veronikafoju

Serba serbi Archaea

Posted on: March 8, 2011

Pengantar Archaea
Hidup ekstremis. . . . .
________________________________________
Domain Archaea tidak diakui sebagai domain utama dari hidup sampai akhir-akhir ini. Sampai abad ke-20, ahli biologi menganggap semua makhluk hidup harus diklasifikasikan sebagai tanaman atau binatang. Tapi di tahun 1950-an dan 1960-an, ahli biologi akhirnya menyadari bahwa sistem ini gagal untuk mengakomodasi jamur, protista, dan bakteri. Pada tahun 1970-an, sistem Lima Kerajaan telah diterima sebagai sebuah model dari mana semua makhluk hidup dapat diklasifikasikan. Pada tingkat yang lebih mendasar, perbedaan dibuat antara prokariotik bakteri dan empat kerajaan eukariotik (tanaman, hewan, jamur, & protista). Perbedaan mengakui ciri-ciri umum bahwa organisme eukariotik berbagi, seperti nukleus, cytoskeletons, dan membran internal.
Masyarakat ilmiah dikejutkan di akhir 1970-an oleh penemuan sebuah kelompok organisme yang sama sekali baru – Archaea. Dr Carl Woese dan rekan-rekannya di University of Illinois sedang mempelajari hubungan antara prokariota menggunakan rangkaian DNA, dan menemukan bahwa ada dua kelompok yang jelas berbeda. “bakteri” yang hidup pada suhu tinggi atau yang terdapat metana terkumpul bersama sebagai sebuah kelompok jauh dari bakteri biasa dan eukariota. Karena perbedaan luas di genetik, Woese mengusulkan bahwa kehidupan dibagi menjadi tiga domain: Eukaryota, Eubacteria, dan Archaebacteria. Dia kemudian memutuskan bahwa istilah Archaebacteria keliru, dan menyingkatnya menjadi Archaea.

Pekerjaan lebih lanjut telah mengungkapkan beberapa fakta. Memang benar bahwa archaea tidak tampak berbeda dari bakteri di bawah mikroskop, dan bahwa kondisi ekstrim di mana banyak spesies hidup telah membuat mereka sulit untuk berbudidaya, sehingga tempat tinggal mereka yang unik di antara makhluk hidup belum dikenali. Namun, secara biokimia dan genetik, mereka berbeda dari bakteri. Meskipun banyak buku dan artikel masih merujuk kepada mereka sebagai “Archaebacteria”, istilah tersebut keliru karena mereka bukan bakteri – mereka Archaea.

Archaea hidup di beberapa lingkungan yang paling ekstrem di planet ini. Beberapa tinggal dekat laut dalam pada temperatur lebih dari 100 derajat Celcius. Lainnya tinggal di air panas (seperti yang digambarkan di atas), atau dalam perairan yang mengandung alkali atau asam. Mereka telah ditemukan berkembang di dalam saluran pencernaan sapi, rayap, dan kehidupan laut di mana mereka menghasilkan metana. Mereka hidup dalam lumpur anoksik dari rawa dan di dasar lautan, dan bahkan berkembang dalam cadangan minyak bumi jauh di bawah tanah.
Beberapa archaea bisa bertahan pada efek perairan yang salinitasnya tinggi. Satu kelompok tersebut termasuk Halobacterium. The light-sensitive pigment bacteriorhodopsin gives Halobacterium its color and provides it with chemical energy. Sensitifitas cahaya pada pigmen bacteriorhodopsin memberikan Halobacterium warna dan energi kimia. Bacteriorhodopsin memiliki warna ungu indah dan dapat memompa proton ke luar membran. Ketika proton mengalir kembali, mereka digunakan dalam sintesa ATP, yang merupakan sumber energi sel. This protein is chemically very similar to the light-detecting pigment rhodopsin , found in the vertebrate retina. Protein ini secara kimiawi sangat mirip dengan pigmen rhodopsin, yang ditemukan di retina vertebrata.
Archaea mungkin hanya organisme yang dapat hidup dalam habitat ekstrim seperti ventilasi panas atau air berkadar garam tinggi. Mereka mungkin sangat melimpah pada lingkungan yang tidak menunjang bentuk kehidupan yang lain. Namun, archaeans tidak terbatas pada lingkungan yang ekstrim, penelitian baru menunjukkan bahwa archaeans juga cukup melimpah di plankton laut terbuka.

Archaea : Catatan Fosil

________________________________________
Pencarian untuk fosil Archaea menghadapi sejumlah masalah. Pertama-tama, mereka organisme sangat kecil dan sehingga akan menyisakan fosil mikroskopis. Pencarian fosil sel archaeal akan memerlukan banyak waktu yang dihabiskan dengan mikroskop dan banyak kesabaran. Bahkan, ada fosil mikroba dikenal dari seluruh Prakambrium , tapi di sini ditemukan masalah kedua – bagaimana cara membedakan fosil archaea dari fosil bakteri?
Archaea dan Bakteri sel mungkin ukuran yang sama dan bentuk, sehingga bentuk fosil mikroba biasanya tidak membantu dalam menentukan asal-usulnya. Alih-alih fitur fisik, micropaleontologists mengandalkan fitur kimia. Jejak Kimia organisme kuno disebut fosil molekul, dan termasuk berbagai zat kimia. Idealnya, sebuah fosil molekuler harus merupakan senyawa kimia yang (1) ditemukan hanya dalam satu kelompok organisme, (2) tidak rentan terhadap kerusakan kimia, atau (3) meluruh ke dalam bahan kimia sekunder diprediksi dan dikenali.
Dalam kasus Archaea, ada fosil yang sangat baik untuk dilestarikan sebagai fosil molekuler dari membran sel. Membran Archeal tidak berisi lipid yang sama (senyawa berminyak) seperti organisme lain ; sebaliknya, selaput mereka dibentuk dari rantai isoprena. Karena struktur isoprena tertentu yang unik pada archaea, dan karena mereka tidak rentan terhadap dekomposisi pada suhu tinggi, mereka dapat membuat bukti bagi keberadaan Archaea kuno.
Fosil molekular Archaea dalam bentuk residu isoprenoid pertama kali dilaporkan dari serpihan minyak Messel Jerman (Michaelis & Albrecht, 1979). Ini adalah Miosen. Bahan dari serpih dilarutkan dan dianalisis menggunakan kombinasi kromatografi dan spektrometri massa. Proses ini berlangsung dengan memisahkan senyawa menurut beratnya dan properti lainnya, dan menghasilkan sebuah “sidik jari kimia”. Sidik jari tersebut termasuk senyawa isoprena yang identik dengan yang ditemukan pada archaea lain Berdasarkan sejarah geologi daerah Messel, thermophiles dan halophiles tidak dapat hidup di tempat itu, sehingga kemungkinan penyebab utama telah meninggalkan sidik jari kimia ini adalah methanogen archaea (metana-produsen).
Sejak penemuan mereka pada serpih Messel, senyawa isoprena penyusun Archaea kuno telah ditemukan di berbagai daerah lain (Hahn & Haug, 1986), termasuk Mesozoikum, Paleozoic, dan Prakambrium sedimen. Jejak kimiawi mereka bahkan telah ditemukan di sedimen dari distrik Isua barat Greenland, sedimen tertua di Bumi sekitar 3,8 miliar tahun. Ini berarti bahwa Archaea (dan kehidupan secara umum) muncul di bumi dalam waktu ekstrim dibandingkan kehidupan sekarang.
Suasana Bumi yang baru terbentuk itu kaya amonia dan metana, dan mungkin sangat panas. Kondisi dimana racun bagi tumbuhan dan hewan, bisa sangat aman untuk archaea. Alih-alih menjadi organisme eksentrik berevolusi yang berusaha bertahan hidup dalam kondisi yang tidak biasa, Archaea dapat mewakili sisa-sisa komunitas yang pernah mendominasi dunia yang baru terbentuk.

Archaea : Ekologi

Archaea termasuk penduduk dari beberapa lingkungan yang paling ekstrem di planet ini. Beberapa dapat tinggal dekat di laut dalam pada temperatur lebih dari 100 derajat Celcius. Lainnya tinggal di sumber air panas, di perairan sangat basa atau asam, atau dalam air dengan kadar garam tinggi. Foto-foto ini menunjukkan blooming dari sebuah halofilik ( penyuka garam; tergantung pada konsentrasi garam tinggi) spesies Archaea, di kolam garam di dekat San Quintin, Baja California Norte, Mexico. Archaean ini, Halobacterium, juga tinggal dalam jumlah besar di kolam garam di ujung selatan San Fransisco Bay; penduduk tertarik daerah ini harus melalui Jembatan Dumbarton untuk mendapatkan sudut pandang terbaik. Fakta yang menarik tentang Halobacterium adalah bahwa pigmen peka cahaya merah yang memberikan warna pada Halobacterium, yang merupakan sistem fotosintesis sederhana yang menyediakan Archaean energi kimia, dikenal sebagai bacteriorhodopsin – dan secara kimiawi sangat mirip dengan pigmen cahaya rhodopsin, yang ditemukan di retina vertebrata.
________________________________________
Archaea : Sistematika
Archaea merupakan salah satu dari tiga domain di mana semua kehidupan yang diketahui dapat dibagi. Ada dua domain lain dari kehidupan. Salah satunya adalah Eukaryota , yang mencakup tanaman, hewan, jamur, dan protista. Selain protista, organisme ini telah dikenal dan dipelajari sejak zaman Aristoteles , dan merupakan organisme yang paling familiar. Domain kedua yang ditemukan adalah Bakteri , pertama kali diamati pada abad ke-17 di bawah mikroskop oleh orang-orang seperti naturalis Belanda Antony van Leeuwenhoek .
Ukuran kecil bakteri membuat mereka sulit untuk dipelajari. Klasifikasi awal bergantung pada bentuk individu, munculnya koloni di laboratorium, dan karakteristik fisik lainnya. Ketika biokimia berkembang sebagai ilmu pengetahuan modern, karakteristik kimia juga digunakan untuk mengklasifikasikan spesies bakteri, tapi bahkan informasi ini tidak cukup untuk terpercaya mengidentifikasi dan mengklasifikasikan mikroba kecil. Klasifikasi bakteri tidak dapat ditentikan sampai akhir abad 20 ketika biologi molekuler memungkinkan untuk menguraikan urutan DNA .
Molekul DNA ditemukan pada sel-sel semua makhluk hidup, dan menyimpan informasi yang dibutuhkan sel untuk membangun protein dan komponen sel lain. Salah satu komponen yang paling penting dari sel adalah ribosom, dan kompleks molekul besar yang mengubah pesan DNA menjadi produk kimia. Sebagian besar komposisi kimia ribosom adalah RNA, molekul yang sangat mirip dengan DNA, dan yang memiliki urutan tersendiri. Dengan teknik pengurutan, ahli biologi molekuler dapat mengambil blok bangunan RNA satu per satu secara terpisah dan mengidentifikasi masing-masing. Hasilnya adalah urutan dari blok bangunan tersebut.
________________________________________
Karena ribosom sangat kritis penting adalah fungsi makhluk hidup, mereka tidak rentan terhadap evolusi . Sebuah perubahan besar dalam urutan ribosom dapat membuat ribosom tidak dapat memenuhi tugasnya membangun protein baru untuk sel. Karena itu, kita dapat mengatakan bahwa urutan dalam ribosom adalah kekal – bahwa tidak banyak berubah dari waktu ke waktu. This slow rate of molecular evolution made the ribosome sequence a good choice for unlocking the secrets of bacterial evolution. Kelambatan evolusi molekuler membuat urutan ribosom dapat membuka kunci rahasia evolusi bakteri. Dengan membandingkan sedikit perbedaan dalam urutan ribosom antara keanekaragaman bakteri, kelompok urutan yang sama dapat ditemukan dan diakui sebagai grup terkait.
Pada 1970-an, Carl Woese dan koleganya di University of Illinois di Urbana-Champaign mulai menyelidiki urutan bakteri dengan tujuan mengembangkan gambaran yang lebih baik tentang hubungan bakteri. Temuan mereka dipublikasikan pada tahun 1977, dan termasuk kejutan besar. Tidak semua mikroba kecil memiliki kaitan dengan lainnya. Selain bakteri dan kelompok eukariota, ada kelompok ketiga mikroba penghasil metana. Methanogen ini sudah terkenal akan keanehan kimiawi di dunia mikroba, karena mereka dimusnahkan oleh oksigen, menghasilkan enzim yang tidak biasa, dan memiliki dinding sel yang berbeda dari semua bakteri yang dikenal.
Inti dari pengamatan Woese adalah bahwa ia menunjukkan mikroba ini berbeda pada tingkat yang paling mendasar dari kondisi biologis mereka. Urutan RNA mereka tidak lebih seperti yang dimiliki bakteri dibandingkan ikan seperti atau bunga. Untuk mengenali perbedaan yang sangat besar, ia bernama kelompok “Archaebacteria” untuk membedakan mereka dari “Eubacteria” (bakteri sejati). Ketika pemisahan antara organisme ini menjadi jelas, Woese menyingkatkan nama aslinya dengan Archaea untuk menjaga orang dari pemikiran yang archaea itu hanya sebuah kelompok bakteri.
________________________________________
Sejak ditemukan bahwa methanogen adalah milik Archaea dan bukan Bakteri, sejumlah kelompok archaea lain telah ditemukan. Ini termasuk beberapa jenis mikroba aneh yang tumbuh di air yang sangat asin, serta mikroba yang hidup pada suhu mendekati suhu didih. Bahkan baru-baru ini, para ilmuwan telah mulai menemukan archaea dalam beberapa habitat, seperti permukaan laut, lumpur laut dalam, rawa garam, usus binatang, dan bahkan dalam cadangan minyak jauh di bawah permukaan bumi.
Archaea telah dikembangkan menjadi studi penyelidikan ilmiah. Dalam banyak hal, sel archaeal menyerupai sel bakteri, tetapi dalam beberapa hal penting, mereka lebih seperti sel-sel eukariota. Timbul pertanyaan apakah Archaea merupakan kerabat dekat dari bakteri atau kita kelompok kami, eukariota. Ini adalah pertanyaan yang sangat sulit dijawab, karena kita berbicara tentang cabang-cabang terdalam dari pohon kehidupan itu sendiri, kami tidak memiliki nenek moyang awal kehidupan untuk perbandingan. Salah satu pendekatan yang digunakan dalam menangani pertanyaan adalah dengan melihat urutan gen duplikasi. Beberapa urutan DNA terjadi di lebih dari satu salinan dalam sel masing-masing, mungkin karena salinan tambahan dibuat di beberapa titik di masa lalu. Ada beberapa gen dengan jumlah sangat kecil yang diketahui ada dalam duplikasi dalam semua sel hidup, menunjukkan bahwa duplikasi terjadi sebelum pemisahan dari tiga domain kehidupan. Dalam membandingkan dua set urutan, para ilmuwan telah menemukan bahwa Archaea sebenarnya mungkin lebih berhubungan erat dengan kita (dan eukariota lainnya) daripada bakteri.

Archaea : Morfologi
Archaea berukuran kecil, biasanya kurang dari satu mikron panjang (satu seperseribu milimeter). Bahkan di bawah mikroskop cahaya tinggi daya, archaeans terbesar terlihat seperti titik-titik kecil. Untungnya, mikroskop elektron dapat memperbesar bahkan dapat membedakan fitur fisik mereka. Anda dapat melihat gambar Archaean bawah, dibuat menggunakan berbagai teknik mikrografi.
Anda mungkin berpikir bahwa organisme yang begitu kecil tidak akan memiliki banyak variasi bentuk atau bentuk, namun pada kenyataannya bentuk archaeal cukup beragam. Ada yang bulat, bentuk yang dikenal sebagai kokus, dan ini mungkin sempurna bulat atau menggumpal. Beberapa berbentuk batang, bentuk yang dikenal sebagai basil, dan berkisar dari batang bar-berbentuk pendek untuk rambut ramping-seperti bentuk panjang. Beberapa spesies eksentrik telah ditemukan dengan bentuk segitiga, atau bahkan bentuk persegi seperti perangko
________________________________________
Keanekaragaman struktural antar archaea tidak terbatas dengan bentuk keseluruhan sel. Archaea mungkin memiliki satu atau lebih flagel melekat pada tubuhnya, atau mungkin sedikit flagela. Flagela ini adalah rambut-rambut seperti yang digunakan untuk bergerak, dan yang melekat langsung ke membran luar sel. Ketika ada beberapa flagela, mereka biasanya menempel di salah satu sisi sel. Pelengkap lainnya termasuk jaringan protein dimana sel dapat bergabung dalam kelompok besar.
Seperti bakteri, archaeans tidak memiliki membran internal dan DNA mereka adalah loop tunggal yang disebut plasmid. Namun, tRNA mereka memiliki sejumlah fitur yang berbeda dari semua makhluk hidup lainnya. Molekul-molekul tRNA (singkatan dari “RNA transfer”) sangat penting dalam mengkode pesan DNA dan membentuk protein. Beberapa fitur struktur tRNA adalah sama pada bakteri, tanaman, hewan, jamur, dan semua makhluk hidup yang dikenal – kecuali Archaea. Bahkan ada fitur tRNA archaea yang lebih seperti makhluk eukariotik daripada bakteri, yang berarti bahwa fitur berbagi Archaea tertentu yang sama dengan manusia dan bukan dengan bakteri. Hal yang sama juga terjadi pada ribosom mereka, pemrosesan molekul raksasa yang merakit protein untuk sel. Ketika ribosom bakteri sensitif terhadap agen penghambat kimia, archaea dan ribosom eukariotik tidak sensitif pada agen-agen tersebutHal ini mungkin menunjukkan adanya hubungan erat antara Archaea dan eukariota .
Seperti makhluk hidup lainnya, sel-sel archaea memiliki membran sel luar yang berfungsi sebagai penghalang antara sel dan lingkungannya. Dalam membran adalah sitoplasma, di mana terdapat fungsi hidup archaea dan dimana DNA berada. Sekitar luar hampir semua sel archaea adalah dinding sel, suatu lapisan semi-kaku yang membantu sel mempertahankan bentuk dan kesetimbangan kimia. Ketiga wilayah ini dapat dibedakan dalam sel bakteri dan makhluk hidup lainnya, tetapi ketika anda melihat lebih dekat di setiap wilayah, Anda menemukan bahwa kesamaan hanyalah struktur, bukan kimia.
Dengan kata lain, Archaea membangun struktur yang sama seperti organisme lain, tapi mereka membangun mereka dari komponen kimia yang berbeda. Misalnya, dinding sel dari semua bakteri mengandung peptidoglikan kimia. Dinding sel archaeal tidak mengandung senyawa ini, meskipun beberapa spesies serupaDemikian juga, archaea tidak menghasilkan dinding selulosa (seperti halnya tanaman) atau kitin (seperti yang dilakukan jamur).
________________________________________
Perbedaan paling mencolok antara kimia Archaea dan makhluk hidup lainnya terletak pada membran sel mereka. Mereka empat perbedaan mendasar antara membran archaea dan orang-orang dari semua sel-sel lain: (1) kiralitas gliserol, (2) ikatan eter, (3) rantai isoprenoid, dan (4) percabangan rantai samping. Ini mungkin terdengar seperti perbedaan kompleks, tetapi sedikit penjelasan akan membuat perbedaan tersebut dimengerti.
(1) kiralitas gliserol: Unit dasar dari membran sel yang dibangun adalah fosfolipid tersebut. Ini adalah molekul gliserol yang memiliki fosfat ditambahkan ke salah satu ujungnya, dan rantai samping dua terpasang pada ujung lainnya. Ketika membran sel diletakkan bersama-sama, molekul dari ujung gliserol dan fosfat keluar di permukaan membran, dengan rantai samping panjang terjepit di tengah (lihat ilustrasi di atas). Lapisan ini menciptakan penghalang kimia yang efektif di sekitar sel dan membantu menjaga keseimbangan kimia.
Gliserol membuat fosfolipid archaea adalah stereoisomer dari gliserol yang digunakan untuk membangun membran bakteri dan eukariotik. Dua molekul yang stereoisomer adalah cerminan satu sama lain. Letakkan tangan Anda di depan Anda, telapak tangan atas. Kedua tangan berorientasi dengan jari yang menunjuk menjauhi Anda, pergelangan tangan ke arah Anda, dan dengan telapak tangan menengadah. Namun, ibu jari Anda menunjuk arah yang berbeda karena masing-masing tangan adalah bayangan cermin dari yang lain.
Ini adalah situasi yang sama dengan stereoisomer gliserol. Ada dua kemungkinan bentuk molekul yang bayangan cermin satu sama lain. Tidaklah mungkin untuk mengubah satu ke yang lain hanya dengan memutar di sekitar. Sementara bakteri dan eukariota memiliki D-gliserol di membran mereka, archaeans memiliki L-gliserol pada mereka. Ini lebih dari perbedaan geometris. Komponen kimia sel harus dibangun oleh enzim, dan “kidal” (kiralitas) dari molekul ditentukan oleh bentuk enzim tersebut. Sebuah sel yang membangun salah satu bentuk tidak akan mampu membangun bentuk lain.
(2) Ikatan eter: Ketika rantai samping ditambahkan ke gliserol, sebagian organisme terikat bersama-sama menggunakan ikatan ester (lihat diagram di atas). Rantai yang ditambahkan memiliki dua atom oksigen pada salah satu ujung. Salah satu dari atom-atom oksigen digunakan untuk membentuk link dengan gliserol, dan yang lainnya menjorok ke sisi lain ketika ikatan dilakukan. Sebaliknya, rantai archaea terikat menggunakan keterkaitan eter, yang kekurangan atom oksigen tambahan. Hal ini memberikan fosfolipid yang dihasilkan memiliki sifat mekanik kimia yang berbeda dari lipid membran organisme lain.
(3) rantai isoprenoid : rantai lain dalam fosfolipid bakteri dan eukariota adalah asam lemak, rantai dari biasanya 16 sampai 18 atom karbon. Archaea tidak menggunakan asam lemak untuk membangun fosfolipid membran merekaSebaliknya, mereka memiliki sisi rantai 20 atom karbon dibangun dari isoprena.
Isoprena adalah anggota paling sederhana dari kelas bahan kimia yang disebut terpene. Menurut definisi, terpene adalah molekul yang menghubungkan molekul isoprena bersama-sama, bukan seperti bangunan dengan balok-balok Lego ®. Setiap unit isoprena memiliki “kepala” dan “ekor” akhir (lagi seperti blok ® Lego), tetapi tidak seperti rekan-rekan mereka, blok isoprena dapat bergabung dalam banyak cara. Sebuah kepala dapat disambungkan ke ekor atau ke ujung kepala, dan ekor bisa juga bergabung. Berbagai senyawa terpene yang dapat dibangun dari unit isoprena sederhana termasuk beta-karoten (vitamin a), alam dan karet sintetis, minyak esensial tumbuhan (seperti spearmint), dan hormon steroid (seperti estrogen dan testosteron).
(4) Percabangan rantai samping: Tidak hanya rantai samping dari membran achaeal dibangun dari komponen yang berbeda, tetapi rantai itu sendiri memiliki struktur fisik yang berbeda. Karena isoprena digunakan untuk membangun rantai, ada sisi cabang diluar dari rantai utama (lihat diagram di atas). Asam lemak dari bakteri dan eukariota tidak memiliki cabang-cabang samping ini, dan hal ini menciptakan beberapa properti yang menarik di membran archaea.
Sebagai contoh, rantai samping isoprena bisa bergabung bersama-sama. Ini dapat berarti bahwa dua rantai samping dari fosfolipid tunggal dapat bergabung bersama-sama, atau mereka dapat bergabung ke rantai fosfolipid sisi lain di sisi lain membran. Tidak ada kelompok lain dari organisme dapat membentuk fosfolipid transmembran tersebut.
Sifat lain yang menarik dari cabang-cabang samping adalah kemampuan mereka untuk membentuk cincin karbon. Hal ini terjadi ketika salah satu cabang mengelilingi dan mengikat atom bawah rantai untuk membuat cincin lima atom karbon. Cincin tersebut diperkirakan memberikan stabilitas struktural membran, karena mereka tampaknya lebih umum di antara spesies yang hidup pada suhu tinggi. Mereka mungkin bekerja dengan cara yang sama bahwa kolestero pada sel eukariotik digunakan untuk menstabilkan membran.
________________________________________

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Veronika

Flickr Photos

The Aged and the Ageless

Photonic Symphony

Kuifmees / Crested Tit / Mésange huppée

More Photos
%d bloggers like this: