Pemodelan Sederhana Penyebab Alzheimer’s Disease dengan Hidrolisis Ester

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
Editor: Ira Puspitasari

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 (UA), Institut Pertanian Bogor (IPB), dan National University of Singapore (NUS), satu kimiawan Universitas Gadjah Mada (UGM), dan satu insinyur UA, 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 UA 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.

Hasil ini telah dipublikasikan di jurnal Heliyon Heliyon, tahun 2019, volume 5, isu 9, halaman e02409. Tim riset yang diketuai oleh Dr. Febdian Rusydi (UA) ini beranggotakan Dr. Ira Puspitasari (UA), Prof. Hermawan K. Dipojono (ITB), Prof. Mudasir (UGM), Dr, Faozan Ahmad (IPB), dan dua mahasiswa magister ITB Rizka N. Fadilla dan Nufida D. Aisyah (keduanya dibimbing oleh Prof. Hermawan dan Dr. Febdian Rusydi). Selain itu, Prof. Andrivo Rusydi (pakar material maju dari NUS) ikut andil untuk mengecek kesahihan kalkulasi dan argumen yang diajukan tim peneliti. 

Klik ini untuk mengunduh artikel laporan secara utuh. Artikel ini bebas diunduh karena masuk kategori Open Access.

Author: febdian RUSYDI

a physicists, a faculty, a blogger.

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.