الميزات الهيكلية لفوتوزيم يسمى حمض كربوكسيلاز الفوتون (FAP) مع عنصر حساس للضوء FADيشارك الضوء في العديد من العمليات البيولوجية التي تحدث في الكائنات الحية ، بغض النظر عن وجود عملية التمثيل الضوئي. هذه عمليات مثل النمو والتطور والتمثيل الغذائي والإيقاع الحيوي اليومي. في معظم الحالات ، يؤثر الضوء على فسيولوجيا الخلية من خلال "الوسطاء" - البروتينات النشطة ضوئيًا ، بما في ذلك القنوات الأيونية الحساسة للضوء ، والمستقبلات الضوئية ، ومجمعات حصاد الضوء ، والإنزيمات المعتمدة على الضوء. يمكن تقسيم هذا الأخير إلى نوعين: 1) الإنزيمات مع التنشيط الضوئي ، والتي تحتاج فقط إلى ضوء قصير من الضوء للذهاب إلى حالة نشطة ؛ 2) الإنزيمات الضوئية التي تتطلب تدفقًا مستمرًا للفوتون للحفاظ على الوظيفة التحفيزية. في الواقع ، يعمل هذا الأخير على الفوتونات كوقود.
إن الإنزيمات الضوئية هي نوع نادر من المحفزات. في الطبيعة ، هناك نوعان فقط من البروتينات من هذا النوع: حمض الدنا الضوئي ، والذي في العديد من الكائنات الحية يصلح مجال الحمض النووي للضرر بواسطة الأشعة فوق البنفسجية ، و protochlorophyllide.
إن الإنزيمات الضوئية أدوات مفيدة للغاية في مجال التكنولوجيا الحيوية. يتم استخدامها لمراقبة العمليات الإنزيمية السريعة في الوقت الفعلي ، كوصلة مساعدة في تصميم الإنزيمات الأخرى وعلم
الوراثة ، عندما يتم قمع الاتصالات العصبية المحددة في الدماغ أو تنشيطها بواسطة أمر خفيف.
في الوقت نفسه ، يُعرف العلماء بالطحالب الدقيقة ، مثل Chlorella
variabilis NC64A أو
Chlamydomonas reinhardtii 137C ، التي تحول السلاسل الطويلة من الأحماض الدهنية إلى ألكانات (هيدروكربونات مشبعة) أو هيدروكربونات غير مشبعة ، وتعتمد هذه العملية على وجود الضوء.
تمكنت مجموعة من العلماء من معهد العلوم الحيوية والتكنولوجيا الحيوية في جامعة إيكس مرسيليا (فرنسا) من عزل إنزيم ضوئي محدد يعمل على تخليق الألكانات في متغيرات
الكلوريلا الدقيقة الصغيرة الخضراء.
لا يمكن المبالغة في أهمية الاكتشاف لأنه لا توجد عوامل أخرى ضرورية لتكوين الألكانات في الإنزيم باستثناء الدهون وأشعة الشمس. يمكن إدخال هذا الإنزيم في الكائنات الحية الأخرى ، بما في ذلك البكتيريا ، واستخدامها في الصناعة.
أظهرت دراسة الحساسية للإنزيم أنه أكثر حساسية للضوء بطول موجة 450-500 نانومتر (الضوء الأزرق) ، بحد أقصى 467 نانومتر.
يزداد نشاط الإنزيم بالتناسب المباشر مع التعرض للضوء. يوضح الرسم البياني الموجود أسفل اليسار الاعتماد على الإضاءة بالضوء الأبيض ، ويظهر الجزء السفلي الأيمن اعتماد كمية الهيدروكربونات في خلايا
C. reinhardtii المزروعة في مفاعل حيوي تحت تأثير الضوء الأزرق والأحمر.
أعطى مؤلفو العمل العلمي الإنزيم الجديد اسم FAP - كربوكسيلاز الأحماض الدهنية ، أي كربوكسيلاز الأحماض الدهنية. نزع الكربوكسيل هو عملية انشقاق مجموعة الكربوكسيل من الأحماض الأمينية في شكل ثاني أكسيد الكربون ، لذا فإن هذا الإنزيم هو ديكاربوكسيلاز حقيقي.
يظهر مكان FAP في التطور على شجرة النشوء والتطور.
وهكذا ، تم اكتشاف إنزيم آخر يشكل الهيدروكربونات خلال حياته. حتى الآن ، كان معروفًا عددًا من الإنزيمات التي لها مثل هذه الوظيفة: الأكسيدات والقنوات المتعددة في البكتيريا الزرقاء ، والبروتينات الشبيهة بإيزاتوراز CER1 و CER3 في النباتات ، السيتوكروم P450s في البكتيريا
Jeotgalicoccus sp. ATTC8456 وفي الحشرات ، بالإضافة إلى الأكسدة المؤكسدة السكري في بكتيريا
Pseudomonas aeruginosa . تنضم إليهم الإنزيمات الضوئية الجديدة. يمكن أن تكون الإنزيمات من هذا النوع نادرة جدًا ، لأن التطور لا يشجع التفاعلات الكيميائية المعتمدة على الضوء.
يؤكد العلماء أنه من مجموعة متنوعة من الإنزيمات التي تشكل الهيدروكربونات ، من الواضح أن الضوء ليس ضروريًا لمثل هذا التفاعل. لذلك ، يبقى فقط أن نفترض لماذا يعمل FAP بدقة على الفوتونات. ربما يرجع ذلك إلى وظيفة الإنزيمات داخل الخلايا. على الأرجح ، ظهرت هذه الوظيفة بعد الإصابة بداء التكيس الأولي الأولي ، وظلت بعد التحلل الداخلي الثانوي ، ولكنها فقدت في النباتات. يشير حفظها في الطحالب إلى وظيفة محددة معينة متأصلة في هذه الكائنات الحية على وجه التحديد.
يظهر اكتشاف أنزيم جديد أنه في الكائنات الحية ، لا يقتصر التحفيز تحت تأثير الضوء فقط على عمليات امتصاص الضوء وإصلاح الحمض النووي. الفوتونات مناسبة أيضًا لإنتاج الهيدروكربونات.
علاوة على ذلك ، يقترح المؤلفون أن الإنزيم المساعد يمكن تعديله قليلاً لأداء تفاعلات كيميائية أخرى - وهذا مجال كبير من النشاط للقرصنة الحيوية.
تم
نشر المقالة العلمية في 1 سبتمبر 2017 في مجلة
Science (doi: 10.1126 / science.aan6349 ،
pdf ).