Oleh: h1a007007 | April 8, 2008

Kaca yang terbelah

Kategori Biokimia
Kaca yang terbelah
Sumber: Nature, Vol.419 26 September 2002

Bagaimana dominasi tangan tunggal ditentukan dalam molekul biologi ? Amplifikasi dari ketidaksetimbangan kecil yang hampir tidak perlu diindahkan di dalam sebuah campuran yang berisi molekul-molekul yang mempunyai kecenderungan dominasi tangan yang berbeda mungkin bisa menjawab pertanyaan ini.

Beberapa molekul adalah kiral: mereka memiliki dua bentuk berbeda yang merupakan refleksi cermin satu sama lain, ada yang bertangan kanan, ada juga yang kidal. Oleh karena itu, sangatlah masuk akal bila reaksi yang menghasilkan molekul kiral dari bahan awal yang akiral murni seharusnya membentuk jumlah yang sama dari kedua bentuk ini untuk mempertahankan simetri keakiralannya. Jadi, bagaimana proses biologi memilih untuk memproduksi hanya salah satu dari kedua bentuk ini, seperti asam amino yang bertangan kiri dan gula yang bertangan kanan . Dalam Journal of the American Chemical Society, Singleton dan Vo melaporkan bahwa, bermula dari dua senyawa akiral mereka berhasil memperoleh produk kiral di mana tangan yang satu menunjukkan dominasi atas yang lain. Tapi sudahkah mereka mendemonstrasikan sebuah prinsip dasar yang menjelaskan misteri seputar predominasi atas kekhususan tangan dalam biomeolekul?

Takhyul mengenai tidak mungkinnya keadaan akhiral bisa berubah, menyebabkan pemujaan terhadap fenomena molekular yang bisa merubah simetri reaksi tersebut.Namun telah bertahun-tahun diketahui bahwa perubahan simetri seperti itu dapat terjadi secara acak melalui beberapa mekanisme yang berbeda : misalnya, pada saat cairan yang mengadung dua senyawa kiral yang berada dalam kesetimbangan mengalami proses kristalisasi, atau pada formasi spontan kiral pada domain kristal cair . Pada kasus-kasus seperti ini, penyimpangan kecil dari keadaan akiral digandengkan dengan sebuah proses yang mengabadikan diri dan memperbanyak diri secara ekponensial., yaitu otokatalisasi. Sementara itu gangguan spontan terhadap keadaan akiral simetris dalam larutan yang sama sekali homogen belum pernah diselidiki, dan inilah yang dilaksanakan oleh Singleton dan Vo.

Mereka meneruskan pekerjaan yang dirintis oleh ahli kimia Jepang Kenso Soai, yang melaporkan bahwa reaksi otokatalisasi di mana jumlah salah satu dari sebuah senyawa kiral lebih banyak sedikit dari jumlah senyawa pasangannya, cukup untuk mengarahkan reaksi itu untuk menghasilkan produk selanjutnya yang mengambil bentuk seperti senyawa kiral yang lebih banyak itu. Reaksi ini membutuhkan tambahan sedikit diisopropyl zinc dan  2-methylpyrimidine-5-carboxaldehyde, yang memproses ulang produk reaksi menjadi katalis untuk reaksi berikutnya. Selektivitas (yaitu, fraksi produk salah satu senyawa kiral) didefinisikan sebagai fungsi terhadap jumlah zat yang ditambahkan. Dalam eksperimen Soai, beberapa alkohol diperkirakan mempengaruhi arah reaksi, dan menambahkan alkohol kiral sebanyak 1% saja dapat menentukan nasib akhir produk reaksi tersebut.

Singleton dan Vo mempertanyakan apakah ketidaklinearan reaksi ini cukup sensitif untuk memperbesar ketidaksetimbangan statistik acak yang terjadi secara wajar dalam sebuah campuran molekul-molekul bertangan tunggal yang “setimbang”. Alangkah terkejutnya mereka mengetahui bahwa produk reaksi terbentuk dalam prorporsi yang tidak seimbang, namun dari reaksi ke reaksi, jumlah produk kiral tidak berubah dari segi statistik, menunjukkan bahwa ada sebuah alasan sistematis dalam proses selektifitas ini. Lucunya, Soai telah mendapatkan paten untuk reaksi yang sama, di mana ia mengasumsikan bahwa proses selektifitas ini terjadi secara acak.

