گیاهان، جلبک ها و موجودات دیگر آنزیم روبیسکو (RuBisCO) را تولید می‌کنند تا دی‌اکسیدکربن جو را به مولکول های غنی از انرژی مانند گلوکز تبدیل کنند که کربوهیدرات‌ها و سایر ترکیبات کربن آلی ضروری برای زندگی روی زمین را تشکیل دهند.
این فرآیند کاتالیزوری «تثبیت کربن» نامیده می‌شود. هنگامی که روبیسکو شروع به این واکنش شیمیایی می‌کند می‌تواند به افزایش بهره‌وری آنزیم و تسهیل رشد سریع گیاه کمک کند – یک نتیجه مطلوب که می تواند بازده محصول را در عین حفظ کود و منابع طبیعی افزایش دهد.
برای این منظور، پژوهشگران از نوترون‌ها برای تعیین ساختار پروتئین نمونه روبیسکو به دست آمده از برگ اسفناج استفاده می‌کنند. پژوهشگر اصلی تحقیق از دانشگاه اوپسالا می‌گوید: «ما امیدواریم که تثبیت کربن سطح اتمی کربن را درک کنیم که به ما کمک می‌کند کشف کنیم دقیقا چه اتفاقی برای هر مولکول دی‌اکسیدکربن رخ می‌دهد که از اتمسفر خارج شده و به زیست‌کره منتهی می‌شود.»
در طی تثبیت، موجودات کربن را در محل با اتصال به مولکول های آلی ثابت می‌کنند. با وجود داشتن نقش کلیدی در این فرایند، روبیسکو به شدت آهسته و ناکارآمد است. برای جبران، گیاهان مجبور به اختصاص بخش قابل توجهی از منابع ارزشمند خود برای تولید مقدار زیادی از این آنزیم هستند.
این پژوهشگر ادامه می‌دهد: «مقدار قابل توجهی از نیتروژن که یک گیاه برای رشد آن نیاز دارد، برای ساخت روبیسکو مصرف می‌شود که به نوبه خود کربن مورد نیاز برای فتوسنتز را جمع آوری می‌کند. در ضمن، مقدار زیادی از کودی که ما در مزرعه‌ها استفاده می‌کنیم در نهایت به پروتئین‌های داخلی گیاهان برای شرکت در این فرآیند کمک می‌کند.»
از آن‌جا که این آنزیم به عنوان پاسخ به تقاضای ثابت کربن تولید می شود، روبیسکو مسلما می‌تواند به عنوان یکی از فراوان‌ترین آنزیم‌های موجود در این سیاره طبقه‌بندی شود. دانشمندان تخمین می‌زنند که در برخی موارد، همه اتم‌های کربن در هر موجود از مرحله تثبیت کربن عبور می‌کند.
اگر گیاهان بتوانند در شرایط کارآمد تر رشد کنند و تثبیت کربن را انجام دهند، چنین نتیجه‌ای با صرفه جویی در هزینه و موافق با محیط زیست می‌تواند به بهبود کلی ارزش کشاورزی و اقتصادی محصولات مهم مورد استفاده برای مواد غذایی، سوخت‌های زیستی و سایر اهداف عملی کمک کند.
اگر چه دانشمندان از روش‌های اشعه ایکس برای مطالعه روبیسکو در گذشته استفاده کرده‌اند، روش‌های پراکندگی نوترون دارای مزیت متمایز نفوذپذیری به هیدروژن است. حدود نیمی از اتم‌ها در مولکول‌های زیستی اتم‌های هیدروژن هستند که به این معنی است که توانایی شناخت دقیق مکان و ساختار آن‌ها برای مشخص ساختن ساختار اتمی آنزیم مهم است. «اگر ما بتوانیم یک ساختار کریستالوگرافی نوترونی تولید کنیم که در آن بتوانیم اتم‌های هیدروژن را در جایگاه فعال روبیسکو ببینیم، باید بتوانیم سازوکار کاتالیزوری آنزیم را بررسی کنیم و در مورد تبدیل دی اکسید کربن به ترکیبات کربن آلی بیشتر بدانیم.»
این هدف در راکتور ایزوتوپی شار بالا (HFIR) با استفاده از ابزار IMAGINE، CG-4-D beamline HFIR دنبال می‌شود. آن‌ها همچنین در آزمایش پراش نوترونی ORNL (SNS) با استفاده از ابزار MaNDi، SNS beamline 11B آزمایش‌های مکمل را انجام می‌دهند.
پیش از این، پژوهشگران به فرضیه‌ها و مدل‌هایی برای بررسی فعالیت کاتالیزوری روبیسکو متکی بودند، اما پیش‌بینی می‌کنند که پژوهش‌های پراکندگی نوترونی پایه‌ای بنیادی برای مطالعات آینده ارائه دهند. این پژوهشگر گفت: «ما در پنج دقیقه اول نتایج را به دست آوردیم و موفقیت‌هایی به سرعت بسیار غیرمعمول را مشاهده می‌کنیم. ترکیب ابزارهای عالی و مردم فوق العاده در اینجا این امکان را به وجود می‌آورد.»
☑ لینک خبر
☑ لینک مقاله
