Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Lingkungan

Ilmuwan memecahkan misteri di balik organel yang penuh teka-teki, pyrenoid – ScienceDaily


Karbon adalah salah satu bahan penyusun utama kehidupan di Bumi. Ini melimpah di atmosfer planet kita, di mana ia ditemukan dalam bentuk karbon dioksida. Karbon masuk ke tubuh penduduk bumi terutama melalui proses fotosintesis, yang menggabungkan karbon dioksida menjadi gula yang berfungsi sebagai komponen untuk biomolekul penting dan bahan bakar rantai makanan global. Sekitar sepertiga dari proses ini secara global dilakukan oleh alga bersel tunggal yang hidup di lautan (sebagian besar sisanya dilakukan oleh tumbuhan).

Enzim yang melakukan langkah pertama reaksi untuk mengasimilasi karbon dioksida menjadi gula adalah protein besar yang disebut Rubisco yang dirakit dari delapan subunit kecil identik dan delapan subunit besar identik yang disusun bersama secara simetris. Semua bagian dari rakitan ini, yang disebut holoenzim, bekerja bersama untuk melakukan tugas enzimatis Rubisco. Laju aktivitas Rubisco – dan juga laju pertumbuhan tanaman dan ganggang – dibatasi oleh aksesnya ke karbon dioksida. Karbondioksida bebas bisa langka di air, begitu juga alga air Chlamydomonas reinhardtii terkadang kesulitan untuk menjaga Rubisco tetap bekerja pada kapasitas puncaknya. Untuk mengatasi hal ini, alga ini mengembangkan struktur khusus yang disebut pyrenoid untuk memasok karbon dioksida pekat ke Rubisco. Pyrenoid sangat penting sehingga hampir semua alga di planet ini memilikinya. Spesies ganggang yang berbeda diperkirakan telah mengembangkan strukturnya secara mandiri.

“Ciri khas pirenoid adalah matriksnya, kondensat seperti cairan raksasa yang mengandung hampir semua Rubisco sel,” jelas Jonikas, Asisten Profesor di Departemen Biologi Molekuler di Princeton.

Rubisco adalah komponen utama dari matriks pyrenoid, tetapi bukan satu-satunya; pada 2016, lab Jonikas menemukan protein lain yang melimpah di pyrenoid yang disebut EPYC1. Dalam makalah 2016 mereka, kelompok Jonikas menunjukkan bahwa EPYC1 mengikat Rubisco dan membantu memusatkan Rubisco di pirenoid. Para peneliti berteori bahwa EPYC1 bekerja seperti lem molekuler untuk menghubungkan holoenzim Rubisco. Postdoc Shan He, bersama dengan rekan-rekan di lab Jonikas dan kolaborator dari Jerman, Singapura dan Inggris, mulai menguji teori ini.

“Dalam penelitian ini, kami mendemonstrasikan bahwa ini memang cara kerjanya,” kata Jonikas, “dengan menunjukkan bahwa EPYC1 memiliki lima situs pengikatan untuk Rubisco, memungkinkannya untuk ‘menghubungkan’ bersama beberapa holoenzim Rubisco.”

EPYC1 adalah protein diperpanjang terstruktur longgar, dan lima situs pengikatan Rubisco didistribusikan secara merata di sepanjang panjangnya. Para peneliti juga menemukan bahwa Rubisco memiliki delapan situs pengikatan EPYC1 yang didistribusikan secara merata di seluruh permukaannya yang seperti bola. Pemodelan komputer menunjukkan bahwa protein EPYC1 yang terstruktur secara longgar dan fleksibel dapat membuat banyak kontak dengan satu holoenzim Rubisco atau menjembatani bersama yang berdekatan. Dengan cara ini, EPYC1 mendorong Rubisco ke cluster dalam matriks pyrenoid.

Meskipun ini menawarkan penjelasan yang memuaskan tentang bagaimana matriks disusun, hal ini menimbulkan semacam teka-teki. Protein lain harus dapat mengakses Rubisco untuk memperbaikinya saat rusak. Jika jaringan EPYC1-Rubisco kaku, itu dapat memblokir protein ini untuk mengakses Rubisco. Namun, Dia dan rekannya menemukan bahwa interaksi EPYC1 dengan Rubisco cukup lemah, jadi meskipun kedua protein tersebut dapat membentuk banyak kontak satu sama lain, kontak ini bertukar dengan cepat.

“Ini memungkinkan EPYC1 dan Rubisco untuk mengalir melewati satu sama lain sambil tetap berada dalam kondensat yang padat, memungkinkan protein pyrenoid lain juga mengakses Rubisco,” catat Jonikas. “Pekerjaan kami memecahkan misteri lama tentang bagaimana Rubisco disatukan dalam matriks pyrenoid.”

Tanaman darat tidak memiliki pyrenoid, dan para ilmuwan berpikir bahwa rekayasa struktur seperti pyrenoid menjadi tanaman dapat meningkatkan tingkat pertumbuhannya. Memahami bagaimana pyrenoid berkumpul di alga merupakan langkah signifikan menuju upaya tersebut.

“Dia dan rekannya memberikan studi molekuler yang sangat bagus tentang interaksi protein-protein antara subunit kecil Rubisco dan EPYC1,” kata Dr. James Moroney, Profesor Biologi di departemen Ilmu Biologi Universitas Negeri Louisiana, yang labnya mempelajari fotosintesis pada tumbuhan. dan alga.

“Pekerjaan ini mendorong para peneliti yang mencoba memperkenalkan struktur mirip pyrenoid ke dalam tanaman untuk meningkatkan fotosintesis,” tambahnya.

Di dunia yang dilanda kelaparan dan penyakit, kita bisa menggunakan semua dorongan yang bisa kita dapatkan.

Pendanaan: Pekerjaan yang dijelaskan di sini didukung oleh hibah untuk MCJ dari National Science Foundation (nos IOS-1359682 dan MCB-1935444), National Institutes of Health (no. DP2-GM-119137), dan Simons Foundation dan Howard Hughes Medical Institute (no. 55108535); menjadi BDE oleh Deutsche Forschungsgemeinschaft (EN 1194 / 1-1 sebagai bagian dari FOR2092); ke OM-C. oleh Kementerian Pendidikan (MOE Singapura) Tier 2 (no. MOE2018-T2-2-059); kepada AJM dan NA oleh Dewan Riset Bioteknologi dan Ilmu Biologi Inggris (no. BB / S015531 / 1) dan Leverhulme Trust (no. RPG-2017-402); ke FMH oleh NIH (R01GM071574); ke SAP oleh Deutsche Forschungsgemeinschaft fellowship (no. PO2195 / 1-1); dan kepada VKC oleh hibah pelatihan Institut Nasional Ilmu Kedokteran Umum dari Institut Kesehatan (no. T32GM007276).

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Universitas Princeton. Asli ditulis oleh Caitlin Sedwick. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP