|
Nama : Mutia
NIM : 08101005042
Jurusan:
Ilmu Kelautan
|
Klasifikasi
Methanococcus
Domain : Archaea
Kingdom : Euryarchaeota
Phylum : Euryarchaeota
Class : Methanococci
Order : Methanococcales
Family : Methanococcaceae
Genus : Methanococcus
Species :
Methanococcus aeolicus, Methanococcus maripaludis, Methanococcus vannielii, Methanococcus voltae, Methanococcus
thermolithotrophicus, Methanococcus jannaschii
Methanococcus jannaschii ©UC Berkeley Electron Microscope Lab
Methanococcus jannaschii © UC Berkeley Lab Mikroskop Elektron
Dalam taksonomi, Methanococcus adalah genus dari Methanococcaceae. Methanococcus adalah
genus coccoid methanogen. Mereka semua mesophiles, kecuali termofilik M.
thermolithotrophicus dan hyperthermophilic M. jannaschii . jannaschii. Yang
terakhir ditemukan di dasar putih perokok "cerobong asap" pada 21 ° N pada Rise Pasifik Timur
dan anak adalah yang pertama archaeal genom harus benar-benar diurutkan,
mengungkapkan banyak novel dan eukariot seperti elemen.
maripaludis Methanococcus
(Latin "kuda betina" yang berarti laut, "palus" artinya
rawa) merupakan jenis model antara metanogen Archaea Awalnya ditandai dengan WJ
Jones, spesies adalah metanogen predominent diisolasi dari sedimen garam-rawa
di Carolina Selatan, Amerika Serikat. Banyak tambahan isolat diperoleh oleh W.
Whitman, termasuk S2 strain, juga dikenal sebagai strain LL. M,. Maripaludis
adalah sangat anaerobik, hydrogenotrophic (tumbuh pada hidrogen dan karbon
dioksida) dan nitrogen-fixing dan merupakan relatif mesofilik dari Methanococcus
hyperthermophilic jannaschii. Sel yang cocci tidak teratur dengan
motilitas lemah. M. Maripaludis adalah model laboratorium yang sangat
baik karena cepat, pertumbuhan yang handal, lengkap genom urutan, kuat satu set alat genetik , dan studi berkelanjutan dengan
array ekspresi dan proteomik.
Methanococcus jannaschii adalah organisme hyperthermophillic
autotropic yang dimiliki oleh kerajaan Archaea. Mereka ditemukan untuk hidup di
lingkungan yang ekstrim seperti ventilasi hipothermal di bagian bawah lautan di
mana air mencapai suhu mendidih atau tekanan sangat tinggi (Bult, CJ et. Al.,
1996). evolusi dari organisme dan mekanisme biologis yang mereka gunakan untuk
tidak hanya bertahan tetapi juga berkembang di lingkungan ekstrim tersebut
menarik bagi penelitian saat ini.
Pada tahun 1982, jannaschii
pertama kali diisolasi di Rise Pasifik Timur, dekat pantai barat Meksiko.
Organisme ini ditemukan dari sampel sedimen yang diambil dari 2600
"perokok putih" m cerobong asap yang mendalam. Habitat ekstrim suhu antara 48oC-94oC, tekanan
pada 200atm, pH 5,2-7, dan 1,0-5,0% NaCl mengarah ahli untuk kesimpulan bahwa
organisme harus memiliki dimodifikasi dan unik adaptasi untuk pertumbuhan
optimal pada suhu tinggi, tekanan tinggi , dan juga tingkat salinitas sedang
(Tsoka et al,. 2003). jannaschii mengungkapkan bahwa
mereka tidak teratur cocci (memiliki bentuk bulat tidak teratur). Motilitas
mereka adalah dengan memanfaatkan ikatan polar flagella (Tsoka et al.., 2003).
Karakteristik untuk setiap organisme yang dimiliki kerajaan Archaea, jannaschii
tidak memiliki dinding sel, namun mereka tidak memiliki amplop sel yang terdiri
dari membran sitoplasma dan lapisan protein permukaan (S-layer) (Sleytr et,.
2007 al.).
Methanococcus
jannaschii ditemukan di sebuah "perokok putih", 2600m hidrotermal
ventilasi © Woods Hole Oceanographic Institution
Methanococcus jannaschii milik kelompok khusus yang
disebut methanogen, atau produsen metana (Tumbula dan Whitman, 1999).
Methanogen secara fisiologis khusus untuk menjalani mendorong reaksi untuk
menghasilkan metana sebagai produk akhir (Reeve, 1992). Mereka adalah organisme
bersel tunggal akhirnya autotropic. Menjadi organisme autotropic, jannaschii
adalah sangat anaerobik dan hanya menggunakan karbon dioksida sebagai sumber
karbon tunggal. Jalur utamanya untuk produksi energi adalah melalui
methanogenesis, sebuah proses di mana hidrogen digunakan sebagai sumber energi
untuk mengurangi karbon dioksida untuk metana (Zhu et. al., 2004). Methanogen
sangat penting untuk lingkungan anaerobik karena mereka mengubah senyawa
organik menjadi metana, yang kemudian naik ke lingkungan aerobik. Dengan
demikian, organisme ini menyediakan jalur untuk senyawa yang ada dalam
lingkungan anaerob untuk melarikan diri ke atmosfer, di mana ia bertindak
sebagai nara sumber gas alam (Reeve, 1992).
M. jannaschii menjadi organisme pertama di archaea
untuk memiliki genom lengkap sequencing (Bult, CJ et. Al, 1996). struktur
genomik bersama dengan gaya hidup yang unik, secara bertahap memberikan wawasan
pemahaman adaptasi organisme ke habitat ekstrim. Lebih penting lagi,
pengetahuan yang diperoleh dari mempelajari proses metabolisme, enzim, dan
protein yang secara khusus terlibat dalam proses-proses ini akan mengarah pada
pemahaman yang lebih dalam evolusi Archaeajannaschii dan lingkungannya,
evolusi banyak pertanyaan tentang lingkungan kita berpotensi dijawab.
Struktur Genom
Methanococcus jannaschii adalah organisme pertama dari
kerajaan Archaea harus benar-benar diurutkan pada tahun 1995 (Bult, CJ et. Al.,
1996). Tiga karakteristik unsur-unsur yang membentuk genom jannaschii
adalah: kromosom melingkar besar, melingkar ekstra kromosom-besar, dan sebuah
lingkaran kecil ekstra-kromosom (Bult, CJ et,. 1996 al.). Menggunakan
sequencing-acak seluruh genom, ditemukan bahwa:
1. Kromosom
lingkaran besar memiliki panjang 1,66 mega pasangan basa. Dalam kromosom, ada
total 1729 daerah protein-coding, dan persentase kandungan G + C 31,4%.
2.
Surat edaran ekstra besar-kromosom memiliki panjang 58 kilo pasangan basa.
Daerah penyandi protein total 45, dan persentase kandungan G + C dilaporkan
sebagai 28,2%.
3.
Lingkaran kecil ekstra-kromosom mengandung 16,5 kilo pasangan basa. Daerah
diprediksi protein-coding adalah 12, dan persen kandungan G + C adalah 28,9%.
Struktur genom jannaschii Methanococcus akhirnya
memberikan dukungan yang kuat untuk hipotesis bahwa Archaea memang merupakan
domain yang terpisah dari kehidupan dari Bakteri dan Eukarya, dan bahwa Archaea
lebih erat terkait dengan Eukarya. Hipotesis ini dibuat beberapa tahun sebelum
sekuensing genom bahkan ada (Tsoka et al.., 2003). genom jannaschii
sangat kecil dibandingkan dengan genom spesies yang dikenal baik seperti
Escherichia coli (hanya 40% dari genom E. coli), peneliti percaya bahwa genom
sangat spesifik dengan gaya hidup autotropic organisme (Zhu et. al. , 2004).
Sampai saat ini, hanya sekitar 52% dari protein dalam genom telah
diidentifikasi dan ditugaskan ke fungsi (Zhu et al.., 2004). Namun, sifat
hyperthermophillic mereka dan mekanisme khusus mereka dengan lingkungan ekstrim
mereka mengarah pada kesimpulan bahwa protein-protein secara ketat terlibat
dalam produksi energi, khususnya methanogenesis, pembelahan sel, metabolisme,
dan juga mempertahankan gaya hidup organisme (Zhu et. Al, 2004.).
Struktur dan metabolisme sel :
1. Fitur struktur sel organisme archaea.
Struktur dan metabolisme M.
jannaschii memungkinkan pemahaman yang lebih dalam dari domain Archaea,
dan juga hubungan evolusi antara domain dan dua lainnya, Bakteri dan Eukarya.
dan karena itu menunjukkan struktur selular yang karakteristik dari domain ini.
Mereka unik karena mereka tidak memiliki dinding sel terbuat dari peptidoglikan
(murein disebut) seperti bakteri kebanyakan. Kebanyakan spesies archaea
memiliki dinding yang terbuat dari protein atau glikoprotein, yang merupakan
amplop terluar sel yang disebut lapisan permukaan (S-layer) (Sleytr. et. al,
2007.). Karena kurangnya dinding sel, ini menjelaskan mengapa Archaea yang
resisten terhadap antibiotik antibakteri, yang sering digunakan sebagai penanda
genetik (Tumbula dan Whitman, 1999). Lebih luar biasa, mereka berbeda dari
semua organisme lain karena eter gliserol yang membentuk membran sitoplasma
mereka, sementara selaput spesies lainnya adalah terdiri dari fosfolipid
(diesters gliserol) (Sleytr. et. Al., 2007). Sama khas adalah kenyataan bahwa
tidak ada Archaea dikenal telah diidentifikasi sebagai patogen (Tumbula dan
Whitman, 1999).
2. Protein yang telah diidentifikasi dengan
menggunakan metode shotgun proteomik
Meskipun genom janaschii Methanococcus telah diurutkan
dan fungsi protein diperkirakan telah ditetapkan, proteome, yang menyediakan
produk-produk dari genom dinyatakan aktual, akhirnya akan memberi wawasan yang
lebih besar dalam belajar pentingnya makromolekul ini dalam gaya hidup
organisme. Menggunakan metode senapan proteome, yang disebut Multidimensional
Protein Identifikasi Teknologi (MudPIT), para peneliti mampu mengidentifikasi
jumlah aktual dari protein, dan juga memberikan mereka dengan fungsi tertentu
(Zhu. et. Al, 2004.).
M. jannaschii
campuran protein dicerna M. pertama kali pada protein campuran yang
lebih rumit dengan memungkinkan jannaschii tumbuh pada suatu media
kompleks diperkaya dengan H2. Campuran ini lebih lanjut dimuat pada "kolom
kapiler multidimensi kromatografi," yang kemudian dipisahkan dan
diselesaikan. Dengan metode ini, ratusan protein yang diidentifikasi pada waktu
yang sama (Zhu. et al.., 2004). Metode identifikasi protein sangat nyaman untuk
itu menyediakan lebih cepat dan lebih efisien cara mencari protein fungsional
tanpa harus memisahkan protein setiap menjelang waktu. Gen ini diidentifikasi
untuk terlibat dalam biosintesis asam amino, biosintesis kofaktor, kelompok
prostetik, dan pengangkut, metabolisme DNA, metabolisme energi, sintesis purin,
pyridines, nukleosida, dan nukleotida, asam lemak dan metabolisme fosfolipid,
transkripsi dan proses selular lainnya Karena kelimpahan ini protein dalam
genom, laporan tersebut menyimpulkan bahwa protein adalah "rumah
tangga" protein yang penting dalam memungkinkan pemeliharaan sel dan
pertumbuhan (Zhu. et. Al, 2004.).
Dari 963 gen yang diidentifikasi, 137 atau 9% diusulkan untuk
terlibat dalam metabolisme energi. Kelompok ini protein tampaknya memiliki
kelimpahan tinggi dalam proteome tersebut. Ini protein termasuk enzim yang
digunakan dalam proses pembentukan gas metan, dan juga banyak protein carrier
elektron seperti ferredoxin dan subunit proton transportasi ATP sintase. Bagian
besar kedua ditemukan dalam genom mencakup gen yang berfungsi dalam sintesis
protein, khususnya protein ribosom. 67% dari gen diprediksi yang terlibat dalam
sintesa sel amplop. Sebagian besar protein yang diekspresikan oleh gen adalah
S-lapisan protein struktural. Sekitar 80% dari prediksi gen terlibat dalam
metabolisme asam lemak dan fosfolipid. Meskipun sejumlah besar gen memiliki
fungsi yang tidak diketahui atau gen hipotetis, dilaporkan bahwa gen yang
paling mungkin penting untuk pertumbuhan sel (Zhu et. Al, 2004.).
3. Methanogenesis jalur Methanococcus
jannaschii
Seperti yang diperkenalkan sebelumnya, methanogenesis adalah
jalan biokimia utama dari yang Methanococcus jannaschii memperoleh
energi. jalur ini tergantung dari pasokan kaya H2 untuk mengurangi CO2 CH4
(Teske et al.., 2003). Ada tujuh langkah yang terlibat dalam jalur, dan setiap
langkah dikatalisis oleh enzim tertentu (Zhu et al.., 2004). Karena enzim
disintesis oleh hyperthermophiles, mereka disebut enzim hyperthermophillic
(Vieille dan Zeikus, 2001). Yang paling menarik, enzim ini secara optimal aktif
pada suhu tinggi, suhu yang akan mengubah sifat sesuatu benda fungsi yang
paling enzimatik. Pada langkah pertama methanogenesis, karbon dioksida
dimasukkan ke jalur, membentuk formil-methanofuran (formil-MF). This step is catalyzed by the enzyme formyl-methanofuran
dehydrogenase (FMD), which is a membrane-bound protein complex. Langkah
ini dikatalisis oleh dehidrogenase formil-methanofuran enzim (PMK), yang
merupakan kompleks protein yang terikat membran. Langkah kedua jalur tersebut
menghasilkan formil-tetrahydromethanopterin dengan mentransfer grup formil pada
methanofuran-formil. Pada langkah ketiga, formil-H4MPT dikurangi menjadi
methenyl-H4MPT oleh pemindahan molekul air. The
enzyme involved in this step is H4MPT cyclohydrolase (MCH).
Enzim yang terlibat dalam langkah ini adalah H4MPT
cyclohydrolase (KIA). Langkah berikutnya dari jalur tersebut melibatkan dua
enzim yang sangat fungsional berbeda yang telah terbukti menjadi karakteristik
dalam metabolisme energi memproduksi methanogen. Mereka adalah koenzim
F420-dependent, N5, N10-metilen-H4MPT dehidrogenase (MTD), dan yang lainnya
adalah H2-dependent, N5 H2-membentuk-N10-metilen-H4MPT dehidrogenase (HMD). Reduktase
(MER) juga merupakan koenzim-F420 tergantung, dan pada langkah kelima, itu
mengkatalisis produksi metil-H4MPT dari metilen-H4MPT. Dalam kondisi kaya
hidrogen, enzim ini terbukti sangat diekspresikan. Pada langkah keenam, metil M
S-koenzim disintesis dengan katalisis enzim kompleks transmembran,
N5-metil-H4MPT: Koenzim methyltransferase M (MTR). Enzim ini telah terbukti sangat
penting dalam menghemat energi untuk jannaschii Methanococcus. Ketika MTR
transfer metil kelompok untuk conenzyme M, itu juga menciptakan gradien proton
pada membran dengan bertindak sebagai pompa natrium primer. Na + / H +
antiporter berfungsi untuk membantu pembentukan metana pada langkah berikutnya.
Metana akhirnya dihasilkan pada langkah terakhir dari jalur dengan reduktase
metil conenzyme M.
Dalam mempelajari komunitas mikroba anaerobik dan interaksi
mereka, reduksi sulfat, methanogenesis, dan oksidasi metana anaerob sering
sangat menarik bukan hanya karena ada hubungan yang erat antara jalur, tetapi
juga karena mereka melayani penanda genom sebagai potensi untuk mempelajari
evolusi jalur biokimia organisme yang hidup dalam lingkungan ekstrim (lingkungan
yang diyakini menyerupai bahwa dari biosfer kuno bumi). Reduksi sulfat dan metanogenesis keduanya jalur
anaerob yang mengkonversi produk organik bakteri selama fermentasi atau
degradasi menjadi CO2 dan metana (et al Teske.., 2003). Ketika ada penipisan
sulfat, archaea metanogen menjadi spesies didominasi, metabolisme CO2 dan H2
untuk menghasilkan metana (Teske et al.., 2003). Jika metana dan sulfat
keduanya ada pada saat yang sama, oksidasi metana anaerob terjadi, ini adalah
proses di mana metana dioksidasi menjadi CO2, menggunakan sulfat sebagai
akseptor elektron (Teske et al, 2003..). Proses-proses dan interaksi mereka
menjadi sangat penting untuk masyarakat mikroba hidrotermal lubang karena
produk-produk dari satu proses menjadi substrat untuk organisme lain menjalani
jalur biokimia lainnya.
Dalam methanogenesis, banyak substrat jannaschii
Methanococcus seperti CO2, formate, dan asetat dibentuk oleh bakteri
fermentasi yang hidup di lingkungan anaerobik (Reeve, 1992). Dengan
mengkonversi senyawa ini ke produk gas, metana, jannaschii Methanococcus,
atau methanogen pada umumnya, menyediakan jalur untuk senyawa organik untuk
melarikan diri dari ventilasi hidrotermal ke dalam lingkungan aerobik (Teske et
2003. Al,). Dengan demikian, metanogenesis dan organisme yang menggunakan jalur
ini adalah sangat penting dalam siklus karbon. Sebagian kecil metana digunakan
oleh organisme mengoksidasi metana anaerob, namun sebagian besar dari itu lolos
ke atmosfir, di mana ia menjabat sebagai gas rumah kaca yang sangat kuat (Zhu
et al, 2004.). Meskipun metana merupakan sumber energi potensial, jumlah besar
metana yang dihasilkan dalam beberapa tahun terakhir telah menimbulkan
kekhawatiran banyak di atmosfer bumi (Zhu et. Al, 2004.). Peningkatan jumlah
metana dirilis di laut dan di atmosfer memiliki beberapa implikasi pada tingkat
pembakaran bahan bakar meningkat, serta peningkatan konsentrasi karbon dioksida
bahwa manusia rilis. Fakta-fakta ini berkontribusi pada pengetahuan masyarakat
tentang dampak merusak manusia tentang pemanasan global yang kita sekarang
menderita.
Methanococcus jannaschii memiliki kemampuan untuk
memproduksi kofaktor yang unik, koenzim, dan enzim selama methanogenesis.
Makromolekul ini telah menjadi target banyak aplikasi bioteknologi (Tumbulan
dan Whitman, 1999). Baru-baru ini, telah ditemukan bahwa M koenzim (COM) benar-benar
terlibat dalam pembentukan gas metan dari Methanococcus jannaschii
(Graham et. Al 2003.,). Ini adalah pembawa-satunya terminal metil metil bahwa
semua intermediet mengikat dalam rangka untuk mentransfer kelompok metil
mereka.
Koenzim M adalah sebuah koenzim yang sangat unik karena
kelompok sulfonat perusahaan yang memungkinkan enzim seperti metil reduktase
koenzim M untuk mengikat dalam rangka melakukan tugasnya. COM ini penting
karena sintesis kimia telah terapi yang digunakan sebagai bahan "mucolytic"
dan "uroprotective" selama kemoterapi. Biosintesis Com baru-baru ini
ditemukan terjadi melalui mekanisme penambahan sulfit. Akibatnya, jalur
biosintesis com dari Phosphoenolpyruvate (PEP) telah diusulkan berdasarkan
analisis struktur Com terisolasi dari Methanococcus jannaschii (Graham
et. Al 2003.,).
Banyak
aplikasi biotechnical lain mengambil keuntungan dari enzim lain seperti
dehydrogenases
(Diakses pada
tanggal 3 April 2011 pukul 09.00 WIB)
Ada kesamaan
ditemukan dalam genom dengan domain lainnya, tetapi ada juga urutan yang unik.
Organisme M.
voltae ditemukan mengandung sistem transfer gen mirip dengan transduksi
umum kecuali bahwa komponen bakteriofag (dalam hal replikasi virus) adalah
cacat atau tidak ada. VTA VTA (agen transfer voltae) bertanggung jawab
untuk transfer dan itu 4.4kb fragmen DNA yang resisten terhadap DNase.
Pemurnian
parsial, terkonsentrasi filtrat dari M PS. Voltae dalam dua
persiapan yang berbeda. Courtesy Courtesy of Eiserling et al. (1999).
Organisme
ini autotrophic adalah sangat anaerobik dan mendapat itu energi dengan pengurangan
CO 2 dengan H 2 untuk menghasilkan metana. Selain jalur
anabolik itu, juga mengandung beberapa molekul pembilasan yang kemungkinan
besar berperan dalam mengimpor senyawa organik kecil seperti asam amino.
Meskipun Methanococcus spp. memiliki seperti gen nifH mereka tidak bisa
memperbaiki N 2, dengan pengecualian M. maripaludis
that can. maripaludis yang dapat.
Secara
struktural, spesies terdiri dari memiliki dua bundel dari flagela di kutub
selular yang sama bersama tanpa membran sel, tapi S-lapisan tipis yang menutupi
membran plasma. Mereka cocci dalam bentuk, sekitar 1,0 mikron diameter, dan
pewarnaan Gram negatif.
Semua
Archaea memiliki lipid dengan link antara kelompok kepala dan rantai samping,
membuat lipid lebih tahan terhadap panas dan keasaman dari bakteri dan
eukariotik headgroup lipids.The gliserol ester-terkait dengan dua rantai
samping ether-linked-(bukan ester) dikenal sebagai archaeol.:
M.
archaea yang berbeda memiliki turunan yang berbeda archaeol, dan telah
ditemukan mengandung kutub archaeal derivatif hampir secara eksklusif termasuk
archaeol maceocyclic (lihat gambar di bawah), sebuah lemak inti archaea. Orang
dapat melihat bahwa ia memiliki link tambahan pada akhir sidechains nya.
M. jannaschii
dapat tumbuh di habitat dengan tekanan sampai dengan lebih dari 200 atm dan
suhu antara 48 dan 94 o C, dengan suhu pertumbuhan optimum menjadi 85
o C.
(Diakses pada
tanggal 3 April pukul 09.10 WIB)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar