Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:
fakta diverifikasi
publikasi yang ditinjau oleh rekan sejawat
sumber terpercaya
membenarkan
OKE! Ligasi peptida katalitik dan amplifikasi kiral dalam kondisi yang relevan secara prebiotik. Kredit: Alam (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07059-y
× tutup
Ligasi peptida katalitik dan amplifikasi kiral dalam kondisi yang relevan secara prebiotik. Kredit: Alam (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07059-y
Molekul sering kali memiliki asimetri struktural yang disebut kiralitas, yang berarti molekul dapat muncul dalam versi cermin alternatif yang mirip dengan versi tangan manusia kiri dan kanan. Salah satu misteri besar tentang asal usul kehidupan di Bumi adalah bahwa hampir semua molekul dasar biologi, seperti bahan penyusun protein dan DNA, hanya terdapat dalam satu bentuk kiral.
Kini, dalam dua penelitian penting, ahli kimia Scripps Research telah mengusulkan solusi elegan terhadap misteri ini, menunjukkan bagaimana keberpihakan, atau “homokhiralitas”, mungkin berperan dalam biologi.
Studi ini dipublikasikan di jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences dan in Nature. Bersama-sama, mereka berpendapat bahwa munculnya homokiralitas sebagian besar disebabkan oleh fenomena kimia yang disebut resolusi kinetik, di mana satu bentuk kiral menjadi lebih melimpah dibandingkan bentuk kiral lainnya karena produksi yang lebih cepat dan/atau penipisan yang lebih lambat.
“Ada banyak usulan tentang bagaimana homokiralitas muncul dalam molekul tertentu—misalnya, dalam asam amino tertentu—tetapi kami benar-benar membutuhkan teori yang lebih umum,” kata Donna Blackmond, Ph.D., Profesor dan Ketua Departemen John C. Martin Kimia di Scripps Research, yang memimpin kedua studi tersebut.
Rekan postdoctoral Jinhan Yu dan peneliti postdoctoral Min Deng, Ph.D., adalah penulis pertama dalam dua studi tersebut.
Teka-teki homokiralitas
Ilmu kimia tentang “asal usul kehidupan” telah menjadi bidang yang sibuk selama sebagian besar abad terakhir. Para praktisinya telah menemukan lusinan reaksi penting yang mungkin terjadi pada masa awal bumi “prebiotik” yang menghasilkan DNA, RNA, gula, asam amino, dan molekul pendukung kehidupan pertama lainnya. Namun, teori prebiotik yang masuk akal tentang munculnya homokiralitas tidak ada dalam penelitian ini.
“Ada kecenderungan di lapangan untuk mengabaikan masalah kiralitas dalam mencari reaksi yang masuk akal yang dapat menciptakan molekul biologis pertama,” kata Blackmond. “Ini membuat frustrasi karena tanpa reaksi yang mendorong homokiralitas, kita tidak akan memiliki kehidupan.”
Reaksi kimia umum yang menghasilkan molekul kiral cenderung menghasilkan campuran bentuk levorotatori dan dekstrorotatori yang setara (“rasemat”). Di luar biologi, pencampuran ini biasanya tidak menjadi masalah karena kedua bentuk tersebut biasanya memiliki sifat yang serupa atau identik.
Namun, dalam biologi, karena homokiralitas yang luas, biasanya hanya bentuk molekul kiral levorotatori atau dekstrorotatori yang memiliki sifat berguna—yang lain bisa bersifat inert atau bahkan beracun. Oleh karena itu, sel sering kali mengarahkan reaksi untuk mendapatkan bentuk kiral tertentu dengan menggunakan enzim yang berevolusi tinggi.
Namun, bumi yang bersifat prebiotik tidak akan memiliki enzim seperti itu – jadi bagaimana homokiralitas bisa muncul?
Sebuah hasil yang paradoks
Dalam studi mereka di Proceedings of the National Academy of Sciences, Blackmond dan timnya membahas masalah asam amino ini. Molekul organik kecil ini digunakan sebagai bahan penyusun protein oleh semua makhluk hidup di Bumi, namun dalam biologi mereka hanya ada dalam bentuk kiral levorotatory.
Secara khusus, para peneliti berusaha untuk mereproduksi homokiralitas dalam proses produksi asam amino sentral yang disebut transaminasi menggunakan bahan kimia prebiotik yang relatif sederhana dan tidak termasuk enzim kompleks.
Pada pengujian awal, reaksi eksperimental tim berhasil, menghasilkan asam amino yang diperkaya dalam satu bentuk kiral dibandingkan bentuk lainnya. Masalahnya adalah bentuk yang disukai adalah bentuk tangan kanan – yang tidak digunakan dalam biologi.
“Kami terhenti selama beberapa saat, namun kemudian bola lampu menyala – kami menyadari bahwa kami dapat membalikkan sebagian reaksi tersebut,” kata Blackmond.
Ketika mereka melakukannya, reaksi tersebut tidak lagi menghasilkan asam amino dekstrorotatori. Dalam contoh resolusi kinetik yang mencolok, ia lebih memilih mengonsumsi dan menghabiskan versi tangan kanan—meninggalkan lebih banyak asam amino tangan kiri yang diinginkan. Dengan demikian, ini berfungsi sebagai jalur yang masuk akal menuju homokiralitas untuk asam amino yang digunakan dalam sel hidup.
Ikat semuanya
Untuk studi Nature, para ahli kimia mengeksplorasi reaksi sederhana dimana asam amino dalam bentuk kehidupan paling awal dapat digabungkan menjadi protein pendek pertama (juga dikenal sebagai peptida). Reaksi tersebut telah dipublikasikan sebelumnya oleh peneliti lain, tetapi belum pernah diteliti kemampuannya menghasilkan peptida homokiral dari campuran asam amino rasemat atau hampir rasemat.
Informasi lebih lanjut:
Jinhan Yu dkk, Pendekatan prebiotik terhadap asam amino yang diperkaya secara enansiomer melalui reaksi transaminasi yang dimediasi peptida, Prosiding National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2315447121
Donna Blackmond, Pemutusan simetri dan amplifikasi kiral dalam reaksi ligasi prebiotik, Alam (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07059-y. www.nature.com/articles/s41586-024-07059-y
Informasi dari buku harian:
Alam, Prosiding National Academy of Sciences
+ There are no comments
Add yours