拓展核酮糖1,5二磷酸羧化酶Rub_无患子功能主治

拓展核酮糖1,5二磷酸羧化酶Rub

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶问题的提出核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Rubisco）在自然界中广泛公布，在大多数真核生物如植物和原核生物中均有报道。该酶有双重功能，是光合作用碳反应中重要的羧化酶，也是光呼吸中不可缺少的加氧酶。核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Ribulose-1，5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase，通常简写为Rubisco）是光合作用中决定碳同化速率的关键酶。

问题：Rubisco的生理作用、特性和研究意义？

Rubisco的生理作用

的形态Rubisco是叶绿体基质中催化CO2与RuBP，即核酮糖-1,5-二磷糖结合生成2分子3-磷酸甘油酸，进而发生一系列反应，将ATP中的化学能转化到葡萄糖中。它在光合作用中卡尔文循环里催化第一个主要的碳固定反应。也是光合作用过程中二氧化碳固定的第一个限速反应。另外，核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶可以催化核酮糖-1,5-二磷酸与二氧化碳的羧化反应或与氧气的氧化反应。同时，Rubisco也能使核酮糖-1,5-二磷酸（RuBP）进入光呼吸途径（如图）。据图可知，该酶是双功能酶，在CO2浓度高的环境中，使RuBP进行羧化反应，起羧化酶的作用，形成磷酸甘油酸；在O2浓度高的环境中，使RuBP进行氧化反应，起加氧酶的作用，形成磷酸乙醇酸（一种二碳化合物）和磷酸甘油酸（三碳酸）。这种二碳化合物进入线粒体被氧化为二氧化碳，即光呼吸（如图）。

Rubisco的特性

1.基因的表达和蛋白质的组装Rubisco是唯一发现有核基因组和叶绿体基因组共同控制高等植物Rubisco由8个大亚基和8个小亚基组成，大亚基为叶绿体基因组编码，合成的前体经过加工，在间质中与小亚基组装成全酶。小亚基为细胞核基因组编码，合成的前体通过叶绿体包膜上ATP依赖的运输器进入叶绿体，并在组装成全酶之前被蛋白酶加工除去氨基末端约50个氨基酸残基的转运肽，然后,在叶绿体监护蛋白的帮助下，与大亚基装配成全酶。3.特性Rubisco的活性受光照影响，在暗处，Rubisco的活性受到抑制，这也是为什么在黑暗时，碳反应难以进行的原因。核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶是植物叶片中含量最丰富的蛋白质，也可能是地球上含量最多的蛋白质。假如典型的酶分子1秒钟可催化个底物分子，但Rubisco每秒钟仅固定3分子CO2。植物细胞为弥补低效的缺陷而产生大量的Rubisco。此酶约占总叶绿体内蛋白的50%，是植物中重要的贮藏蛋白。3.研究意义在生物学上有重要的意义，因为它所催化的反应是无机态的碳进入生物圈的主要途径。鉴于它对生物圈的重要性，人们正在努力改进自然界中的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶的功能。有人提出，在农业上抑制光呼吸能促进植物生长。科学家在基因工程方面做出多种尝试，试求降低植物的光呼吸，促进植物成长，为世界粮食问题提供一种解决方案。但是后来科学家发现，光呼吸可消除多余的NADPH和ATP，减少细胞受损的可能，有其正面意义。又因为光呼吸与大气中氧气/二氧化碳比例联系非常紧密，科学家甚至认为可以通过控制陆地植物的数量，以控制地球大气氧气和二氧化碳的成分比。

典型试题解析

试题：核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）在植物光合过程中能催化二氧化碳的固定过程。高等植物的Rubisco是由8个大亚基（LSU）和8个小亚基（SSU）所构成的，其催化活性要依靠大、小亚基的共同存在才能实现。其合成和组装过程如图，据图回答：（1）①过程需要细胞质为其提供等物质。（2）图中的过程中，涉及到A和U互补配对的过程有。（3）用溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程④、⑤，发现叶绿体中RNA聚合酶均保持很高活性，由此可推测该RNA聚合酶由中的基因指导合成。（4）如果用放线菌素D抑制①过程，植物的光合作用过程会被。（5）③过程中，一个mRNA上可同时连接多个核糖体，其意义是。答案：（1）酶、ATP和核糖核苷酸（2）①③④⑤（3）细胞核（4）抑制（5）提高翻译的效率解析：（1）①为转录过程，该过程需要细胞质为其提供酶（RNA聚合酶）、ATP和原料（核糖核苷酸）等物质。（2）图中①④表示转录过程，该过程中的碱基配对方式为A-U、G-C、G-C、T-A；③⑤表示翻译过程，该过程中的碱基配对方式为：A-U、G-C、G-C、U-A，因此图中的过程中，涉及到A和U互补配对的过程有①③④⑤。（3）用溴化乙啶、氯霉素分别抑制图中过程④、⑤，发现叶绿体中RNA聚合酶均保持很高活性，由此可推测该RNA聚合酶由细胞核中的基因指导合成。（4）如果用放线菌素D抑制①过程，则会导致SSU无法合成，进而导致Rubisco酶无法合成，最终抑制植物的光合作用。（5）③过程中，一个mRNA上可同时连接多个核糖体，这样可以提高翻译的效率。