Diposting Rabu, 6 April 2011 jam 7:10 pm oleh Evy Siscawati

Mahluk Hidup di Bumi Purba tinggal dalam Lingkungan Asam yang Panas

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Rabu, 6 April 2011 -


 

Studi ini menemukan kalau sekelompok enzim purba bernama tioredoksin secara kimia stabil pada suhu hingga 32 derajat Celsius lebih tinggi daripada sejenisnya yang modern. Enzim ini, yang usianya beberapa miliar tahun, juga menunjukkan peningkatan aktivitas pada pH rendah – yang berarti keasaman tinggi.

“Studi ini menunjukkan kalau sekelompok protein beroperasi dalam lingkungan panas dan asam selama masa purba, yang mendukung pandangan kalau lingkungan semakin mendingin dan semakin alkalin antara empat miliar hingga 500 juta tahun lalu,” kata Eric Gaucher, asisten profesor di Sekolah Biologi Institut Teknologi Georgia.

Studi ini, yang diterbitkan tanggal 3 April 2011 dalam edisi jurnal Nature Structural & Molecular Biology, dilakukan oleh sebuah tim peneliti internasional dari Georgia Tech, Columbia University dan Universidad de Granada di Spanyol.

Pendanaan studi ini disediakan oleh dua beasiswa dari NASA ke Georgia Tech, beasiswa dari Lembaga Kesehatan Nasional ke Universitas Columbia, dan beasiswa dari Kementrian Sains dan Inovasi Spanyol pada Universidad de Granada.

Menggunakan sebuah teknik yang disebut rekonstruksi barisan purba, Gaucher dan mahasiswa pasca sarjana Georgia Tech, Zi-Ming Zhao merekonstruksi tujuh enzim tioredoksin purba dari tiga domain kehidupan – arkea, bakteri dan eukariota – yang berusia antara satu hingga empat miliar tahun.

Untuk membangkitkan enzim-enzim ini, yang ditemukan pada hampir semua organisme modern dan mendasar bagi kehidupan mamalia, para peneliti pertama membuat pohon keluarga lebih dari 200 barisan tioredoksin yang tersedia dari ketiga domain kehidupan ini. Lalu mereka merekonstruksi barisan enzim tioredoksin purba menggunakan metode statistik berbasis perkemungkinan maksimum (maximum likelihood). Terakhir, mereka mensintesis gen yang menyandikan barisan ini, mengekspresikan protein purba dalam sel bakteri Escherichia coli modern dan memurnikan proteinnya.

“Dengan membangkitkan protein ini, kami mampu mengumpulkan informasi berharga mengenai adaptasi bentuk kehidupan yang telah punah pada perubahan iklim, ekologi dan fisiologi yang tidak dapat diungkap lewat pemeriksaan catatan fosil,” kata Gaucher.

Enzim yang direkonstruksi dari periode Pra Kambria – yang berakhir sekitar 542 juta tahun lalu – digunakan untuk memeriksa bagaimana kondisi lingkungan, termasuk pH dan suhu, mempengaruhi evolusi enzim dan mekanisme kimianya.

“Dengan asal usul enzim tioredoksin yang purba, dengan sebagian mempredasi penumpukan oksigen di atmosfer, kami pikir kimia katalitik mereka akan sederhana, tapi kami menemukan kalau enzim tioredoksin menggunakan campuran kompleks mekanisme kimia yang meningkatkan efisiensi mereka pada senyawa yang lebih sederhana yang tersedia pada geokimia purba,” kata Julio Fernández, profesor di Jurusan Ilmu Biologi di Universitas Columbia.

Fernández memimpin sebuah tim yang beranggotakan para peneliti pasca doktoral Universitas Columbia seperti Raul Perez-Jimenez, Jorge Alegre-Cebollada dan Sergi Garcia-Manyes, serta mahasiswa pasca sarjana Pallav Kosuri dalam menggunakan sebuah assay berbasis pada spektroskopi gaya molekul tunggal untuk mengukur ambang aktivitas enzim tioredoksin pada berbagai tingkat pH.

