Di Sebalik Kehidupan: Mengapa Bentuk Molekul Menentukan Segalanya

Penulis: Dr. Doris Quay Huai Xia
Pensyarah Kanan,
Fakulti Sains & Teknologi, Universiti Kebangsaan Malaysia

Pernahkah kita terfikir bagaimana badan kita tahu bilakah perlu bernafas, bergerak atau melawan penyakit? Kita mungkin menyangka semuanya dikawal oleh otak semata-mata. Namun sebenarnya, terdapat satu dunia kecil yang sentiasa sibuk bekerja di dalam tubuh kita iaitu dunia molekul kehidupan. Walaupun molekul ini terlalu kecil untuk dilihat walaupun dengan mikroskop biasa, peranannya sangat besar. Bidang sains yang mengkaji bentuk dan pergerakan molekul ini dikenali sebagai biologi struktur makromolekul. Jangan risau dengan namanya yang panjang, ceritanya sebenarnya sangat menarik.

Molekul Bukan Sekadar Titik Kecil

Apabila kita mula mengenali sains, molekul sering digambarkan sebagai titik atau simbol ringkas. Namun dalam dunia sebenar, molekul seperti protein sebenarnya mempunyai bentuk tiga dimensi yang kompleks, seolah-olah arca kecil yang dilipat dengan sangat teliti. Protein merupakan antara molekul paling penting dalam badan manusia. Ia berfungsi mencerna makanan, membawa oksigen, membina otot dan mempertahankan tubuh daripada jangkitan. Tanpa protein, kehidupan seperti yang kita kenal tidak akan wujud. Setiap protein dihasilkan dalam sel kita pada setiap saat dan bekerja secara senyap tanpa disedari. Walaupun kecil, tugasnya sangat khusus dan terancang, seolah-olah pekerja kilang yang tahu peranan masing-masing.

Kenapa Bentuk itu Penting?

Dalam biologi, bentuk menentukan fungsi. Ini bermakna cara sesuatu protein dilipat akan menentukan tugas yang dapat dilaksanakannya. Bayangkan protein seperti kunci dan fungsinya seperti mangga. Jika bentuk kunci betul, mangga akan terbuka. Namun, jika bentuknya berubah walaupun sedikit, kunci tersebut mungkin tidak lagi berfungsi dengan baik. Begitulah juga dengan protein. Perubahan bentuk akibat suhu, mutasi genetik atau faktor persekitaran boleh menjejaskan fungsinya. Walaupun perubahan itu kecil, kesannya boleh membawa kepada gangguan kesihatan dan penyakit.

Apa terjadi jika Protein “Rosak”?

Apabila protein gagal berfungsi, kesannya boleh menjadi serius. Sebagai contoh, terdapat protein yang bertugas melindungi sel daripada kerosakan. Jika protein ini tidak berfungsi dengan baik, sel boleh membahagi tanpa kawalan dan menyebabkan kanser. Terdapat juga protein yang membantu sel saraf berfungsi dengan normal. Apabila strukturnya berubah, protein ini boleh berkumpul dan mengganggu fungsi otak, lalu menyumbang kepada penyakit seperti Alzheimer. Dengan mengkaji struktur protein, saintis dapat memahami punca sebenar penyakit pada peringkat molekul, bukan sekadar merawat gejalanya.

Bagaimana Saintis Mengkaji Molekul yang Sangat Kecil?

Protein terlalu kecil untuk dilihat dengan mata kasar. Oleh itu, saintis menggunakan teknologi canggih seperti kristalografi sinar-X, mikroskop elektron kriogenik (cryo-EM) dan resonans magnetik nuklear (NMR). Teknik-teknik ini membolehkan saintis membina model tiga dimensi protein dengan sangat terperinci. Model ini boleh diputar dan dianalisis dari pelbagai sudut bagi mengenal pasti bahagian penting, bahagian yang bergerak dan bahagian yang sesuai dijadikan sasaran ubat.

Dari Makmal ke Hospital

Biologi struktur bukan sekadar kajian dalam makmal. Ia memainkan peranan besar dalam kehidupan seharian kita terutamanya dalam bidang perubatan. Apabila saintis mengetahui bentuk protein yang terlibat dalam sesuatu penyakit, mereka boleh mereka ubat yang sesuai untuk “melekat” pada protein tersebut dan menghalang fungsinya. Inilah asas kepada pembangunan banyak ubat moden pada hari ini.

Kejayaan biologi struktur jelas dapat dilihat melalui pembangunan ubat-ubatan moden yang digunakan di hospital pada hari ini. Sebagai contoh, ubat kanser Imatinib direka berdasarkan struktur protein abnormal yang menyebabkan leukimia. Dalam rawatan penyakit berjangkit, ubat influenza Oseltamivir (Tamiflu) dan ubat COVID-19 Paxlovid dibangunkan dengan memahami bentuk protein virus sasaran. Begitu juga dengan ubat statin yang digunakan secara meluas di Malaysia untuk mengawal paras kolesterol yang direka bagi menghalang enzim khusus dalam tubuh. Contoh-contoh ini menunjukkan bahawa pemahaman tentang struktur molekul bukan sekadar teori, tetapi menjadi asas kepada rawatan penyakit yang lebih tepat dan berkesan.

Contoh Ubat Berdasarkan Struktur Protein

i- Imatinib – Ubat kanser leukemia yang menyasarkan protein abnormal penyebab pertumbuhan sel tidak terkawal (PDB ID 1IEP)

ii- Oseltamivir (Tamiflu) – Ubat influenza yang menghalang protein virus daripada merebak dalam badan (PDB ID 3CL0)

iii- Paxlovid – Ubat COVID-19 yang menyekat enzim utama virus SARS-CoV-2 (PDB ID 7TE0)

iv- Statin (contoh: Atorvastatin) – Ubat kolesterol yang menghalang enzim penting dalam penghasilan kolesterol (PDB ID 1HWK)

Belajar daripada Alam yang Ekstrem

Saintis juga mengkaji protein daripada organisma yang hidup di persekitaran ekstrem seperti kawasan kutub. Mikroorganisma di Antartika mampu hidup dalam suhu yang sangat rendah kerana protein mereka mempunyai struktur istimewa yang kekal berfungsi walaupun hampir beku. Kajian ini memberi inspirasi kepada pembangunan enzim industri dan teknologi hijau yang lebih cekap dan menjimatkan masa serta tenaga.

Sains, Teknologi dan Kreativiti

Pada masa kini, biologi struktur semakin diperkasa dengan bantuan kecerdasan buatan (AI). AI membantu meramalkan struktur protein dengan lebih cepat dan tepat. Visual struktur molekul sering kelihatan seperti karya seni dengan bentuk berlingkar dan warna yang menarik, sekaligus memudahkan pemahaman interaksi molekul.

Mengapa Biologi Struktur Penting untuk Masa Depan?

Biologi struktur bukan sahaja membantu memahami penyakit sedia ada, malah penting untuk menghadapi cabaran masa depan seperti penyakit berjangkit baharu, rintangan antibiotik dan perubahan iklim. Dengan memahami struktur molekul, saintis boleh meramal kesan mutasi genetik, mereka bentuk ubat baharu dan membangunkan teknologi yang lebih lestari untuk kesejahteraan manusia.

Dunia Kecil, Impak Besar

Walaupun molekul kehidupan sangat kecil, kesannya terhadap kehidupan manusia amat besar. Dengan memahami bentuk dan fungsi molekul, kita bukan sahaja memahami bagaimana kehidupan berfungsi, malah bagaimana sains boleh memperbaiki kesihatan dan kesejahteraan manusia. Di sebalik molekul yang kecil, tersembunyi sistem yang luar biasa kompleks, sedia untuk terus diterokai.

Kredit foto utama-TheEconomist

Rujukan

1. Protein Data Bank (PDB): https://www.rcsb.org
2. Shubham Pant, Shivani Verma, Rajesh Kumar Pathak & Dev Bukhsh Singh (2022). Chapter 14 – Structure-based drug designing. Bioinformatics: 219-231, Academic Press.
3. Wei, H. & Mc Cammon, J.A. (2024). Structure and dynamics in drug discovery. npj Drug Discov. 1, 1.

Biodata Penulis

Dr. Doris Quay Huai Xia ialah seorang pensyarah dan penyelidik dalam bidang biologi struktur dan bioinformatik di Universiti Kebangsaan Malaysia. Minat penyelidikannya tertumpu kepada struktur protein, mekanisme molekul penyakit dan aplikasi sains biologi dalam perubatan serta bioteknologi.

Catatan 

Artikel ini ditulis oleh pengarang dengan bantuan kecerdasan buatan (AI) sebagai panduan penyusunan idea dan penggayaan tatabahasa tanpa menjana atau mengubah fakta saintifik asal.