Arkea

Arkea
Pengelasan sains
Domain	Arkea (Woese, Kandler & Wheelis, 1990)
Filum/Kelas
Filum Krenarkeota Filum Euriarkeota     Halobakteria     Metanobakteria     Metanokoki     Metanopiri     Arkeoglobi     Termoplasmata     Termokoki Filum Korarkeota Filum Nanoarkeota

Arkea atau archaea (Yunani: αρχαία, translit. "yang tua"), juga disebut arkeobakteri, merupakan satu divisi organisme hidup yang utama. Meskipun filogeni yang tepat masih tidak dapat dipastikan untuk kumpulan-kumpulan ini, Arkea, Eukariota, dan Bakteria merupakan kelas yang termasuk sistem tiga domain. Sama dengan bakteria, Arkea merupakan organisme yang tidak memiliki nukleus, oleh sebab itu, Arkea termasuk Prokariota. Awalnya, termasuk dalam kerajaan Monera. Arkea berhabitat di lingkungan kotor, tetapi ditemukan bahwa arkea terdapat di setiap tempat.

Sejarah

Pokok filogenetik berdasarkan data rRNA yang menunjukkan pemisahan bakteria, arkea, dan eukariota.

Arkea ditemukan pada tahun 1977 oleh Carl Woese dan George Fox berdasarkan pemisahan dari prokariot yang lain dalam pohon filogentik rRNA 16S. Awalnya, kedua kumpulan ini adalah Arkeabakteria dan Eubakteria, dan dibagi dalam kingdom atau subkingdom yang diistilahkan oleh Woses dan Fox sebagai Urkingdom. Woese berpendapat bahawa Arkea pada dasarnya merupakan satu cabang hidupan yang berlainan. Ia kemudian memberi nama Arkea dan Bakteria untuk memperkuat pendapatnya, dan berpendapat bahwa Arkea merupakan bagian dari tiga domain.

Istilah biologi, Arkea, harus tidak dikelirukan dengan frasa geologi, eon Arkean, yang juga dikenal sebagai Era Arkeozoik. Istilah kedua ini merujuk kepada zaman primordium dalam sejarah bumi ketika Arkea dan Bakteria merupakan organisme bersel yang tunggal di bumi. Fosil-fosil ini kemungkinan merupakan fosil mikroba yang berasal dari 3,8 juta tahun yang lalu.

Metanogen

Arkea metanogen adalah golongan arkea yang hidup di lingkungan yang mengandung metana. Genus yang umum dipelajari dari golongan ini adalah Methanobacterium, Methanocaldococcus, dan Methanosarcina. Habitat dari arkea metanogen sangat beragam diantaranya terdapat di sedimen anoksik, saluran pencernaan hewan, endosimbion dengan protozoa, fasilitas biodegradasi buatan, dan sumber geotermal. Arkea metanogen bersifat anaerob, mesofilik, dan biasanya ditumbuhkan pada garam mineral.

Substrat

Seluruh substrat dari arkea metanogen tidak ada yang menyerupai substrat umum seperti glukosa, bahan organik, dan asam lemak. Tetapi tidak berarti glukosa tidak dapat dikonversi. Substrat arkea metanogen antara lain karbon dioksida, asetat, dan metil. Arkea dapat menguraikan asetat menjadi karbondioksida dan metana. Karbondioksida direduksi menjadi metana dengan hidrogen sebagai donor elektron. Arkea juga dapat mereduksi metanol dengan hidrogen sebagai penyumbang elektron. Jika tidak ada hidrogen, metanol dioksidasi menjadi karbondioksida menghasilkan elektron yang diperlukan untuk proses reduksi molekul lain.

Koenzim

Pada arkea ditemukan adanya koenzim baru dan unik, yaitu:

• Metanofuran, berperan pada tahap awal metanogenesis. Metanofuran mengandung lima cincin furan dan nitrogen amino yang mengikat karbon dioksida.
• Metanopterin. Koenzin yang memiliki struktur menyerupai asam folat ini menjadi pembawa C1 pada tahap intermediat reduksi karbondioksida menjadi metana.
• Koenzim M CoM. Merupakan molekul kecil yang berperan dalam tahap akhir konversi CH₃ menjadi metana.
• Koenzim F 430, menjadi bagian dari komplek enzim metil reduktase.
• Koenzim F 420 yang merupakan koenzim redoks. Koenzim ini merupakan derivat flavin karena memiliki struktur menyerupai koenzim flavin. Koenzim ini berperan sebagai donor elektron pada beberapa tahap reduksi karbondioksida. Bentuk teroksidasi dari koenzim F 420 dapat menyerap cahaya dengan panjang gelombang 420nm dan fluoresensi hijau biru.
• Koenzim B CoB yang merupaka koenzim redoks. Koenzim ini memiliki molekul sederhana 7-merkaptoheptanoil-treoninfosfat yang strukturnya menyerupai vitamin asam pantotenat yang merupakan bagian dari asetil KoA. Koenzim ini berperan sebagai donor elektron dalam metanogenesis.

Reduksi Karbondioksida

Tahapan reduksi karbondioksida diawali dengan pengaktifan karbondioksida oleh enzim yang mengandung metanofuran kemudian direduksi menjadi bentuk formil. Formil kemudian ditransfer dari metanofuran kepada enzim yang mengandung metanopterin menjadi metilen lalu menjadi metil. Metil ditransfer dari metanopterin ke enzim yang mengandung CoM. Metil-CoM direduksi menjadi metan oleh sistem metil reduktase yang mengandung F430 dan CoB. F430 akan memindahkan metil dari metil-CoM membentuk kompleks yang terdiri dari nikel dan metil. Kompleks ini kemudian direduksi oleh elektron dari CoB menghasilkan metana dan kompleks heterodisulfida. Kompleks heterodisulfida direduksi oleh heterodisulfida reduktase. Proses ini menghasilkan pelepasan proton melewati membran yang menimbulkan daya dorong proton oleh enzim ATPase menghasilkan ATP.

Ekstremofil

Arkea ekstremofil adalah golongan arkea yang tahan terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim seperti suhu, ketersediaan air, pH, dan tekanan ekstrim. Pemahaman mengenai kondisi hidup yang ekstrim ini berguna untuk mencari metode untuk mengontrol aktivitas mikroorganisme ini.

Ekstrim Suhu

Berdasarkan sifatnya terhadap suhu, arkea terbagi menjadi psikrofilik, mesofilik, termofilik, dan hipertermofilik. Arkea psikrofilik dapat hidup optimal pada suhu 15°C dan dapat bertahan pada suhu dibawah 0°C, contoh arkea jenis ini adalah Polaromonas vacuolata. Arkea mesofilik dapat hidup pada kisaran suhu 15-45°C. Sebagian besar arkea tumbuh baik pada suhu ini. Habitatnya pada hewan berdarah panas, lingkungan terestrial, dan akuatik. Arkea termofilik hidup pada kisaran suhu 40-70°C, contoh arkea jenis ini adalah Thermus thermophilus, Thermoanaerobacter ethanolicus, dan Bacillus thermoproteolyticus. Arkrea hipertemofilik merupakan yang arkea yang paling tahan panas karena dapat hidup pada suhu lebih dari 65°C, contohnya adalah Thermococcus celler dan Pyrolobus fumarii.

Untuk dapat hidup pada suhu yang ekstrim, arkea perlu melakukan adaptasi. Arkea psikrofilik melakukan adaptasi dengan cara memproduksi enzim yang berfungsi optimal pada suhu rendah dan terdenaturasi pada suhu sedang. Pada struktur proteinnya, arkea ini memiliki lebih banyak ikatan alfa heliks yang lebih fleksibel daripada beta sheet yang lebih rigid. Selain itu arkea ini memiliki lebih banyak asam amino polar dibandingkan hidrofobik sehingga lebih fleksibel. Membran sel arkea psikrofilik memiliki kandungan asam lemak tak jenuh yang lebih banyak sehingga transport dapat terjadi lebih leluasa. Sedangkan arkea yang hidup pada suhu tinggi melakukan adaptasi dengan cara mengeluarkan beberapa solut untuk membantu stabilisasi protein pada suhu tinggi. Arkea ini memiliki membran yang kaya akan asam lemak jenuh sehingga tetap stabil pada suhu tinggi.

Halofilik

Arkea halofilik adalah arkea yang tahan pada kondisi kadar air sangat rendah atau kadar garam tinggi. Arkea halofilik terbagi menjadi halotoleran, halofilik, dan ekstrim halofilik. Contoh arkea jenis ini adalah Halobacterium salinarum.

Adaptasi yang dilakukan arkea halofilik adalah dengan meningkatkan konsentrasi solut di dalam sel. Adaptasi molekuler ini ditempuh dengan cara memompa ion anorganik dari luar agar masuk ke dalam sel, serta mensintesis solut organik yang kompatibel dan tidak menghambat biosintesis di dalam sel.

Pranala luar

• Arkea
• ArchaeaWeb oleh UNSW - maklumat mengenai Arkea
• Pengenalan Arkea, ekologi, sistematik dan morfologi
• Arkea dalam Ensiklopedia Astrobiologi, Astronomi, & Penerbangan Angkasa Luar
• Pembioprospekan ekstremofil untuk antimikrob, Dr Sarah Maloney – Sedutan: "...penemuan baru untuk penyelidikan ekstremofil masih berterusan pada hari ini, dengan penemuan asid amino terkod genetik ke-22 yang baru-baru ini — pirolisin — daripada arkea, Methanosarcina barkeri, (Hao et al., 2002; Srinivasan et al., 2002)...."
• Berita BBC 21 Julai 21, 1999: Pepijat yang paling tahan lasak mendedahkan rahasia-rahasia genetik – Sedutan: "...[Pyrococcus abyssi] menyukai keadaan-keadaan yang kebanyakan organisma lain tidak dapat hidup. Organisma ini suka akan suhu di lingkungan 103° Celsius dan tekanan sebanyak kira-kira 200 atmosfera...."
• Pyrococcus abyssi: Halaman web Genoscope
• Mininjau sebarang genom arkea yang siap di UCSC