Peneliti mengungkapkan struktur molekul yang terlibat dalam respirasi tanaman – Sains Terkini

Semua tumbuhan dan hewan bernafas, melepaskan energi dari makanan. Pada tingkat sel, proses ini terjadi di mitokondria. Tetapi ada perbedaan pada tingkat molekuler antara bagaimana tumbuhan dan hewan mengekstraksi energi dari sumber makanan. Menemukan perbedaan tersebut dapat membantu merevolusi pertanian.

"Respirasi tanaman adalah proses penting secara biologis untuk pertumbuhan, untuk akumulasi biomassa," kata Maria Maldonado, seorang peneliti postdoctoral di laboratorium James Letts, asisten profesor di Departemen Biologi Molekuler dan Seluler, Sekolah Tinggi Ilmu Biologi. "Jika Anda memikirkan tanaman, sejauh mana mereka tumbuh terkait dengan akumulasi biomassa dan interaksi antara fotosintesis dan respirasi."

Dalam sebuah penelitian yang muncul di eLife, Maldonado, Letts dan rekannya menyediakan struktur 3D tingkat atom pertama dari kompleks protein terbesar (kompleks I) yang terlibat dalam rantai transpor elektron mitokondria tumbuhan.

"Untuk mamalia atau ragi, kami memiliki struktur resolusi lebih tinggi dari seluruh rantai transpor elektron dan bahkan superkompleks, yang merupakan kompleks kompleks, tetapi untuk tumbuhan, ini adalah kotak hitam keseluruhan," kata Maldonado. "Sampai hari ini."

Mengetahui struktur dan fungsi kompleks protein nabati ini dapat membantu para peneliti meningkatkan pertanian dan bahkan merancang pestisida yang lebih baik.


“Banyak pestisida sebenarnya menargetkan kompleks rantai transpor elektron mitokondria hama,” kata Letts. "Jadi dengan memahami struktur kompleks tanaman, kami juga dapat merancang pestisida atau fungisida yang lebih tepat sasaran yang akan membunuh jamur tetapi tidak membunuh tanaman dan bukan manusia yang memakan tanaman."

Menanam kacang hijau dalam gelap

Untuk membuat makanannya, tumbuhan memanfaatkan kloroplas untuk melakukan fotosintesis. Tetapi kloroplas dapat menimbulkan masalah bagi para ilmuwan yang mempelajari hal-hal kecil molekuler dari rantai transpor elektron mitokondria.

“Tumbuhan memiliki mitokondria dan juga memiliki kloroplas, yang membuat tumbuhan menjadi hijau, tetapi organelnya berukuran sangat mirip dan memiliki sifat fisik yang sangat mirip,” kata Maldonado.

Kesamaan ini membuat sulit untuk mengisolasi mitokondria dari kloroplas di laboratorium. Untuk menyiasatinya, para peneliti menggunakan kacang hijau "etiolated" (Vigna radiata), artinya mereka menumbuhkan tanaman dalam gelap, yang mencegah perkembangan kloroplas dan menyebabkan tanaman tampak memutih.

“Kacang hijau adalah minyak biji yang menyimpan energi dalam bentuk minyak biji dan kemudian kecambah mulai membakar minyak tersebut seperti bahan bakarnya,” kata Letts. Tanpa kloroplas, tanaman tidak dapat berfotosintesis, sehingga membatasi aliran energinya.

Dengan memisahkan mitokondria dari kloroplas, para peneliti memperoleh gambaran struktural yang lebih jelas dari kompleks I dan subkompleksnya.


"Kami menggunakan mikroskop cryoelectron partikel tunggal untuk memecahkan struktur kompleks setelah memurnikannya dari sampel mitokondria," kata Letts.

Dengan struktur ini, para ilmuwan dapat melihat, pada tingkat atom, bagaimana protein blok pembangun kompleks I disusun dan bagaimana struktur dan perakitannya berbeda dibandingkan dengan kompleks yang ada dalam sel mamalia, ragi, dan bakteri.

"Struktur kami menunjukkan kepada kami untuk pertama kalinya detail modul I kompleks yang unik untuk tumbuhan," kata para peneliti. "Eksperimen kami juga memberi kami petunjuk bahwa perantara perakitan ini mungkin tidak hanya menjadi langkah menuju kompleks I yang dirakit sepenuhnya, tetapi mungkin memiliki fungsi tersendiri."

Para peneliti berspekulasi bahwa struktur modular unik I kompleks dapat memberi tanaman fleksibilitas untuk berkembang sebagai organisme sesil.

“Berbeda dengan kita, tanaman terjebak di tanah, sehingga harus bisa beradaptasi,” kata Letts. "Jika sesuatu berubah, mereka tidak bisa begitu saja bangun dan pergi seperti yang kita bisa, jadi mereka telah berkembang menjadi sangat fleksibel dalam metabolisme mereka."

Dengan struktur kompleks I yang ada sekarang, para peneliti berencana untuk melakukan percobaan fungsional. Pemahaman lebih lanjut tentang fungsi I kompleks dapat membuka pintu untuk membuat tanaman lebih hemat energi.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.