Protein langka kolaps lebih awal

Ternak Ayam Petelur | Wajib Tonton Sebelum Memulai Usaha [ CARA & ANALISA ] (Juni 2019).

Anonim

Beberapa organisme mampu bertahan hidup di sumber air panas, sementara yang lain hanya dapat hidup pada suhu ringan karena protein mereka tidak mampu menahan panas yang ekstrim seperti itu. Para peneliti ETH menyelidiki perbedaan-perbedaan ini dan menunjukkan bahwa seringkali hanya beberapa protein kunci yang menentukan kehidupan dan kematian yang disebabkan panas sel.

Buka telur, lalu masukkan ke dalam wajan panas dan hampir seketika putih telur yang transparan dan licin menjadi putih dan keras. Apa yang Anda amati ketika menggoreng telur adalah fenomena biokimia penting yang disebut denaturasi protein.

Protein diproduksi dalam sel sebagai molekul mirip benang, yang kemudian berkumpul bersama menjadi struktur khusus protein: beberapa berbentuk bulat, yang lain berbentuk tabung. Struktur-struktur ini hancur selama denaturasi; protein menjadi seperti benang lagi dan sebagai hasilnya kehilangan fungsi mereka.

Denaturasi dalam satu gerakan?

Penelitian sebelumnya berdasarkan analisis komputasi telah mengasumsikan bahwa sebagian besar protein dari suatu denaturasi sel ketika rentang suhu yang sempit di mana fungsi protein secara optimal terlampaui. Untuk bakteri usus E. coli, suhu optimal adalah sekitar 37 ° C; apa pun di atas 46 ° C dan bakteri mati karena struktur protein runtuh.

Asumsi dasar ini sekarang terbalik oleh tim peneliti yang dipimpin oleh Paola Picotti, Asisten Profesor Biokimia di ETH Zurich. Dalam sebuah penelitian yang baru saja diterbitkan dalam jurnal Science, para peneliti menunjukkan bahwa hanya sebagian kecil dari protein kunci yang berubah pada saat yang sama ketika ambang batas suhu kritis tercapai.

Dalam studi mereka - yang paling komprehensif yang pernah dilakukan pada subjek ini - mereka memeriksa dan membandingkan keseluruhan semua protein, proteome, dari empat organisme pada temperatur yang berbeda. Para peneliti mengekspos bakteri usus E. coli, sel manusia, sel ragi dan bakteri tahan panas T. thermophilus untuk meningkatkan suhu secara bertahap hingga 76 ° C. Setelah setiap kenaikan suhu, para ilmuwan mengukur protein yang ada dalam sel dan menentukan fitur strukturalnya. Secara keseluruhan, para peneliti menganalisis 8.000 protein.

Komponen utama runtuh lebih dulu

"Berkat penelitian ini, kita sekarang dapat menunjukkan bahwa hanya beberapa protein yang jatuh pada suhu saat bakteri mati, " kata Picotti. "Kami tidak dapat mengkonfirmasi prediksi bahwa sebagian besar protein dari suatu denaturisme organisme pada saat yang sama."

Sekitar 80 dari protein yang diperiksa kolaps segera setelah suhu melebihi optimum spesifik spesies dengan beberapa derajat. Meskipun mereka hanya merupakan bagian kecil dari protein sel, ini terbukti fatal bagi sel karena beberapa jenis protein ini memiliki fungsi vital atau komponen kunci dalam jaringan protein besar. "Segera setelah komponen kunci ini gagal, sel tidak dapat terus berfungsi, " kata Picotti.

Fleksibilitas dapat membuat ketidakstabilan

Bahwa komponen kunci dari sistem biologis sensitif terhadap panas pada pandangan pertama tampaknya merupakan kesalahan evolusi. Namun, protein ini sering tidak stabil sebagai hasil dari fleksibilitas mereka, yang memungkinkan mereka untuk melakukan berbagai tugas di dalam sel, kata ahli biokimia. "Fleksibilitas dan stabilitas dapat saling eksklusif. Sel harus membuat kompromi."

Para peneliti juga menunjukkan bahwa protein yang paling stabil dan paling rentan terhadap lipatan yang menyimpang atau patologis juga merupakan yang paling umum di dalam sel. Dari perspektif sel, ini paling masuk akal. Jika dibalik dan protein yang paling umum salah meleset paling cepat, sel harus menginvestasikan banyak energi dalam rekonstruksi atau pembuangannya. Untuk alasan ini, sel memastikan bahwa protein umum lebih stabil daripada yang jarang.

Tetapi mengapa bakteri T. thermophilus tidak terpengaruh bahkan oleh suhu di atas 70 ° C? Menurut para peneliti, sel-sel ini secara istimewa akan menstabilkan protein yang lebih peka terhadap panas dan fungsional, seperti melalui urutan protein yang disesuaikan.

Bakteri tahan panas untuk proses industri

Temuan Picotti dapat digunakan untuk membantu organisme memodifikasi genetik untuk menahan suhu yang lebih tinggi. Saat ini, bahan kimia tertentu, seperti etanol, diproduksi secara bioteknologi dengan bantuan bakteri. Tetapi bakteri ini sering bekerja hanya pada jendela suhu sempit, yang membatasi hasil. Jika produksi dapat dilanjutkan pada suhu yang lebih tinggi, hasil dapat dioptimalkan tanpa merusak bakteri.

Para peneliti juga menemukan bukti bahwa protein terdenaturasi tertentu cenderung menggumpal lagi pada suhu yang lebih tinggi dan membentuk agregat. Dalam sel manusia, Picotti dan rekan-rekannya menemukan bahwa protein DNMT1 pertama denatur dengan meningkatnya panas dan kemudian agregat dengan yang lain dari jenisnya. Protein ini dan lainnya dengan sifat yang mirip dikaitkan dengan gangguan neurologis, seperti Alzheimer atau Parkinson.

Studi stabilitas komprehensif pertama

Penelitian ini adalah yang pertama untuk menyelidiki stabilitas termal protein dari beberapa organisme dalam skala besar langsung di matriks seluler yang kompleks. Protein tidak diisolasi dari cairan seluler atau dimurnikan untuk melakukan pengukuran. Untuk penelitian mereka, para peneliti memecahkan sel-sel terbuka dan kemudian mengukur stabilitas semua protein langsung dalam cairan seluler pada temperatur yang berbeda.

menu
menu