Dorongan untuk fotosintesis

Fotosintesis adalah proses biologis mendasar di mana tanaman menggunakan energi cahaya untuk pertumbuhan. Sebagian besar bentuk kehidupan di Bumi secara langsung atau tidak langsung bergantung pada fotosintesis. Para peneliti di Institut Biokimia Max Planck di Jerman telah bekerja sama dengan rekan-rekan dari Universitas Nasional Australia untuk mempelajari pembentukan karboksisom, sebuah struktur yang meningkatkan efisiensi fotosintesis pada bakteri air. Hasilnya, sekarang dipublikasikan di Nature , dapat mengarah pada rekayasa tanaman dengan fotosintesis yang lebih efisien dan dengan demikian menghasilkan panen yang lebih tinggi.

Dengan  meningkat sekitar 80 juta orang setiap tahun, permintaan akan makanan terus meningkat. Untuk memenuhi permintaan ini, para ilmuwan sedang mengerjakan strategi untuk meningkatkan produktivitas tanaman.

Fotosintesis - penting tetapi tidak efisien

Sementara sebagian besar organisme harus mengambil nutrisi untuk menghasilkan energi untuk sel, tumbuhan dan beberapa mikroba dapat mengisi sel mereka dengan energi cahaya. Melalui fotosintesis, mereka mengubah air dan karbon dioksida (CO 2 ) menjadi gula dan oksigen dengan bantuan sinar matahari. Enzim kritis dari reaksi ini adalah rubisco, yang mengkatalisis fiksasi CO 2 dari atmosfer.

Namun, rubisco, yang diperkirakan enzim paling melimpah di bumi, bekerja lambat dan tidak efisien. Selain mengikat CO 2 , rubisco juga dapat bereaksi dengan oksigen. Banyak energi yang hilang dalam reaksi samping ini. Oleh karena itu, para ilmuwan mencoba merekayasa versi rubisco yang lebih efisien untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman. Sebuah tim yang dipimpin oleh Manajit Hayer-Hartl kini telah memberikan kontribusi penting untuk upaya tersebut.

Cyanobacteria adalah mikroba air yang melakukan fotosintesis. Mereka telah mengembangkan strategi untuk meningkatkan efisiensi enzim rubisco mereka. Cyanobacteria secara lokal meningkatkan konsentrasi CO 2 dalam struktur khusus yang disebut karboksisom dan membatasi rubisco mereka pada struktur ini. Dengan cara ini, cyanobacteria mengurangi energi yang hilang dalam reaksi samping dengan oksigen. Studi baru sekarang telah menunjukkan bagaimana pembentukan karboksisom dimulai.

Menjebak rubisco untuk energi ekstra

Cyanobacteria menggunakan  pembantu yang disebut CcmM untuk menangkap rubisco. CcmM dibangun dari beberapa modul berulang yang menyerupai subunit kecil rubisco - oleh karena itu, telah lama diasumsikan bahwa modul ini menggantikan subunit kecil rubisco saat protein berinteraksi, sehingga menghubungkan protein rubisco.

Namun, kompleks antara CcmM dan rubisco sangat dinamis dan oleh karena itu tidak dapat diselesaikan dengan metode biologi struktural tradisional. "Dalam studi ini, kami mengambil keuntungan dari metode mikroskopis cryo-electron yang berkembang pesat untuk menangkap interaksi dinamis ini," kata Huping Wang, penulis pertama studi tersebut. Dengan menggunakan cryo-EM, para peneliti menunjukkan bahwa CcmM tidak menggantikan subunit kecil dari rubisco melainkan menghubungkan protein rubisco bersama-sama melalui mekanisme yang tidak terduga.

Interaksi antara CcmM dan rubisco menyebabkan de-mixing protein kompleks dari protein lain di dalam sel. "Pencampuran protein ini disebut pemisahan fase, suatu proses yang memusatkan protein secara lokal. Pada cyanobacteria, cangkang protein karboksisom kemudian dibentuk di sekitar fase yang dipisahkan CcmM dan rubisco untuk menangkapnya," jelas Xiao Yan, penulis pertama bersama. dari penelitian ini. Proses serupa dari pemisahan fase juga berperan dalam penyakit neurodegeneratif seperti sklerosis lateral amiotrofik.

Pembentukan karboksisom meningkatkan  karena kompartemen mikro ini memusatkan CO 2 di sekitar rubisco, membuat enzim lebih efisien. Hasil studi baru ini sangat meningkatkan pemahaman tentang bagaimana struktur konsentrasi CO 2 ini terbentuk.

Manajit Hayer-Hartl menjelaskan aplikasi potensial dari hasil penelitian: "Jika kita dapat mentransfer karboksisom yang berfungsi ke tanaman yang lebih tinggi, ini akan memberi tanaman dorongan ekstra dengan memungkinkan mereka untuk memperbaiki CO 2 secara lebih efisien. Energi, yang biasanya hilang dalam reaksi rubisco dengan oksigen, akan menuju produksi biomassa. " Dalam jangka panjang, wawasan dari penelitian Hayer-Hartl dapat berkontribusi untuk menghasilkan tanaman yang lebih efisien, mengurangi permintaan pupuk, dan meningkatkan pasokan pangan global.

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Apakah Penuaan Penyakit yang Dapat Anda Balikkan? Pandangan pada Sains di Balik Gerakan Panjang Umur

  DAVE ASPREY, pendiri perusahaan suplemen Antipeluru dan salah satu dari banyak raksasa teknologi Lembah Silikon yang terobsesi untuk memperpanjang masa hidup mereka, dengan terkenal menyatakan bahwa dia ingin hidup lebih dari 180 tahun.  Kedengarannya, terus terang, melelahkan.  Namun siapa yang tidak ingin menyesap dengan lesu dari cangkir gerontologi, dengan asumsi kesehatan dan kebugaran yang wajar? Di situlah letak tangkapannya: Umur panjang adalah sesuatu yang diinginkan dan ditakuti dalam ukuran yang sama.  Paman saya adalah seorang ilmuwan roket di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama.  Ketika saya mengunjunginya di tahun-tahun terakhirnya, saya tidak mengenali pria yang dulunya dinamis dan brilian ini.  Dia bingung, lemah, tidak jelas.  Pada tahun 2014, Yehezkiel Emanuel, seorang ahli onkologi terkemuka dan ketua Departemen Etika Medis dan Kebijakan Kesehatan di Universitas Pennsylvania, menulis esai yang blak-b...
Baca selengkapnya

Microbiome Gut Memainkan Peran Penting dalam Pengaturan Tidur

Gambar
Apnea tidur obstruktif mengubah mikrobioma usus pada tikus.  Transplantasi bakteri usus dari tikus dengan OSA ke tikus tanpa gangguan menyebabkan gangguan tidur. University of Missouri-Columbia Obstructive sleep apnea (OSA) adalah kondisi tidur kronis yang mempengaruhi lebih dari satu miliar orang di seluruh dunia.  Bukti menunjukkan OSA dapat mengubah mikrobioma usus (GM) dan dapat meningkatkan penyakit penyerta terkait OSA, termasuk diabetes, hipertensi, dan masalah kognitif. Para peneliti dari Fakultas Kedokteran Universitas Missouri dan MU Health Care telah menemukan bagaimana gangguan tidur terkait OSA memengaruhi mikrobioma usus pada tikus dan bagaimana transplantasi bakteri usus tersebut ke tikus lain dapat menyebabkan perubahan pola tidur pada tikus penerima. David Gozal, MD, Ketua Kesehatan Anak yang Diberkahi oleh Marie M. dan Harry L. Smith di Fakultas Kedokteran MU, mengatakan penelitian tersebut menunjukkan mikrobioma usus memainkan peran utama dalam pengaturan ti...
Baca selengkapnya

Apa Arti Romantis Sesungguhnya Setelah 10 Tahun Pernikahan

Saya seorang kolumnis nasihat, jadi terkadang orang bertanya kepada saya tentang bagaimana mereka bisa "menjaga romantisme tetap hidup" dalam pernikahan mereka.  Ini sedikit membingungkan saya karena, yang dimaksud dengan "romansa", yang saya maksud adalah versi tradisional, yang bergantung pada kehidupan di dalam tanda tanya raksasa yang menegangkan.  Versi romansa ini adalah tentang momen mendebarkan ketika Anda berpikir bahwa seseorang mungkin baru saja terwujud yang akan membuat setiap hal di dunia ini terasa lezat dan luar biasa dan benar selamanya.  Ini muncul dari pertanyaan besar, seperti "Dapatkah saya benar-benar memiliki apa yang saya cari?  Akankah saya benar-benar merasa dicintai, diinginkan, dan benar-benar dipuja pada akhirnya?  Dapatkah saya akhirnya dianggap sebagai jawaban atas mimpi orang lain, pahlawan wanita dengan mata berkilauan dan senyum gerah? "  Dan versi romansa ini memuncak tepat pada saat Anda berpikir, Ya Tuhan, aku benar ...
Baca selengkapnya