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李燦團(tuán)隊(duì)前期通過添加胞外人工電子梭，提高了光吸收飽和點(diǎn)，解除了光抑制，并在光合細(xì)胞內(nèi)引入納米金，研究了暗反應(yīng)固碳酶催化的限制因素。而目前，在大氣水平二氧化碳濃度下，如何捕集濃縮二氧化碳并將其高效傳輸至Rubisco酶，提高固碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，仍然是植物光合作用研究領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)性的課題。

本工作中，研究人員提出了化學(xué)與生物雜合的策略，在光合微藻表面自組裝多孔材料MOFs，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的直接空氣捕集與生物轉(zhuǎn)化。研究發(fā)現(xiàn)，MOF材料通過靜電作用在小球藻表面自組裝，將空氣中的二氧化碳捕獲并富集于微藻細(xì)胞，使微藻光合放氧速率對(duì)二氧化碳的親和力提高了82%。

團(tuán)隊(duì)通過酶動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小球藻分泌的胞外碳酸酐酶可將MOFs捕集的二氧化碳水合為碳酸氫根，生物膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白再將碳酸氫根運(yùn)輸?shù)饺~綠體中的蛋白核內(nèi)，從而提升了小球藻Rubisco酶周圍的二氧化碳濃度。該效應(yīng)誘導(dǎo)固碳關(guān)鍵酶Rubisco的表達(dá)量提高，加快了小球藻光合固碳速率。而MOFs捕集二氧化碳的功能使得微藻細(xì)胞在強(qiáng)化暗反應(yīng)的同時(shí)，緩解了光反應(yīng)在光脅迫下遭受的抑制。光能到生物質(zhì)的表觀轉(zhuǎn)化效率從5.1%提高至9.8%。

研究人員表示，該策略是人工方法改進(jìn)自然光合作用的一個(gè)新嘗試。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-40839-0