Pemodelan Sederhana Penyebab Alzheimer Disease dengan Hidrolisis Ester

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin
Ilustrasi Alzheimer. (Sumber: Medium)

“Berhati-hatilah dengan konformasi pada keadaan transisi saat mempelajari hidrolisis ester!”

Himbauan ini adalah hasil utama dari studi teoretis yang dilakukan oleh tim kolaborasi riset empat universitas nasional dan satu internasional. Tim tersebut terdiri dari tiga fisikawan, masing-masing dari Universitas Airlangga (UNAIR), Institut Pertanian Bogor (IPB), dan National University of Singapore (NUS), satu kimiawan Universitas Gadjah Mada (UGM), dan satu  insinyur  UNAIR,  serta  dua  mahasiswa  magister Institut   Teknologi Bandung  (ITB). Proyek riset  kolaborasi  ini  dikoordinasi  oleh Research Center for Quantum Engineering Design, sebuah pusat kajian studi di UNAIR yang fokus pada aplikasi mekanika kuantum pada kasus-kasus biologis dan medis.

Tim riset menemukan bahwa konformasi pada keadaan transisi (transition state, TS) hidrolisis ester tidak hanya memengaruhi produk, tapi juga laju reaksi. Sebuah reaksi kimia bermula dari reaktan dan berakhir dengan produk.  Dua buah  reaksi  kimia  yang  bermula  dari  dua  reaktan  yang identik dapat menghasilkan dua produk  berbeda. Perbedaan ini terjadi karena dua reaksi tersebut menempuh jalur reaksi yang berbeda.

Setiap jalur  reaksi  memiliki  satu  karakter  unik,  yaitu  TS. Pemilihan  keadaan transisi ini adalah fenomena kuantum, yaitu probabilitas: bisa memilih TS “yang ini” atau TS “yang itu”. Meskipun demikian, kita dapat memperbesar probabilitas salah satu TS dengan kontrol faktor lingkungan reaksi seperti tekanan, tingkat keasaman larutan, dan temperatur.

Pencarian TS secara Komputasi

Para peneliti umumnya sangat sulit mengamati TS secara eksperimen. Kesulitan ini karena molekul-molekul  yang terlibat reaksi hanya berada pada keadaan ini dalam waktu yang sangat teramat singkat. Cara terbaik sejauh ini untuk mempelajari TS adalah secara komputasi yang berbasis mekanika kuantum. Di sinilah dibutuhkan  peran fisikawan dan insinyur komputasi: merancang jalur reaksi secara hipotetis, menentukan semua kemungkinan TS, dan kemudian menghitung probabilitas kuantum setiap TS.  Probabilitas  kuantum  ini  nanti  menunjukkan  laju  reaksi,  besaran sangat penting dalam reaksi kimia.

Secara komputasi, tim riset mendemonstrasikan TS hidrolisis ester dipengaruhi oleh konformer reaktan. Ester adalah senyawa organik yang berbau harum yang banyak  dihasilkan  oleh buah-buahan dan  bunga. Ester memiliki banyak jenis, setiap jenis ditentukan  oleh jumlah  atom karbon dan kehadiran atom-atom  nitrogen, oksigen, dan halogen. Satu jenis ester dapat memiliki sejumlah bentuk geometri, yang disebut isomer. Isomer yang terbuat dari perbedaan puntiran gugus ester disebut konformer. Perubahan dari satu konformer ke konformer yang lain disebut konformasi.

Tim riset juga mendemonstrasikan bahwa konformasi dapat terjadi pada TS. Pada kasus hidrolisis ester, konformasi pada TS ini secara signifikan berdampak pada laju reaksi. Bayangkan, efek konformasi dapat mengubah kelajuan reaksi 3 sampai dengan 350 kali!

Manfaat Riset

Meskipun sederhana, hidrolisis ester adalah model fundamental dari reaksi-reaksi yang lebih rumit di alam ini. Hidrolisis ester pada prinsipnya memotong molekul ester dengan air sehingga menghasilkan dua senyawa baru: asam karbosilik dan alkohol. Salah satu contoh reaksi yang dapat dimodelkan oleh hidrolisis ester adalah reaksi pemotongan molekul achetylcholine  (ACh) di  dalam  otak  kita.

Molekul ACh ini berfungsi sebagai pengantar informasi dari satu ke syaraf lain di dalam otak. Laju pemotongan yang berlebihan membuat otak kekurangan ACh. Inilah awal dari  Alzheimer’s  Diseases  (AD)   menurut  cholinergic   hypotesis   dan sekaligus motivasi awal studi ini.

Tim riset menggunakan hidrolisis ester sebagai model awal mekanisme cholinergic pada kasus Alzheimer’s Disease. Hasil riset hidrolisis ester ini memberi pedoman penting bagi periset di bidang yang sama untuk mempertimbangkan   konformasi   ACh  saat  mempelajari  mekanisme cholinergic pada kasus Alzheimer’s Disease. (*)

Penulis: Febdian Rusydi

Hasil ini telah dipublikasikan di jurnal Heliyon Heliyon, tahun 2019 melalui link berikut:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844019360694

Berita Terkait

UNAIR News

UNAIR News

Media komunikasi dan informasi seputar kampus Universitas Airlangga (Unair).

Leave Reply

Close Menu