Dalam beberapa dekade terakhir, dunia kimia semakin bergerak ke arah proses yang lebih ramah lingkungan dan efisien. Salah satu perubahan besar terjadi ketika listrik mulai digunakan sebagai sumber energi untuk memicu berbagai reaksi kimia. Bidang ini dikenal sebagai elektrokimia. Penelitian terbaru yang diterbitkan pada tahun 2025 di jurnal Nature memperkenalkan terobosan menarik dalam elektrokimia berbasis enzim, yang dapat mengubah masa depan produksi obat dan bahan kimia bernilai tinggi.
Enzim adalah protein khusus yang bekerja seperti mesin kecil di dalam tubuh makhluk hidup. Mereka membantu mempercepat proses kimia yang jika dilakukan tanpa bantuan enzim akan terjadi sangat lama atau bahkan tidak terjadi sama sekali. Industri farmasi telah lama memanfaatkan enzim untuk menghasilkan obat yang lebih aman dan efektif. Namun, ada batasan alami pada apa yang dapat dilakukan enzim. Banyak reaksi kimia baru yang diperlukan dalam pembuatan obat modern tidak bisa dilakukan oleh enzim alami.
Di sisi lain, elektrokimia memiliki keunggulan dalam memberikan kontrol presisi terhadap reaksi kimia melalui aliran elektron. Jika listrik dapat digunakan untuk memandu enzim melakukan tugas baru, maka peluang baru dalam kimia akan terbuka luas. Tantangan ilmiahnya adalah menyatukan dua dunia ini. Enzim bekerja di lingkungan biologis, sedangkan elektrokimia sering membutuhkan kondisi yang sangat berbeda. Upaya untuk menggabungkan keduanya sering kali terhalang oleh kurangnya kompatibilitas, sehingga hanya sedikit reaksi baru yang berhasil dilakukan.
Baca juga artikel tentang: Kendaraan Listrik: Seberapa Besar Dampaknya Bagi Lingkungan?
Pemecahan masalah ini menjadi inti dari penelitian terbaru yang dilakukan oleh tim ilmuwan dari Tiongkok dan Amerika Serikat. Mereka berhasil mengembangkan enzim buatan yang dapat digerakkan oleh listrik untuk melakukan reaksi kimia yang sebelumnya tidak pernah bisa dilakukan oleh enzim alami. Penelitian ini menunjukkan bahwa listrik bukan lagi sekadar alat untuk mengulangi kemampuan enzim yang sudah ada, tetapi dapat mendorong enzim melakukan fungsi yang benar-benar baru.
Peneliti memodifikasi enzim yang bergantung pada vitamin B1 atau tiamin. Biasanya, enzim ini bertugas menguraikan molekul tertentu dalam tubuh untuk menghasilkan energi. Namun, dengan menambahkan molekul khusus bernama ferrocene ke dalam sistem enzim ini, para peneliti memberikan jalur baru bagi elektron untuk mengalir. Ferrocene ini bertindak seperti perantara yang membawa elektron dari sumber listrik menuju enzim. Setelah terhubung, enzim dapat melakukan reaksi kimia kompleks yang sebelumnya mustahil dilakukan.
Perubahan ini bukan hanya kecil. Reaksi yang dihasilkan adalah jenis oksidasi dinamis yang mampu menghasilkan senyawa turunan aldehid. Senyawa ini merupakan bahan penting untuk membuat obat antiinflamasi, zat bioaktif, dan bahan kimia bernilai tinggi lainnya. Yang lebih mengejutkan lagi, hasil reaksi yang diperoleh memiliki tingkat kemurnian tinggi dengan kelebihan enansiomer hingga 99 persen. Dalam industri obat, kemurnian seperti ini sangat penting karena bentuk salah satu enansiomer dapat memberikan efek samping yang tidak diinginkan.
Penelitian ini menunjukkan bahwa listrik dapat memberikan arah khusus pada enzim untuk memilih molekul yang tepat dan menghasilkan bentuk yang tepat pula. Artinya, listrik dapat mengontrol bagaimana reaksi berlangsung hingga tingkat yang sangat detail. Selain itu, pendekatan ini dapat bekerja pada sel hidup yang memproduksi enzim tersebut. Kondisi ini memungkinkan proses kimia dilakukan pada skala besar, sesuatu yang sangat dibutuhkan industri kimia dan farmasi.
Para ilmuwan juga menemukan bahwa penggunaan listrik mempercepat proses penyeimbangan bentuk kimia yang berbeda, yang disebut rasemisasi. Efek ini sangat membantu dalam memaksimalkan hasil reaksi karena enzim dapat beradaptasi dan terus bekerja hingga seluruh bahan baku berubah menjadi produk yang diinginkan.
Keunggulan lain dari metode ini adalah efisiensi pemakaian enzim. Dalam banyak proses industri, enzim diperlukan dalam jumlah besar sehingga biaya produksi menjadi mahal. Dalam penelitian ini, enzim buatan dapat bekerja dalam jumlah sangat kecil, bahkan hanya 0,05 persen dari seluruh campuran reaksi. Ini berarti industri dapat menghemat banyak dalam skala produksi.
Pemanfaatan listrik juga membuat proses menjadi lebih ramah lingkungan. Jika energi listrik yang digunakan berasal dari sumber terbarukan, produksi bahan kimia menjadi lebih bersih dan mengurangi ketergantungan pada bahan kimia keras yang biasanya digunakan dalam sintesis kimia konvensional.
Terobosan ini membuka pintu bagi era baru elektroenzyme, yaitu enzim bertenaga listrik yang dapat melakukan berbagai tugas baru sesuai kebutuhan industri. Dengan penelitian lanjutan, mungkin saja di masa depan kita akan melihat sistem produksi obat yang lebih cepat, murah, bersih, dan sangat terkontrol.
Meski menjanjikan, penelitian ini masih berada pada tahap awal. Para ilmuwan masih perlu mempelajari lebih jauh bagaimana elektron mengalir melalui enzim dan bagaimana cara mengoptimalkan interaksi listrik dengan bagian aktif enzim. Tantangan teknis lain yang juga penting adalah memastikan teknologi ini bisa diterapkan secara stabil di pabrik-pabrik besar. Selain itu, peneliti perlu mengidentifikasi lebih banyak jenis enzim yang bisa dimodifikasi untuk memanfaatkan pendekatan serupa.
Namun demikian, publikasi ini telah mendapat banyak perhatian karena menunjukkan arah baru bagi industri kimia global. Jika teknologi ini berhasil diterapkan dalam skala luas, dunia dapat memproduksi obat lebih efisien, pangan lebih aman melalui bahan aditif yang lebih bersih, dan berbagai produk kimia lain yang berdampak langsung pada kehidupan masyarakat.
Pada akhirnya, inovasi ini menjadi contoh bagaimana sains terus menemukan cara baru untuk mengatasi kendala yang ada di alam. Dengan menggabungkan prinsip-prinsip kehidupan dan teknologi listrik, para ilmuwan membuka peluang baru yang tidak hanya menambah pengetahuan, tetapi juga membawa manfaat nyata bagi kesejahteraan manusia.
Masa depan kimia mungkin akan semakin bergantung pada listrik. Bukan hanya untuk menyalakan lampu di laboratorium, tetapi untuk menjalankan mesin-mesin mikroskopis yang kita sebut enzim. Dan ketika listrik dan biologi bekerja bersama, siapa yang tahu seberapa jauh kita bisa melangkah.
Baca juga artikel tentang: Teknologi Propulsi Listrik: Kunci Masa Depan Eksplorasi Luar Angkasa
REFERENSI:
Zhao, Beibei dkk. 2025. Electricity-driven enzymatic dynamic kinetic oxidation. Nature 643 (8072), 699-704.
