Mengapa tubuh kita membutuhkan unsur logam?

Aku pernah mendengar bahwa tubuh kita membutuhkan sedikit unsur logam. Akan tetapi, tubuh kita terutama terdiri dari senyawa organik. Mengapa tubuh kita membutuhkan unsur logam?Bagaimana unsur logam bekerja dalam tubuh kita?

Jawaban:
Dr. Eiichiro Ochiai, seseorang yang sedang mempelajari kimia bioanorganik, bersedia menjawab pertanyaan di atas. Secara singkat, ia berbicara tentang istilah umum kebutuhan unsur logam dalam organisme dan menggambarkan kegunaan biologis unsur logam dengan salah satu unsur logam yang paling banyak digunakan, besi (Fe). Jadi cerita berikut ini diberi judul “Sebuah Kisah Tentang Besi” (© Eiichiro Ochiai).
Sebagai makhluk hidup, kita terdiri dari, secara kimiawi, kebanykan senyawa organik seperti protein, asam nukleat, karbohidrat, vitamin dan sejenisnya. Senyawa organik terdiri dari atom karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) dan nitrogen (N). Sejumlah senyawa organik juga bisa mengandung sulfur (S) atau fosfor (P). Itu saja; tidak ada yang lain. Dapatkah kita hidup dengan baik hanya dengan senyawa organik? Kebanyakan orang-orang tahu bahwa jawabannya adalah tidak. Tulang dan gigi kita terbuat dari senyawa kalsium (Ca), yang tergolong “zat anorganik”. Darah mengandung besi (Fe), sebuah unsur anorganik. Semua orang tahu bahwa kita membutuhkan garam (natrium khlorida, NaCl) meski mereka tidak tahu mengapa. Bahkan, sekitar 30 unsur diketahui sangat dibutuhkan untuk menjalankan fungsi makhluk hidup yang layak. Seperti yang telah Anda ketahui, Hanya ada 100 unsur saja yang ada di alam ini, dan satu pertiga dari unsur tersebut sangat penting bagi makhluk hidup. Unsur yang penting di antaranya adalah (selain dari yang sudah disebutkan): magnesium (Mg), silikon (Si), kalium (K), mangan (Mn), kobal (Co), tembaga (Cu), seng (Zn), molibdenum (Mo), iod (I), selenium (Se), nikel (Ni), dan boron (B). Sebuah bidang penelitian baru kini sedang dikembangkan, yang mempelajari peranan unsur-unsur yang berbeda ini dan peranan senyawanya dalam sistem biologis; ilmu ini disebut “kimia bioanorganik”. Terlalu panjang lebar bila hal ini dibahas dalam forum kali ini; sebab itu, saya memilihkan unsur tertentu dan menggambarkan bidang ilmu yang disebut kimia bioanorganik. Bagian pertama “Pembentukan unsur Besi” bukanlah topik yang pas dari kimia bioanorganik, tapi ditambahkan di sini untuk memberitahu Anda tentang peranan besi yang sangat penting.

Saya yakin setiap orang tidak asing dengan logam besi. Mobil dan mesin sebagian besar terbuat dari besi. Besi adalah salah satu unsur yang tersedia sangat melimpah di alam dan logam yang paling menarik, sebagai satu dari unsur krusial untuk makhluk hidup. Berikut adalah kisah mengenai besi.

Adakah Obat untuk HIV/AIDS Saat Ini?

AIDS merupakan penyakit yang paling ditakuti pada saat ini. HIV, virus yang menyebabkan penyakit ini, merusak sistem pertahanan tubuh (sistem imun), sehingga orang-orang yang menderita penyakit ini kemampuan untuk mempertahankan dirinya dari serangan penyakit menjadi berkurang. Seseorang yang positif mengidap HIV, belum tentu mengidap AIDS. Banyak kasus di mana seseorang positif mengidap HIV, tetapi tidak menjadi sakit dalam jangka waktu yang lama. Namun, HIV yang ada pada tubuh seseorang akan terus merusak sistem imun. Akibatnya, virus, jamur dan bakteri yang biasanya tidak berbahaya menjadi sangat berbahaya karena rusaknya sistem imun tubuh.

