Nationalgeographic.co.id—Rubisco, biokatalis sentral dalam fotosintesis ini adalah enzim yang paling melimpah di bumi. Dengan merekonstruksi enzim berusia miliaran tahun, tim peneliti Max Planck telah menguraikan salah satu adaptasi kunci fotosintesis awal. Hasil mereka tidak hanya memberikan wawasan tentang evolusi fotosintesis modern tetapi juga menawarkan dorongan baru untuk memperbaikinya.
Kehidupan masa kini sepenuhnya bergantung pada organisme fotosintetik seperti tumbuhan dan ganggang yang menangkap dan mengubah CO2. Inti dari proses ini terletak pada enzim yang disebut Rubisco yang menangkap lebih dari 400 miliar ton CO2 setiap tahun.
Organisme yang hidup saat ini menghasilkan jumlah yang mengejutkan, yaitu massa Rubisco di planet kita melebihi semua manusia. Untuk mengambil peran dominan dalam siklus karbon global, Rubisco harus terus beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang berubah.
Menggunakan kombinasi pendekatan komputasi dan sintetis, tim dari Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology di Marburg, Jerman, bekerja sama dengan University of Singapore kini telah berhasil membangkitkan dan mempelajari enzim berusia miliaran tahun di lab. Proses ini mereka gambarkan sebagai "paleontologi molekuler."
Hasil studi ini telah diterbitkan di jurnal Science pada 13 Oktober dengan judul Evolution of increased complexity and specificity at the dawn of form I Rubiscos.
Rubisco kuno: itu muncul sekitar empat miliar tahun yang lalu dalam metabolisme primordial sebelum kehadiran oksigen di Bumi. Namun, dengan penemuan fotosintesis penghasil oksigen dan peningkatan oksigen di atmosfer, enzim mulai mengkatalisis reaksi yang tidak diinginkan. Di mana ia salah mengira O2 untuk CO2 dan menghasilkan metabolit yang beracun bagi sel.
Lingkup substrat yang membingungkan ini masih meninggalkan bekas Rubisco hingga saat ini dan membatasi efisiensi fotosintesis. Meskipun Rubisco yang berevolusi di lingkungan yang mengandung oksigen menjadi lebih spesifik untuk CO2 dari waktu ke waktu. Namun, tidak satupun dari mereka dapat sepenuhnya menghilangkan reaksi penangkapan oksigen.
Penentu molekuler dari peningkatan spesifisitas CO2 di Rubisco sebagian besar masih belum diketahui. Mereka sangat menarik bagi para peneliti yang bertujuan untuk meningkatkan fotosintesis. Menariknya, Rubisco yang menunjukkan peningkatan spesifisitas CO2 merekrut komponen protein baru yang fungsinya tidak diketahui. Komponen ini diduga terlibat dalam peningkatan spesifisitas CO2, namun alasan sebenarnya kemunculannya masih sulit ditentukan karena sudah berevolusi miliaran tahun yang lalu.
Untuk memahami peristiwa penting dalam evolusi Rubisco yang lebih spesifik, kolaborator di Institut Max Planck untuk Mikrobiologi Terestrial di Marburg dan Nanyang Technological University di Singapura menggunakan algoritma statistik untuk menciptakan kembali bentuk Rubisco yang ada miliaran tahun lalu, sebelum kadar oksigen mulai naik.
Tim yang dipimpin oleh peneliti Max Planck Tobias Erb dan Georg Hochberg membangkitkan protein kuno ini di laboratorium untuk mempelajari sifat-sifatnya. Secara khusus, para ilmuwan bertanya-tanya apakah komponen baru Rubisco ada hubungannya dengan evolusi spesifisitas yang lebih tinggi.
Jawabannya mengejutkan, seperti yang dijelaskan oleh peneliti doktoral Luca Schulz: "Kami mengharapkan komponen baru entah bagaimana secara langsung mengecualikan oksigen dari pusat katalitik Rubisco. Bukan itu yang terjadi. Sebaliknya, subunit baru ini tampaknya bertindak sebagai modulator evolusi: perekrutan subunit mengubah efek mutasi berikutnya pada subunit katalitik Rubisco,” katanya. “Mutasi yang sebelumnya tidak penting tiba-tiba memiliki efek besar pada spesifisitas ketika komponen baru ini hadir. Tampaknya memiliki subunit baru ini sepenuhnya mengubah potensi evolusi Rubisco."