Melalui berbagai pengawasan yang seksama dan percobaan doping (menambahkan zat-zat yang tidak murni ke dalam semi-konduktor untuk memperoleh suatu gejala elektronik), Singleton dan Vo mengambil kesimpulan bahwa ketidakmurnian kiral   (pada tingkat ppb dan terlalu kecil untuk bisa dideteksi secara langsung) di dalam solven reaksi adalah penyebab asal fenomena ini. Laporan mereka mendukung hasil kerja Soai mengenai efek dari ditambahkannya sejumlah kecil senyawa kiral pada reaksi ini dan menekankan tentang kesensitivitasan reaksi otokatalisis yang luar biasa. Tingginya tingkat selektifitas dan kemampuan yang nyata dari berbagai macam zat tambahan untuk memulai proses selektifitas ini menunjukkan perlunya eksperimen tambahan dan analisis kinetik yang lengkap.

Laporan ini seolah-olah memberi peringatan terhadap studi mengenai asal-usul homokiralitas biologi : yaitu mengenai perlunya menyelaraskan studi mengenai sebuah reaksi yang mempunyai respon yang sangat tidak searah terhadap penyimpangan dari keadaan akiral dengan kenyataan bahwa ketidakmurnian kiral masih ada sampai saat ini, bahkan setelah melalui berbiliun- biliun tahun berlalu. Berlawanan dengan kekhawatiran terhadapa kontaminasi biologis dalam konteks modern, masih ada hal-hal lain mengenai degradasi dan penyetimbangan kembali bentuk-bentuk kiral yang sudah tetap dalam konteks prebiotik, yang dipermasalahkan oleh Singleton dan Vo.

Memang, pada penjelasan mengenai terpecahnya simetri akiral dari asal prebiotiknya sebagai akibat dari kristalisasi, terdapat suatu kelemahan, yakni kembalinya keadaan kesetimbangan sistem pada saat kristal tersebut luluh. Tapi dengan menggandengkan kekiralan dalam kristal dengan zat kimia yang seselektif sistem diisopropyl zinc/pyrimidine carboxaldehyde menunjukkan bahwa pecahnya simetri pada saat proses kristalisasi dapat diperluas dari satu jenis senyawa ke jenis lainnya.. Sangatlah jelas bahwa proses apapun yang mampu merubah kesetimbangan dalam suatu keadaan hanya perlu meninggalkan secuil ketidaksetimbangan untuk mempengaruhi hasil dari sebuah reaksi otokatalisasi seperti yang telah diselidiki Soai.

Telah banyak proposal mengenai asal-usul homokiralitas biologis yang telah dibenarkan berdasarkan ide bahwa perlu ada sebuah mekanisme yang menentukan : yaitu bahwa dominasi tangan dalam biomolekul haruslah bersifat dapat dijelaskan oleh hukum-hukum fisika, seperti hilangya paritas. Hasil kerja Singleton dan Vo, sehubungan dengan penelitian Soai, mendukung pendapat yang menyatakan bahwa otokatalisis abiologis mungkin merupakan proses di mana pengaruh kiral yang sangat kecil dan acak diperbesar. Bila demikian, seharusnya sudah banyak contoh-contoh dalam dunia prebiotik mengenai dominasi tangan molekul. Oleh karena itu, dominasi tangan biomolekul adalah sangat penting dalam proses evolusioner sebagai lanjutan dari dominasi tangan molekul, dan para ahli masih mempertaruhkan pendapatnya pada determinisme.

Artikel asli ditulis oleh Jay S. Siegel,
Dept. of Chemistry, University of California at San Diego, USA
Diterjemahkan secara bebas oleh Silvia Iskandar


Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Kategori

%d blogger menyukai ini: