Rubisco可以说是地球上最丰富，也是最重要的蛋白质。这种酶驱动光合作用，植物利用该酶将阳光转化为能量，从而促进作物的生长和单产。Rubisco的作用是将二氧化碳(CO 2)捕获并固定在糖中，从而为植物的活动提供燃料。但是，尽管Rubisco有益于植物生长，但它的运转速度也出了名的缓慢，这对光合作用效率产生了阻碍。

Rubisco大约有20%的时间固定了氧气(O 2)分子而不是CO 2，从而浪费了原本可以用来产生产量的植物能量。这个耗时且耗能的过程称为光呼吸，其中植物将其酶通过植物细胞内的三个不同区室发送。

“但是，许多光合生物已经进化出了克服Rubisco局限性的机制，”本·朗(Ben Long)说道。他领导了最近在PNAS上发表的一项研究，该研究被称为实现光合作用效率的提高(RIPE)。由伊利诺伊州与澳大利亚国立大学(ANU)合作领导的RIPE，正在通过改善光合作用使农作物工程化以提高生产力。

ANU生物学研究学院的首席研究员Long说：“在这些生物中，有来自水生环境的微藻和蓝细菌，它们能够有效地发挥作用在液态蛋白质液滴和蛋白质区室内的Rubisco酶的功能，这些蛋白质区称为类胡萝卜素和羧基体。”

这些蛋白质区室如何辅助Rubisco功能尚不完全清楚。ANU的团队旨在通过使用专注于Rubisco进行的化学反应的数学模型来找到答案。Rubisco从大气中收集CO 2时，还会释放带正电的质子。

朗说：“在Rubisco隔室内，这些质子可以通过增加可用的CO 2量来加速Rubisco 。质子通过帮助将碳酸氢盐转化为CO 2来达到这一目的。” “碳酸氢盐是水生环境中CO 2的主要来源，而使用碳酸氢盐的光合生物可以告诉我们很多如何改善农作物的知识。”

数学模型为ANU团队提供了一个更好的主意，以了解为什么这些特殊的Rubisco隔室可以改善酶的功能，并且还可以使他们更深入地了解它们可能如何进化。该研究的一个假设表明，地球古大气层中的CO 2含量较低的时期可能是蓝细菌和微藻类进化这些专门区域的诱因，而它们也可能对在昏暗环境中生长的生物体有益。

“实现提高的光合作用效率”(RIPE)项目的ANU成员正在尝试在农作物中建立这些专门的Rubisco隔室，以帮助提高产量。

朗格解释说：“这项研究的结果提供了对专用Rubisco隔室正确功能的见解，使我们对我们希望它们在植物中的表现有更好的了解。”