许多光合生物通过操作CO2浓缩机制（CCM）来增强其CO2固定酶Rubisco的性能。真核藻类中的大多数CCM将浓缩的CO2提供给Rubisco中称为类胡萝卜素的细胞器。正在进行的努力试图将藻类CCM工程化为缺乏CCM的农作物以增加产量。为了增进对藻类CCM的基本了解，我们建立了叶绿体规模的反应扩散模型，以分析CCM在绿色藻类莱茵衣藻中的功效和能效。我们表明，要实现有效和节能的CCM，需要物理屏障（如类囊体堆栈或淀粉护套）以减少CO2从类胡萝卜素基质中泄漏出来。我们的模型提供了两种不同的无机碳吸收策略的相对性能的见解：在空气水平的CO2处，CCM可以通过吸收外部CO2的被动扩散并催化其转化为HCO3-的方式有效运行，然后将其捕获在叶绿体中。但是，在较低的外部CO2水平下，有效的CO2浓度需要积极输入HCO3-。我们还发现碳酸酐酶的适当定位可以减少CO2和HCO3-之间无用的碳循环，从而增强CCM性能。我们提出了一条四步骤的工程路线，即，将Rubisco的预计CO2饱和度提高至七倍，而每固定CO2的理论成本仅为1.5 ATP。我们的系统级分析建立了可广泛应用于其他藻类的CCM基础的生物物理原理，并提供了指导将藻类CCM工程化为陆地植物的框架。CCM可以吸收被动扩散的外部CO2并催化将其转化为HCO3-，然后将其捕获在叶绿体中，从而有效地运行。但是，在较低的外部CO2水平下，有效的CO2浓度需要积极输入HCO3-。我们还发现碳酸酐酶的适当定位可以减少CO2和HCO3-之间无用的碳循环，从而增强CCM性能。我们提出了一条四步骤的工程路线，即，将Rubisco的预计CO2饱和度提高至七倍，而每固定CO2的理论成本仅为1.5 ATP。我们的系统级分析建立了可广泛应用于其他藻类的CCM基础的生物物理原理，并提供了指导将藻类CCM工程化为陆地植物的框架。CCM可以吸收被动扩散的外部CO2并催化将其转化为HCO3-，然后将其捕获在叶绿体中，从而有效地运行。但是，在较低的外部CO2水平下，有效的CO2浓度需要积极输入HCO3-。我们还发现碳酸酐酶的适当定位可以减少CO2和HCO3-之间无用的碳循环，从而增强CCM性能。我们提出了一条四步骤的工程路线，即，将Rubisco的预计CO2饱和度提高至七倍，而每固定CO2的理论成本仅为1.5 ATP。我们的系统级分析建立了可广泛应用于其他藻类的CCM基础的生物物理原理，并提供了指导将藻类CCM工程化为陆地植物的框架。然后被困在叶绿体中；但是，在较低的外部CO2水平下，有效的CO2浓度需要积极输入HCO3-。我们还发现碳酸酐酶的适当定位可以减少CO2和HCO3-之间无用的碳循环，从而增强CCM性能。我们提出了一条四步骤的工程路线，即，将Rubisco的预计CO2饱和度提高至七倍，而每固定CO2的理论成本仅为1.5 ATP。我们的系统级分析建立了可广泛应用于其他藻类的CCM基础的生物物理原理，并提供了指导将藻类CCM工程化为陆地植物的框架。然后被困在叶绿体中；但是，在较低的外部CO2水平下，有效的CO2浓度需要积极输入HCO3-。我们还发现碳酸酐酶的适当定位可以减少CO2和HCO3-之间无用的碳循环，从而增强CCM性能。我们提出了一条四步骤的工程路线，即，将Rubisco的预计CO2饱和度提高至七倍，而每固定CO2的理论成本仅为1.5 ATP。我们的系统级分析建立了可广泛应用于其他藻类的CCM基础的生物物理原理，并提供了指导将藻类CCM工程化为陆地植物的框架。我们还发现碳酸酐酶的适当定位可以减少CO2和HCO3-之间无用的碳循环，从而增强CCM性能。我们提出了一条四步骤的工程路线，即，将Rubisco的预计CO2饱和度提高至七倍，而每固定CO2的理论成本仅为1.5 ATP。我们的系统级分析建立了可广泛应用于其他藻类的CCM基础的生物物理原理，并提供了指导将藻类CCM工程化为陆地植物的框架。我们还发现碳酸酐酶的适当定位可以减少CO2和HCO3-之间无用的碳循环，从而增强CCM性能。我们提出了一条四步骤的工程路线，即，将Rubisco的预计CO2饱和度提高至七倍，而每固定CO2的理论成本仅为1.5 ATP。我们的系统级分析建立了可广泛应用于其他藻类的CCM基础的生物物理原理，并提供了指导将藻类CCM工程化为陆地植物的框架。



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