Kimiawan menemukan kunci kimia awal Bumi, yang dapat membuka cara mempercepat sintesis kimia untuk penemuan obat.
Kimiawan dari Universitas Purdue telah menemukan mekanisme reaksi pembentukan peptida yang terjadi di dalam air—sesuatu yang telah membingungkan para ilmuwan selama beberapa dekade.
Tentang Kimia Air dan Asal Usul Kehidupan
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah bertanya-tanya bagaimana kehidupan bisa muncul di Bumi. Salah satu misteri utama adalah bagaimana reaksi kimia yang diperlukan untuk membentuk materi dasar kehidupan bisa terjadi di lingkungan yang didominasi oleh air. Ahli kimia dari Universitas Purdue telah menemukan jawaban yang mengejutkan: terkadang, di tepi-teluk air, reaksi kimia bisa terjadi dengan sangat cepat, memungkinkan materi dasar kehidupan untuk terbentuk.
Mengapa ini penting? Nah, reaksi kimia ini adalah langkah penting dalam pembentukan protein, yang merupakan komponen utama dalam organisme hidup. Dan ketika kita memahami bagaimana reaksi ini terjadi, kita bisa lebih baik memahami bagaimana kehidupan mungkin telah berkembang di Bumi jutaan tahun yang lalu.
Satu lagi hal yang menarik adalah bagaimana penemuan ini dapat memengaruhi penemuan obat. Faktanya, kimia yang sama yang terjadi di tepi tetesan air ini dapat mempercepat proses sintesis kimia secara keseluruhan. Ini berarti para ilmuwan dapat lebih cepat menemukan dan mengembangkan obat-obatan baru untuk penyakit-penyakit yang sulit diobati. Bayangkan, penemuan ini tidak hanya membantu kita memahami asal usul kehidupan, tetapi juga bisa membawa manfaat besar bagi kesehatan manusia di masa depan.
Kimia berbasis air ini, yang mengarah pada pembentukan protein dan pada akhirnya ke kehidupan di Bumi, juga dapat mempercepat pengembangan obat untuk mengobati penyakit yang paling mengganggu manusia. Penemuan tim ini dipublikasikan dalam jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences.
Selama beberapa dekade, ilmuwan telah mengemukakan teori bahwa kehidupan di Bumi dimulai di lautan. Namun, kimianya tetap menjadi misteri. Asam amino mentah—sesuatu yang meteorit kirimkan ke Bumi awal setiap hari—dapat bereaksi dan melekat bersama untuk membentuk peptida, blok bangunan protein dan, pada akhirnya, kehidupan. Namun, yang membingungkan, proses ini memerlukan kehilangan molekul air, yang tampaknya sangat tidak mungkin terjadi di lingkungan yang basah, akuatik, atau samudra. Untuk kehidupan terbentuk, diperlukan air. Tetapi juga diperlukan ruang yang jauh dari air.
Baca juga: Antrean Kehidupan: Membongkar Misteri Sakaratul Maut – Warung Sains Teknologi (warstek.com)
Para ahli kimia, yang ahli dalam spektrometri massa dan kimia Bumi awal, bersama timnya telah mengungkapkan jawaban atas teka-teki ini: “Air tidak selalu basah di mana-mana.” Di pinggiran, di mana tetesan air bertemu dengan atmosfer, reaksi yang sangat cepat dapat terjadi, mengubah asam amino abiotik menjadi blok bangunan kehidupan. Tempat-tempat di mana semprotan laut terbang ke udara dan ombak memukul daratan, atau di mana air tawar berdesir di lereng, adalah lanskap subur bagi potensi evolusi kehidupan.
Para kimiawan telah menghabiskan lebih dari 10 tahun menggunakan spektrometer massa untuk mempelajari reaksi kimia di dalam tetesan air.
Kecepatan reaksi-reaksi ini membuat katalis tidak diperlukan, mempercepat reaksi dan, dalam hal kimia Bumi awal, membuat evolusi kehidupan menjadi mungkin. Memahami bagaimana proses ini bekerja telah menjadi tujuan dari beberapa dekade penelitian ilmiah. Rahasia bagaimana kehidupan muncul di Bumi dapat membantu ilmuwan memahami mengapa hal itu terjadi dan memberikan informasi untuk pencarian kehidupan di planet lain, atau bahkan bulan.
Memahami bagaimana asam amino membangun diri menjadi protein dan, pada akhirnya, bentuk kehidupan, merevolusi pemahaman ilmuwan tentang sintesis kimia. Kimia yang sama sekarang dapat membantu kimiawan sintetis dalam mempercepat reaksi-reaksi yang kritis untuk menemukan dan mengembangkan obat-obatan baru dan perawatan terapeutik untuk penyakit.
Penelitian
R. Graham Cooks, yang merupakan Profesor Kimia Terkemuka Henry B. Hass, bersama dengan peneliti pascadoktoralnya, Lingqi Qiu, memiliki bukti eksperimental bahwa langkah kunci dalam pembentukan protein dapat terjadi dalam tetesan air murni. Mereka baru-baru ini mempublikasikan temuan ini dalam Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Dalam langkah kunci ini, asam amino mengalami dehidrasi (kehilangan air) meskipun mereka berada dalam larutan air, sebuah paradoks yang dapat dijelaskan oleh kenyataan bahwa permukaan tetesan ini sangat kering dan sangat asam. Di bawah kondisi ini, asam amino terhubung satu sama lain untuk menciptakan peptida, langkah fundamental menuju pembentukan protein dan, akhirnya, organisme hidup.
Aspek penting dari penemuan ini adalah bahwa struktur “kiri” alami dari asam amino dipertahankan sepanjang proses ini. Hal ini mengarah pada pembentukan peptida kiral murni dengan “L” yang sama. Para penulis mengidentifikasi senyawa tertentu, oksazolidinon, sebagai perantara penting dalam reaksi ini.
Selanjutnya, mereka menemukan bahwa reaksi dehidrasi ini tidak terbatas pada tetesan mikroskopis. Ini juga terjadi dalam skala yang lebih besar, hingga sentimeter, seperti yang ditunjukkan dalam eksperimen laboratorium yang dimulai dari perantara oksazolidinon. Reaksi dalam skala yang lebih besar ini mencerminkan kimia tetesan mikro dan juga analog dengan siklus basah-kering yang telah banyak diteliti yang diduga terjadi di kolam hidrotermal dan tepi pantai. Koneksi ini menghubungkan pembentukan peptida dalam aerosol dan dalam lingkungan prebiotik yang lebih luas.
Studi ini menambahkan bukti bahwa permukaan tetesan air mewakili sistem fisik dan kimia yang sangat aktif secara unik. Terdapat medan listrik yang sangat tinggi dan keasaman ekstrim yang mendorong dehidrasi asam amino untuk membentuk peptida. Studi tentang kimia di antarmuka tetesan air menawarkan wawasan baru ke dalam tahap awal evolusi kimia kehidupan.
Referensi :
[1] https://www.purdue.edu/newsroom/releases/2022/Q4/the-fountain-of-life-water-droplets-hold-the-secret-ingredient-for-building-life.html?_ga=2.12720820.243116208.1708071359-1658943870.1708071355 diakses pada 16 Februari 2024
[2] https://www.chem.purdue.edu/media/news/2024/water-droplet-interfaces.html diakses pada 16 Februari 2024
