中研院團隊發現增加生物固碳新法 維護自然界碳平衡

中研院團隊發現增加生物固碳新法 維護自然界碳平衡

中研院院長廖俊智與院士蔡明道組成團隊,發現一種增加海中藍綠菌光合作用的新方法,使藍綠菌吸收二氧化碳(稱爲固碳)的速率增加約6成,爲自然界的碳平衡研究開啓新契機。(中研院提供/李侑珊臺北傳真)

工業革命以來,人類使用化石燃料每年排出約360億公噸二氧化碳,嚴重破壞自然界碳平衡。中央研究院院長廖俊智與院士蔡明道組成團隊,發現一種增加海中藍綠菌光合作用的新方法,使藍綠菌吸收二氧化碳(稱爲固碳)的速率增加約6成,爲自然界的碳平衡研究開啓新契機。研究成果已於6月發表在國際期刊《自然代謝》(Nature Metabolism)。

植物及藍綠菌控制固碳作用的機制雖已廣被探究,但在藍綠菌中卻有一種酵素「磷酸乙酮酶」(phosphoketolase),生理功能仍是未解之謎。

研究團隊首先發現,此生物分子是藍綠菌固碳循環中的煞車裝置之一,在快速變化的光影環境中,能隨着細胞內能量(ATP)高低,在幾秒內以代謝調控方式阻斷固碳反應,避免對細胞做無益的固碳反應,減少能量消耗。而若將此煞車分子移除,藍綠菌的固碳速率,竟可增加6成。

廖俊智解釋,對藍綠菌而言,或許是無謂固碳,對細胞本身運作循環影響不大,但對整個地球而言,卻是可幫助碳平衡的契機。

研究團隊還意外發現,藍綠菌可將增加的二氧化碳吸收量轉化成蔗糖並排出胞外,這項發現將來可做爲發展快速生產蔗糖技術的基礎。

爲了解此作用機制,研究團隊以冷凍電子顯微鏡分解煞車分子的結構,並找出其如何以胞內能量(ATP)調控其煞車力道的機制。因煞車是藉着ATP從酵素解離,可以在幾十毫秒發生。

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蔡明道表示,原本以爲此分子是利用已知的ATP結合位點進行調控,沒想到竟然發現一個全新的結合方式,此新結合域在自然界多種生物中存在,可見其重要性。

廖俊智指出,此項成果爲目標導向與好奇導向研究的相互激盪,也縮短了基礎研究與實際應用的距離,更爲解決碳平衡問題提供新契機。

中研院說明,該論文共同第一作者爲院內生物化學研究所博士後研究員呂冠箴及張瓊文,研究經費由院方支持。

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