Karena ganasnya penyakit ini, maka berbagai usaha dilakukan untuk mengembangkan obat-obatan yang dapat mengatasinya. Pengobatan yang berkembang saat ini, targetnya adalah enzim-enzim yang dihasilkan oleh HIV dan diperlukan oleh virus tersebut untuk berkembang. Enzim-enzim ini dihambat dengan menggunakan inhibitor yang nantinya akan menghambat kerja enzim-enzim tersebut dan pada akhirnya akan menghambat pertumbuhan virus HIV.

HIV merupakan suatu virus yang material genetiknya adalah RNA (asam ribonukleat) yang dibungkus oleh suatu matriks yang sebagian besar terdiri atas protein. Untuk tumbuh, materi genetik ini perlu diubah menjadi DNA (asam deoksiribonukleat), diintegrasikan ke dalam DNA inang, dan selanjutnya mengalami proses yang akhirnya akan menghasilkan protein. Protein-protein yang dihasilkan kemudian akan membentuk virus-virus baru.

Obat-obatan yang telah ditemukan pada saat ini menghambat pengubahan RNA menjadi DNA dan menghambat pembentukan protein-protein aktif. Enzim yang membantu pengubahan RNA menjadi DNA disebut reverse transcriptase, sedangkan yang membantu pembentukan protein-protein aktif disebut protease.

Untuk dapat membentuk protein yang aktif, informasi genetik yang tersimpan pada RNA virus harus diubah terlebih dahulu menjadi DNA. Reverse transcriptase membantu proses pengubahan RNA menjadi DNA. Jika proses pembentukan DNA dihambat, maka proses pembentukan protein juga menjadi terhambat. Oleh karena itu, pembentukan virus-virus yang baru menjadi berjalan dengan lambat. Jadi, penggunaan obat-obatan penghambat enzim reverse transcriptase tidak secara tuntas menghancurkan virus yang terdapat di dalam tubuh. Penggunaan obat-obatan jenis ini hanya menghambat proses pembentukan virus baru, dan proses penghambatan ini pun tidak dapat menghentikan proses pembentukan virus baru secara total.

Obat-obatan lain yang sekarang ini juga banyak berkembang adalah penggunaan penghambat enzim protease. Dari DNA yang berasal dari RNA virus, akan dibentuk protein-protein yang nantinya akan berperan dalam proses pembentukan partikel virus yang baru. Pada mulanya, protein-protein yang dibentuk berada dalam bentuk yang tidak aktif. Untuk mengaktifkannya, maka protein-protein yang dihasilkan harus dipotong pada tempat-tempat tertentu. Di sinilah peranan protease. Protease akan memotong protein pada tempat tertentu dari suatu protein yang terbentuk dari DNA, dan akhirnya akan menghasilkan protein yang nantinya akan dapat membentuk protein penyusun matriks virus (protein struktural) ataupun protein fungsional yang berperan sebagai enzim.

Gambar 2 (klik untuk memperbesar)

Gambar 2 menunjukkan skema produk translasional dari gen gag-pol dan daerah di mana produk dari gen tersebut dipecah oleh protease. p17 berfungsi sebagai protein kapsid, p24 protein matriks, dan p7 nukleokapsid. p2, p1 dan p6 merupakan protein kecil yang belum diketahui fungsinya. Tanda panah menunjukkan proses pemotongan yang dikatalisis oleh protease HIV (Flexner, 1998).

Menurut Flexner (1998), pada saat ini telah dikenal empat inhibitor protease yang digunakan pada terapi pasien yang terinfeksi oleh virus HIV, yaitu indinavir, nelfinavir, ritonavir dan saquinavir. Satu inhibitor lainnya masih dalam proses penelitian, yaitu amprenavir. Inhibitor protease yang telah umum digunakan, memiliki efek samping yang perlu dipertimbangkan. Semua inhibitor protease yang telah disetujui memiliki efek samping gastrointestinal. Hiperlipidemia, intoleransi glukosa dan distribusi lemak abnormal dapat juga terjadi.

Gambar 3 (klik untuk memperbesar)

Gambar 3 menujukkan lima struktur inhibitor protease HIV dengan aktivitas antiretroviral pada uji klinis. NHtBu = amido tersier butil dan Ph = fenil (Flexner, 1998).

Uji klinis menunjukkan bahwa terapi tunggal dengan menggunakan inhibitor protease saja dapat menurunkan jumlah RNA HIV secara signifikan dan meningkatkan jumlah sel CD4 (indikator bekerjanya sistem imun) selama minggu pertama perlakuan. Namun demikian, kemampuan senyawa-senyawa ini untuk menekan replikasi virus sering kali terbatas, sehingga menyebabkan terjadinya suatu seleksi yang menghasilkan HIV yang tahan terhadap obat. Karena itu, pengobatan dilakukan dengan menggunakan suatu terapi kombinasi bersama-sama dengan inhibitor reverse transcriptase. Inhibitor protease yang dikombinasikan dengan inhibitor reverse transkriptase menunjukkan respon antiviral yang lebih signifikan yang dapat bertahan dalam jangka waktu yang lebih lama (Patrick & Potts, 1998).

Dari uraian di atas, kita dapat mengetahui bahwa sampai saat ini belum ada obat yang benar-benar dapat menyembuhkan penyakit HIV/AIDS. Obat-obatan yang telah ditemukan hanya menghambat proses pertumbuhan virus, sehingga jumlah virus dapat ditekan.

Oleh karena itu, tantangan bagi para peneliti di seluruh dunia (termasuk Indonesia) adalah untuk mencari obat yang dapat menghancurkan virus yang terdapat dalam tubuh, bukan hanya menghambat pertumbuhan virus. Indonesia yang kaya akan keanekaragaman hayati, tentunya memiliki potensi yang sangat besar untuk ditemukannya obat yang berasal dari alam. Penelusuran senyawa yang berkhasiat tentunya memerlukan penelitian yang tidak sederhana. Dapatkah obat tersebut ditemukan di Indonesia? Wallahu a’lam.

Alga di Yellowstone Diketahui Dapat Men-Detoksifikasi Zat Arsenik

Arsenic mungkin zat yang keras, tetapi para ilmuwan telah menemukan bahwa alga di Yellowstone National Park adalah yang lebih keras.

Alga – alga yang bersel tunggal sederhana adalah Cyanidioschyzon – tumbuh dengan subur di kondisi yang sangat asam dan secara kimiawi memodifikasi arsenic yang tumbuh alamiah sepanjang musim semi yang panas, kata Tim McDermott, profesor pada Department of Land Resources and Environmental Sciences Di Universitas Montana State.

Cyanidioschyzon nantinya dapat membantu mereklamasi limbah tambang yang bermuatan arsenic dan membantu dalam segala hal dari eksplorasi ruang angkasa hingga menciptakan makanan yang aman dan herbisida, kata para ilmuwan.

Alga ini dan bagaimana dia men-detoksifikasi arsenic dijelaskan pada sebuah makalah yang dipublikasikan minggu ini (minggu ini pada tanggal 9 Maret) pada edisi online Proceedings of the National Academy of Sciences, atau PNAS. Pimpinan penulisnya adalah McDermott dan Barry Rosen, dari Universitas Florida International. Diantara ke – empat penulis utamanya adalah Corinne Lehr, yang dulunya bekerja dengan McDermott sebagai ilmuwan postdoktoral di MSU dan sekarang anggota fakultas di Universitas California Polytechnic State.

Arsenic merupakan zat racun paling umum di lingkungan, menempati urutan pertama pada daftar Superfund tentang zat – zat berbahaya, para peneliti menuliskannya pada makalah mereka. McDermott mengatakan bahwa arsenic merupakan zat yang sangat umum pada aliran air yang panas dan asam di Yellowstone dan menunjukkan tantangan nyata bagi mikroorganisme yang hidup pada kondisi tersebut. Sebenarnya, ada beberapa tantangan bagi peneliti. McDermott mengatakan asam yang berada di tanah dan air sangatlah kuat yang kadang – kadang hingga memakan lubang – lubang melalui jeans saat dia berlutut untuk mengumpulkan contoh – contoh.

McDermott telah bekerja di Yellowstone lebih dari satu decade dan berpergian bertahun – tahun hingga ke Norris Geyser Basin untuk memelajari matras microbial yang tumbuh pada kondisi asam musim semi. Selama bertahun – tahun, di memperhatikan matras tebal alga yang sangat hijau dan lebat pada bulan Desember yang mereka lihat seperti Astro-Turf, kata McDermott. Pada bulan Juni, praktis mereka telah hilang. Sementara sedang memeriksa perubahan tersebut, McDermott dan kolaboratornya memelajari alga Cyanidiales dan kemampuannya dalam mengurangi arsenic hingga ke bentuk yang kurang berbahaya.

“Algae tersebut merupakan suatu anggota yang dominant dari komunitas mikrobiologi yang tidak boleh diindaahkan, tetapi untuk beberapa alasan mereka tidak menarik banyak perhatian,” kata McDermott.

Algae Cyanidioschyzon tumbuh di sepanjang Yellowstone, tetapi para peneliti mengkonsentrasikannya pada Norris Geyser Basin, jelas McDermott. Algae tumbuh subur dia air hingga suhu 135 derajat Fahrenheit (terlalu panas untuk digunakan untuk mandi) dengan tingkat keasaman faktor pH berkisar dari 0.5 hingga 3.5. Pada sungai kecil dianggap asam jika faktor pH kurang dari 7.

“Algae tersebut hidup di area Yellowstone yang sangat beracun berkaitan dengan arsenic,” kata McDermott. “Anda tidak dapat meminum air tersebut meski anda telah merubah pH mereka.”

Para ilmuwan mengklon gen – gen dari alga ini, kemudian memelajari enzim – enzim untuk mencari tahu bagaimana mereka mentransformasikan arsenic. Mereka memelajari bahwa alga mengoksidasi, mengurangi dan merubah arsenic kedalam beberapa bentuk yang kurang beracun ketimbang aslinya.

Rosen mengatakan satu bentuk signifikannya adalah gas yang dapat menguap, khususnya pada suhu yang tinggi pada musim semi di Yellowstone. Dimana memperbolehkan kehidupan untuk hidup pada “konsentrasi arsenic yang benar – benar mematikan,” katanya.

“Ini memberikan kita suatu pandangan tentang bagaimana kehidupan beradaptasi pada lingkungan yang ekstrem,” Rosen menambahkan. “Jika kehidupan dapat tumbuh pada suhu dan konsentrasi tinggi dari metal berat seperti arsenic, kehidupan mugkin dapat untuk berevolusi pada planet lain atau bulan seperti Planet Titan atau Enceladus.”

McDermott mengatakan bahwa para ilmuwan melakukan penelitian dasar yang mungkin berimplikasi nantinya bagi pembuangan tanbang yang beracun dan usaha perbaikan pembuangan bebatuan yang beracun.

“Kapanpun anda memelajari sesuatu mengenai algae eukaryotic dan potensi aplikasi mereka bagi bioremediation, itu hal yang selalu bagus,” katanaya.

Eukaryotic mengacu pada mikroorganisme yang mempunyai sel – sel dengan struktur komplek membaran yang melingkupi. Cyanidioschyzon merupakan organisme bersel tunggal sederhana yang diklasifikasikan sebagai algae merah.

Rosen menambahkan bahwa alga yang mereka pelajari meriupakan tumbuhan primitive, jadi ini mungkin dapat mengungkap bagaimana tumbuhan dapat tahan dengan arsenic, yang digunakan pada beberapa tipe herbisida. Pengetahuan yang mereka dapatkan juga dapat digunakan suatu hari nanti untuk membantu menciptakan tipe padi baru.

“Beberapa tumbuhan, seperti padi, mengakumulasikan konsentrasi tinggi dari arsenic. Ini membahayakan persediaan makanan kita,” jelas Rosen. “Padi dengan kandungan jumlah arsenic yang tinggi tidak akan membunuh seseorang dengan cepat, tetapi dapat meningkatkan resiko kanker seperti kanker kandung kemih.”

McDermott mengatakan bahwa saat pertama kali dia berpikir untuk memeriksa perubahan warna pada matras algae di Yellowstone, dia membayangkan bahwa sesuatu lebih dari sekedar fotosintetis telah terlibat didalamnya. Dia memikirkan ketinggian dan garis lintang berperanan dalam hal ini. Sepanjang musim semi yang panas tidak ada pohon di sekitarnya, jadi dia bertanya – tanya bahwa intensitas matahari pada bulan Juni menekan pertumbuhan algae.

Bukti molecular menyatakan bahwa algae pada musim semi tersebut meliputi dua kelompok populasi yang berbeda, kata McDermott. Satunya tumbuh subur pada musim dingin dan lainnya pada musim panas. Algae yang mendominasi pada musim panas kelihatannya dapat tahan terhadap sinar ultraviolet tingkat tinggi.