Enzim ?

Bukan enzim pasta gigi, melainkan enzim pada makhluk hidup, yang berperan dalam proses metabolisme biokimia di setiap sel hidup. Mereka bertugas untuk membantu dan memastikan setiap reaksi kimia berlangsung secara efisien.
Kemampuan inilah yang memungkinkan mereka untuk digunakan sebagai katalis dalam bioteknologi, misalnya untuk membuat produk kimia dalam farmasi. Sebuah topik terkait yang sedang banyak dibahas adalah katalis diinduksifoto, dimana peneliti memanfaatkan kemampuan alam untuk memulai aksi biokimia dengan bantuan cahaya.

Namun, bukanlah hal yang sederhana untuk menggabungkan beberapa enzim yang dapat diaktivasi menggunakan cahaya secara alami ke dalam proses bioteknologi. Hal ini disebabkan karena mereka sangat terspesialisasi dan sulit untuk dimanipulasi.

Para peneliti di Universitas Munster (Jerman) dan Universitas Pavia (Italia) kini telah mengidentifikasi suatu enzim yang dapat menjadi aktif secara katalik ketika terpapar cahaya biru.
Ketika terpapar cahaya biru, enzim segera memicu reaksi yang sampai sekarang masih belum diketahui dalam enzymologi.

Reaksi yang dimaksud adalah reaksi monooxygenase khusus, dimana atom oksigen dipindahkan ke substrat. Reaksi ini didukung oleh “molekul pembantu” yang secara bertahap menghasilkan dua elektron. Hingga saat ini telah diasumsikan bahwa reaksi yang bergantung pada cahaya seperti itu belum dapat terjadi pada enzim.

“ Enzim yang telah kami identifikasi termasuk dalam keluarga enzim yang sangat besar, dan merupakan hal yang realistis untuk mengasumsikan enzim lain dapat diproduksi melalui manipulasi genetik. Termasuk yang dapat diaktifkan oleh cahaya dan yang dapat diterapkan dalam berbagai bidang keilmuan, ” kata Dr. Steffen L Drees yang memimpin penelitian dan bekerja di Institut Mikrobiologi Molekul dan Bioteknologi di Universitas Munser.
Salah satu penerapan yang paling memungkinkan adalah di bidang kedokteran, dimana obat-obatan dapat diaktifkan melalui cahaya. Studi ini telah diterbitkan dalam jurnal “Nature Communication”.

Dalam studi mereka, para peneliti menginvestigasi enzim Pqsl, yang dapat ditemukan di patogen opportunistik Pseudomonas aeruginosa dan pada awalnya tidak bergantung pada cahaya.
Peneliti menstimulasikan enzim tersebut dengan cahaya biru dan menganalisis reaksinya menggunakan kombinasi teknik spektroskopi dan kristalografi.

Enzim yang diuji adalah enzim dari keluarga flavoprotein. Enzim dari keluarga protein ini menggunakan turunan dari vitamin B2 sebagai kofaktor untuk mengkatalisis penggabungan oksigen ke dalam molekul organik. Cosubtrat NADH (reduksi nikotanamid adenin dinukleotida) diperlukan sebagai “molekul pembantu” untuk reaksi enzimatik, menyediakan elektron yang diperlukan.

Mekanisme reaksi yang diamati oleh peneliti dalam studi mereka merupakan hal yang baru dan sejauh ini unik.
Ketika diaktifkan oleh paparan cahaya di flavin-NADH complex, NADH mentransfer satu elektron ke flavin yang terikat protein. Dengan cara ini, flavin radikal terbentuk yaitu molekul yang sangat reaktif yang dicirikan oleh electron yang tidak berpasangan. Dengan menggunakan teknik spectroscopy, para peneliti mengamati bagaimana molekul terbentuk dan mengubah keadaannya.

Flavin radikal memiliki potensi redoks yang sangat negatif artinya ia memiliki kapasitas besar untuk mentransfer electron ke mitra reaksi.

“ Karena sifat ini, kami mengasumsikan bahwa flavin radikal juga memungkinkan reaksi tambahan terjadi, yang nantinya akan memperluas potensi katalik enzim ini, serta enzim lain mungkin, ” kata ketua kelompok Prof Susanne Fetzner.

Enzim yang diidentifikasi adalah satu-satunya sejauh ini yang tidak photoaktif (aktif degan cahaya) secara alami, serta melakukan reaksi bebas cahaya dalam sel bakteri.

“ Struktur tiga dimensi enzim menunjukan bahwa kofaktor flavin yang menghadap keluar mungkin menjadi kunci untuk ‘fotoaktivasi’, ” kata Simon Ernst, penulis pertama dalam studi ini.

Meski baru berhasil pada level tanaman, tetapi hasil riset ini dapat menjadi pijakan untuk metode pengobatan masa depan. Nantinya obat yang kita konsumsi bisa bekerja dan bereaksi lebih cepat karena kemampuan berinteraksi dengn enzim dalam tubuh. Kita(manusia) selalu menginginkan kesembuhan yang cepat.
Di masa depan, obat yang kita konsumsi, akan memiliki karakteristik yang cepat aktif berdasarkan cahaya. Sehingga, pemulihan dapat lebih cepat, dan proses pengaktifan obat tidak menggunakan obat lainnya, tetapi bisa dilakukan dengan berjemur atau mandi cahaya matahari (tidak perlu bayar).

Sumber : University of Munser
Simon Ernst, Stefano Rovida, Andrea Mattevi, Susanne Fetzner, Steffen L. Drees. Photoinduced monooxygenation involving NAD(P)H-FAD sequential single-electron transfer. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-16450-y

[ Mari kita berjemur untuk aktifkan sel darah putih atau leukosit produksi antibodi dengan cepat ]

Bandung, Jum’at, 12 Juni 2020

-Rizal CJI
‘The First Men’