi výrazně konkuruje jeho karboxylázové aktivitě (vázání CO2 na tentýž akceptor). Situace trvá už stovky milionů let a rostliny opakovaně vyzkoušely několik způsobů, jak ji řešit zvýšením koncentrace CO2 v blízkosti molekul rubisco. Jednou z možností je fotosyntéza C4 (Vesmír 92, 264, 2013/5). Vodní rostliny se navíc musejí vyrovnat s tím, že ve vodě difunduje oxid uhličitý asi desettisíckrát pomaleji než ve vzduchu. Většina mořských i sladkovodních řas (a také jedna skupina mechorostů, hlevíky) si pro zvýšení fixace anorganického uhlíku vytvořila uvnitř chloroplastu tělísko zvané pyrenoid. Tyto organismy dovedou aktivně transportovat oxid uhličitý do buňky a do chloroplastu. Ve stromatu chloroplastů se oxid uhličitý vyskytuje jako hydrogenuhličitanový aniont (HCO3). Trubicovité útvary, tvořené thylakoidními membránami chloroplastu, transportují tyto anionty do nitra pyrenoidu. Zde jsou enzymaticky převáděny na CO2, který se dostává do kontaktu s hustě a pravidelně uspořádanými molekulami rubisco. Pyrenoid bývá obalen zrny asimilačního škrobu (odtud jeho starý český název „škrobotvůrce“).

Celé popsané uspořádání snižuje ztráty oxidu uhličitého zpětnou difuzí z pyrenoidu. Vysoká koncentrace CO2 uvnitř pyrenoidu podporuje karboxylační aktivitu rubisco. Asi třetina globální fixace uhlíku probíhá v pyrenoidech řas. Nyní byl u jednobuněčné zelené řasy rodu Chlamydomonas nově popsán protein pojmenovaný Essential Pyrenoid Component 1 (EPYC1), který se váže s molekulami rubisco. Zatím není jasné, jestli molekuly EPYC1 a rubisco při „výstavbě“ pyrenoidu vytvářejí prostorovou síť ve vzájemné interakci, nebo jestli protein EPYC1 „staví lešení“, na které se rubisco připojuje. Vysvětlení vzniku uspořádání molekul rubisco v pyrenoidu může pomoci relativně snadno vytvořit pyrenoid v chloroplastech zemědělských plodin s běžnou fotosyntézou C3. K tomu by bylo možno využít komponenty pyrenoidu řas. Výnos takto upravených plodin by se mohl zvýšit až o 60 % a zvýšila by se i účinnost využití dusíku a vody. Druhá z citovaných prací se zabývá mimo jiné prvními výsledky naznačeného úsilí. Popisuje molekulárně biologické „spárování“ řasy rodu Chlamydomonas a huseníčku (Arabidopsis), klasického modelového objektu molekulární biologie vyšších rostlin.

 

Literatura

Mackinder L. C. M. et al., PNAS 113, 5958–5963, 2016; DOI: 10.1073/pnas.1522866113

Meyer M. T. et al., Current Opinion in Plant Biology 31, 181–188, 2016; DOI: 10.1016/j.pbi.2016.04.009

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyziologie
RUBRIKA: Glosy

O autorovi

Jaromír Kutík

Doc. RNDr. Jaromír Kutík, CSc., (*1948) vystudoval fyziologii rostlin na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. Jako emeritus se na této fakultě věnuje zejména rostlinné cytologii.
Kutík Jaromír

Doporučujeme

Jaké to je být fanouškem

Jaké to je být fanouškem

Dan Bárta  |  3. 5. 2021
Jsem ročník 1969. Poprvé jsem uviděl Vesmír na stole v kuchyni u svého spolužáka z gymplu v půlce osmdesátek. Na mou nejapnou otázku, jestli „jede...
Složitá jednoduchost virů

Složitá jednoduchost virů uzamčeno

Ivan Hirsch, Pavel Plevka  |  3. 5. 2021
Místo tradičního redakčního rozhovoru tentokrát nabízíme dialog virologů dvou generací a odlišných specializací, Ivana Hirsche a Pavla Plevky.
Časy Vesmíru

Časy Vesmíru

Tomáš Hermann  |  3. 5. 2021
První číslo Vesmíru vyšlo 3. května 1871, časopis tedy letošním květnovým číslem slaví 150. narozeniny. Při cestě do jeho historie můžeme za...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné