Фотосинтездің тиімділігін арттыру

72
байланысты. Олардың негізінде ең бір маңызды ферменттің - рибулозобис-
фосфаткарбоксилазаның (РуБФК) екі функциясы жатады: карбоксилаза (СО
2
қосу)
жəне оксигеназа (О
2
қосу) функциялары. Оттегі қосылғанда фосфогликолат пайда
болады, ол фототынысалудың негізгі субстраты. Фототынысалу нəтижесінде өсімдік
СО
2
сіңіру орнына, оны сыртқа шығарады да, соның салдарынан өзінің өнімділігін
төмендетеді. С
4
-өсімдіктерінде РуБФК оксигеназалық активтігі төмен, жəне де пайда
болтан СО
2
олар қайтадан сіңіре алады.
Сондықтан, гендік инженерия алдындағы бір міндет, ол карбоксилаза
активітігі артатын РуБФК ферментін жасау. РуБФК өте күрделі фермент. Ол 8
үлкен жəне 8 кіші бөлшектерден тұрады. Үлкен бөлшек белогын хлоропластық
геном кодтайды жəне оның синтезі хлоропластық 70 S рибосомаларда өтеді. Кіші
бөлшектер белогын ядролық геном кодтайды, оның синтезі цитоплазмалық 80 S
рибосомаларда жүреді. Кіші бөлшектердің полипептидік құрамына байланысты,
ферментің каброксилазалық-оксигеназалық өзара қатынасы белгіленеді. Мысалы,
темекінің əр түрлерінде бұл қатынас 6-дан 12-ге дейін өзгереді. С
3
-өсімдіктерінде бұл
қатынас жалпы алғанда 5-7 болады, ал С
4
-өсімдіктерінде 13-15 болады.
Француз ғалымдары Кунг пен Маршо темекінің жасыл жабайы өсімдіктерінде
жəне гетерозиготалық сары мутантарында РуБФК-ты зерттеген. Мутанттың
өсімдіктерде фототынысалу қарқындығы өте жоғары болған жəне де жабайы түрмен
салыстырғанда карбоксилаза-оксигеназа қатынасы өзгеше болған. АҚШ-та Нельсон
мен Суржицкий Chlamidomonas мутанттық линияларында РуБФК ферментінде
карбоксилазалық жəне оксигеназалык активтілігінің бір-біріне байланыссыз өзгеруін
байқаған. Ферментінің екі функциясы да бір активтік орталыққа байланысты
болғандықтан, оның оксигеназалық активтігінен толық құтылу əрине мүмкін емес.
Əдетте, оксигеназалардың кофакторы ретінде флавин топтары немесе метал-
лдар қызмет атқарады. РуБФК құрамында бұл кофакторлар болмаған соң, оның
оксигеназалық активтігі, шамасы, 1-2 амин қышқыл қалдыктарына байланысты, ал,
керісінше, карбоксилазалық активтігіне бұл амин қышқылдарының əсері болмайды.
Клеткадан бөліп алынған фермент препараттарының құрамында магнийді марга-
нецке алмастырғанда, РуБФК молекуласында карбоксилазалық активтік жойылған,
ал оксигеназалық активтігін сақталған. Бірақ оксигеназа активтілігін тежеп, карбок-
силаза активтігін асыратын кофактор əлі белгісіз. Мутагенезді пайдаланып, Rhodos-
pirillum rubrum деген фотосинтезге қабілетті бактерияның ферментінде активтілік
ортаның құрамындағы аспарагин қышқылының қалдығы глутамин қышқылына ауы-
стырылды. Бірақ бұндай ферментінің екі функциясы да (оксигеназалық жəне
карбоксилазалық) төмен болды. Сонымен, қойылған мақсатқа жету үшін, ең алды-
мен РуБФК құрылымын, əсіресе активтік ортасының ерекшеліктерін егжей-тегжей
зерттеу қажет.
С
3
-өсімдіктердің өмінділін көтеру барысында тағы бір ой туады, ол хлоропласт
геномына леггемоглобин генін енгізу арқылы СО
2
/О
2
қатынасын өзгерту. Бұл белок
оттегін өзіне қосып алып, сөйтіп молекулалық азотты сіңіретін ризобияларды
оттегінен қорғайды. Бұл белоктың гені бірқатар бұршақ тұқымдастарында бар.
Соңғы жылдары ғалымдар РуБФК құрылымдық бөлшектерімен гендік
инженерияның айлалы əрекеттерін жасауға тырысады. Мысалы, бұршақ
жапырағынан ферменттің кіші бөлшегін кодтайтын ген Ті-плазмиданың көмегімен

73
шырайгүлдің (петуния) протопластарына енгізілді. Бұл геннің экспрессиясы өтіп,
ферменттің бұршаққа тəн кіші бөлшектері түзілді. Пайда болған РуБФК бұдан мо-
лекуласы құрылымы жəне активтігі жағынан бұршаққа да, шырайгүлге де
ұқсамаған.
Сонымен қатар, С
4
-өсімдіктерден бір топ гендерді С
3
-өсімдіктерге тасымалдау
жоспарлары бар. Бірақ бұл өте күрделі жұмыс, себебі фотосинтез функциясы
көптеген əр түрлі гендермен кодталады. Мүмкін, Хетч пен Слек цикліне жататын
фосфоэнолпируваттың карбоксилазасы мен декарбоксилазасын кодтайтын гендерді
тасымалдау оңайырақ болар. Егер бұл жоспар іске асса, нəтиже
трансформацияланған өсімдіктердің хлоропластарында СО
2
концентрациясы өсер
еді де, фотосинтез процесінің қарқынды өтуіне себепкер болар еді.
Осындай нəтижеге басқа да жолмен жетуге болады. Ол ангидраза ферментінің
генін тасымалдау немесе амплификациялау (көбейту) арқылы. Бұл ферменттің
мөлшері асса, хлоропластарда НСО
3
концентрациясы да өсер еді. Кейбір С
3
-
өсімдіктердің фото-синтез өнімділігін жоғары, мысалы күнбағыста, ол С
4
-
өсімдіктерінің өнімділігінен кем емес. Кұнбағыстың салыстырмалы РуБФК
активтігі басқа С
3
-өсімдіктерден едəуір жоғары, бірақ əшірше оның себебі
белгісіз. Бұл жағдай ферменттің өзіндік ерекшеліктеріне байланысты болуы
мүмкін. Сонымен, фотосинтез өнімділігін арттыру бағытында гендік инженерия
əдістерінің қолдану мүмкіндіктері орасан зор жəне де көп үміт күтерлік.
Қортындысында мына жағдайды ескеру керек. Осында келтірілген гендік
инженерия əдістерін қолданудың кейбір жолдары оның барлық мүмкіндіктерін та-
мамдамайды. А. Филиппс, өсімдіктер гендік инженериясының белгілі маманы
ретінде болашақты болжап, жаңа табыстарға жетудің мына үш алғы шарттарын
көрсетеді:
1)өсімдіктерді өте терең зерттеу қажет, себебі инженерия процессі
өсімдіктердің биохимия, физиология, эволюция процестері жөніндегі білімге
байланысты;
2)көп пəндер бірігіп күш салу қажет;
3) өсімдіктер гендік инженериясы саласындағы зерттеулердің маңызы өте
зор.
Əдебиет:
Негізгі – 3 [3.2; 14-126].
Қосымша –2 [125-132].
 Бақылау сұрақтары:
1.Антиденелер алғаш рет қандай өсімдіктерден алынды?
2.Гирудин деген не?
3.Өсімдік өнімдерінің дəмі мен түсін өзгерту.
4.Фотосинтездің тиімділігін арттыру жолдары.

74

жүктеу/скачать 0.65 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: