En los últimos años se han realizado grandes esfuerzos para identificar las enzimas que limitan la fotosíntesis. Las enzimas que ejercen un alto nivel de control sobre los flujos se pueden utilizar como objetivos de ingeniería para mejorar la fotosíntesis.

Sin embargo, aunque la sobreexpresión de algunas enzimas diana, como Sedoheptulosa-1,7-bisfosfatasa (SBPasa), se ha demostrado que mejoran la fotosíntesis in vitro, tanto más del- y bajo-expresión de la enzima diana transcetolasa disminución de la tasa fotosintética.

A nuevo artículo de Honglong Zhao, Qiming Tang, Tiangen Chang, Yi Xiao y Xin-Guang Zhu de la Universidad de la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Illinois publicado en in silico Plants descubre el origen de estos resultados inesperados.

“Queríamos examinar cómo los flujos del ciclo de Calvin-Benson (CBC) se vieron afectados por la actividad enzimática y la concentración intermedia en el CBC, y determinar por qué la manipulación de algunas enzimas en este ciclo no tiene efecto en la tasa fotosintética”, dijo Zhao.

Los autores determinaron el impacto del cambio positivo o negativo de la concentración de la enzima en el CO fotosintético neto₂ tasas de absorción utilizando un modelo de sistemas dinámicos del metabolismo del carbono fotosintético.

Encontraron que para algunas enzimas, el CO fotosintético₂ La tasa de absorción aumentó con la actividad enzimática y luego se estabilizó. Para otras enzimas, el CO2 fotosintético₂ la tasa de absorción aumentó primero con la actividad enzimática y luego disminuyó. Zhao explica, “nos sorprendió descubrir que algunas enzimas generaban respuestas bifásicas. Al analizar la ubicación de las enzimas bifásicas en el CBC y la relación entre la enzima y los intermediarios para cada paso enzimático, pudimos determinar que estas enzimas siempre catalizan reacciones en un subciclo que consume uno de los sustratos compartidos y el producto se usa como un sustrato para una reacción del siguiente subciclo”.

La capacidad de una enzima bifásica debe mantenerse dentro de un rango estrecho para obtener un CO eficiente₂ flujo de fijación Cuando la capacidad de una enzima bifásica es excesiva, el sustrato compartido se usa predominantemente en un subciclo y se convierte en un limitante para las reacciones en otro subciclo. Como resultado, el aumento de la capacidad enzimática disminuye, en lugar de aumentar, el flujo de CBC. Los autores concluyen que, por este motivo, estas enzimas no son dianas ideales para la mejora genética de la fotosíntesis.