Untuk eksperimen mereka, para peneliti menggunakan sebuah mikroskop gaya atom untuk mengambil dan merentangkan sebuah protein yang direkayasa dalam larutan mengandung tioredoksin. Mereka pertama memberikan gaya tetap pada protein ini, menyebabkannya membuka dengan cepat dan memaparkan ikatan disulfidanya pada enzim tioredoksin. Laju dimana enzim tioredoksin memotong ikatan disulfida menentukan ambang efisiensi enzim.

Hasil studi menunjukkan kalau tiga enzim tioredoksin tertua – yang diduga tinggal di Bumi antara 4.2 hingga 3.5 miliar tahun lalu – mampu beroperasi pada lingkungan dengan pH lebih rendah daripada enzim tioredoksin yang modern.

“Analisis kami menunjukkan kalau enzim tioredoksin beradaptasi dengan baik pada fungsinya dalam kondisi asam dan mereka mempertahankan ambang aktivitas tinggi saat mereka berevolusi dalam lingkungan yang lebih alkalin,” kata Fernández.

Untuk mengukur jangkauan suhu dimana enzim ini beroperasi, professor Jose Sanchez-Ruiz dan mahasiswa pascasarjana Alvaro Inglés-Prieto dari Departamento de Química-Física di Universidad de Granada di Spanyol menggunakan teknik yang disebut kalorimetri pemindaian diferensial. Metode ini mengukur stabilitas enzim dengan memanaskan enzim pada laju konstan dan mengukur perubahan panas berasosiasi dengan pembukaannya.

Para peneliti menemukan kalau protein purba stabil pada suhu hingga 32 derajat Celsius lebih tinggi dari tioredoksin modern. Eksperimen menunjukkan kalau enzim semakin menunjukkan stabilitas suhu tinggi ketika umurnya semakin tua. Hasilnya memberi bukti kalau tioredoksin purba teradaptasi dengan trend pendinginan samudera purba, sebagaimana disimpulkan dari catatan geologis.

“Hasil kami membenarkan kalau kehidupan memiliki kemampuan hebat untuk beradaptasi pada sejumlah besar kondisi lingkungan historis; dan lewat ekstensi, kehidupan akan tidak diragukan beradaptasi dengan perubahan lingkungan masa depan, walau mengorbankan banyak spesies,” kata Gaucher.

Studi ini juga menunjukkan kalau pembangkitan eksperimental protein purba dengan sensitivitas teknik molekul tunggal dapat menjadi alat yang kuat untuk memahami asal usul dan evolusi kehidupan di Bumi.

Para peneliti sekarang menggunakan strategi ini untuk memeriksa enzim lain untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas mengenai seperti apa kehidupan di Bumi Purba. Mereka juga menerapkan perangkat ini untuk bidang bioteknologi, dimana enzim berperan penting dalam banyak proses industri.

“Fungsi dan karakteristik yang kami amati dalam enzim purba menunjukkan kalau teknik kami dapat diimplementasikan untuk membangkitkan enzim yang lebih baik pada sejumlah besar aplikasi,” tambah Perez-Jimenez.

Sumber berita:

Georgia Institute of Technology Research News.

Referensi jurnal:

1.      Raul Perez-Jimenez, Alvaro Inglés-Prieto, Zi-Ming Zhao, Inmaculada Sanchez-Romero, Jorge Alegre-Cebollada, Pallav Kosuri, Sergi Garcia-Manyes, T Joseph Kappock, Masaru Tanokura, Arne Holmgren, Jose M Sanchez-Ruiz, Eric A Gaucher, Julio M Fernandez. Single-molecule paleoenzymology probes the chemistry of resurrected enzymes. Nature Structural & Molecular Biology, 2011; DOI: 10.1038/nsmb.2020

 

 

 

 

Evy Siscawati
Facts are the air of scientists. Without them you can never fly (Linus Pauling). Berjalan di pantai, dud dud, berjalan di pantai, dud dud (ESW).
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.