Designing Stacked Assembly of Type III Rubisco for CO2 Fixation with Higher Efficiency

鲁比斯科 羧化 固碳 丙酮酸羧化酶 光合作用 加氧酶 化学 酶动力学 生物化学 酶 活动站点 催化作用
作者
Ruiqi Zeng,Chenyan Lv,Jiachen Zang,Tuo Zhang,Guanghua Zhao
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:70 (23): 7049-7057 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.2c02521
摘要

The slow catalytic rate of the carboxylation enzyme d -ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) is a major barrier to increasing the rate of carbon assimilation from the atmosphere into the biosphere. It is of great importance to establish a method to improve the carboxylation efficiency of Rubisco. Inspired by the assembly of Rubisco in carboxysomes, herein, we presented a rational protein engineering approach for the construction of one-dimensional (1D) protein arrays of type III Rubisco through designed π–π stacking interactions by using crystal structural information as a guide. In aqueous solutions, the dimensions of these 1D protein arrays collectively span nearly the entire nano- and micrometer scale (200 nm to 5.0 μm) by adjusting protein and NaCl concentrations. As a result, the stacked Rubisco assemblies increase by 40% in the carboxylase activity, while their turnover number ( k cat ) is around twofold larger than that of wild-type III Rubisco. Notably, upon heat treatment at temperature up to 75 °C for 30 min, most of the assembled nanostructures and the enzyme activity are retained. More importantly, the initial relative activity of stacked assemblies retained 91% after 10 cycles of reuse. This work provides a simple, effective solution for the improvement of the CO 2 carboxylation efficiency of Rubisco.

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