Material Pintar, Kalau Dipukul Mengeras

Minggu, 29 Juni 2008 | 17:35 WIB

JAKARTA, MINGGU - Jenis biopolimer “pintar” ini memiliki sifat seperti permukaan tubuh ketimun laut. Pada kondisi normal lunak, namun kontan mengeras saat diberi tekanan, misalnya saat dipukul.

Material yang dikembangkan para peneliti di Case Western University, AS itu memang menjiplak kulit teripang atau ketimun laut. Mereka terinspirasi fakta bahwa ketimun laut memiliki kemampuan tersebut karena kulitnya mengandung serat selulosa yang sangat baik.

Saat diberi tekanan dari luar, sel-sel di sekitarnya akan membentuk molekul yang akan mengikat serat tersebut dengan sangat kuat. Alhasil, kulitnya menjadi kaku dan lebih sulit ditembus. Dalam kondisi normal, sel-sel tersebut membentuk protein yang bersifat fleksibel sehingga tubuh ketimun laut dapat melalui celah-celah batuan karang.

Untuk meniru kemampuan tersebut, para peneliti mengisolasi jaringan serat selulosa di kulit tubuh ketimun laut. Serat tersebut kemudian dikombinasikan campuran polimer yang kenyal.

Bentuk polimer baru menjadi seperti jaring tiga dimensi dengan serat-serat nano yang membentuk lapisan-lapisan saling tindih. Saat lapisan-lapisan tersebut ditarik, polimer akan menegang.

Para peneliti berharap material seperti itu dapat dipakai untuk berbagai keperluan. Selain untuk lapisan pengaman luar tubuh, suatu saat mungkin dapat dipakai sebagai pengganti logam pada elektroda-elektroda alat elektronika yang dipasang di dalam tubuh pasien.

http://www.kompas.com/read/xml/2008/06/29/17351844/material.pintar.kalau.dipukul.mengeras.

 

Ilmuwan Jepang Bikin DNA Buatan

Senin, 7 Juli 2008 | 15:32 WIB

JAKARTA, SENIN – Para pakar kimia Jepang mengklaim telah berhasil menyusun DNA buatan dari molekul-molekul organik. Terobosan ini menjanjikan harapan baru untuk mengembangkan sejumlah teknologi tinggi. Misalnya, untuk mengembangkan terapi gen yang lebih akurat dan sesuai sasaran. DNA buatan juga menjadi kunci pengembangan komputer masa depan yang berbasis nanoteknologi.

DNA yang dikenal sebagai rangkaian molekul dalam bentuk spiral ganda (double helix) merupakan cetak biru kehidupan. Perannya sangat penting karena mengendalikan semua fungsi dalam tubuh makhluk hidup.

Secara alami, DNA tersusun dari empat jenis basa. DNA buatan yang dibuat para peneliti di Universitas Toyama, Jepang, juga tersusun dari empat jenis basa yang meniru DNA alami. Rangkaian basa di dalam medium gula membentuk struktur spiral ganda seperti DNA sebenarnya.

Para imuwan sudah mencoba merangkai DNA ke dalam sirkuit elektronika sederhana. Sejumlah ilmuwan juga bertahun-tahun mencoba meniru DNA buatan untuk memanfaatkan kemampuannya menyimpan informasi yang sangat kompleks, tapi terstruktur. Seperti DNA, arah spiral berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Para peneliti bahkan dapat membuat spiral rangkap tiga.

Struktur kimia yang unik dan sangat stabil ini sangat memungkinkan digunakan untuk mengembangkan berbagai material dan aplikasi bioteknologi. Demikian kesimpulan para peneliti yang akan memublikasikannya dalam Journal of the American Chemical Society edisi 23 Juli 2008.

http://www.kompas.com/read/xml/2008/07/07/15325644/ilmuwan.jepang.bikin.dna.buatan.

 

Transkripsi DNA ke RNA

#!/usr/bin/perl -w
# Transkripsi DNA ke RNA
$DNA = ‘ACGGGAGGACGGGAAAATTACTACGGCATTAGC’;
# Print DNA ke layar
print “Ini adalah DNA awal:\n\n”;
print “$DNA\n\n”;
# Transkripsi DNA ke RNA dengan mensubtitusi seluruh ‘T’ menjadi ‘U’
$RNA = $DNA;
$RNA =~ s/T/U/g;
# Print RNA ke layar
print “Ini adalah hasil transkripsi DNA ke RNA:\n\n”;
print “$RNA\n”;
exit;

Ini adalah outputnya :

Ini adalah DNA awal:
ACGGGAGGACGGGAAAATTACTACGGCATTAGC
Ini adalah hasil transkripsi DNA ke RNA:
ACGGGAGGACGGGAAAAUUACUACGGCAUUAGC

 

Merangkai fragmen DNA

Saya sedang belajar bioinformatika. Saya coba berselancar di internet, ternyata masih sedikit yang mengembangkannya di Indonesia. Padahal di negara-negara maju sudah melakukan riset yang cangoh-canggih tentang bioinformatika/biokomputasi. Berikut ini saya coba buat latihan-latihan bioinformatika untuk pemula menggunakan pemrograman perl.

Tema 1 : ‘merangkai & menggabungkan dua atau lebih fragmen DNA’

#!/usr/bin/perl -w
# Merangkai DNA
# Menyimpan dua fragmen DNA dalam variabel $DNA1 and $DNA2
$DNA1 = ‘GCTTTAGGCTACGGTATACAAATTG’;
$DNA2 = ‘GCATCAGATACATAGCA’;
# Print fragmen DNA pada layar
print “Ini adalah dua fragmen original DNA:\n\n”;
print $DNA1, “\n”;
print $DNA2, “\n\n”;
# Merangkai fragmen DNA  ke dalam tiga variable dan mengeprint ke layar
# Menggunakan “string interpolation”
$DNA3 = “$DNA1$DNA2″;
print “Ini adalah satu rangkaian dari dua fragmen(versi 1):\n\n”;
print “$DNA3\n\n”;
# Sebuah alternatif jalan lain menggunakan “dot operator”:
# Merangkai fragmen DNA  ke dalam tiga variable dan mengeprint ke layar
$DNA3 = $DNA1 . $DNA2;
print ” Ini adalah satu rangkaian dari dua fragmen(versi 2):\n\n”;
print “$DNA3\n\n”;
# Print hal yang serupa tanpa menggunakan variabel $DNA3
print ” Ini adalah satu rangkaian dari dua fragmen(versi 3):\n\n”;
print $DNA1, $DNA2, “\n”;
exit;

 

ZIEGLER : PENEMUAN KATALIS BARU AKIBAT PERALATAN YANG KOTOR

Polietilen merupakan salah satu jenis polimer yang banyak digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti membuat isolasi kabel listrik, plastik kantong, tanki, baju anti air, dll. Polietilen merupakan plastik pertama yang produksinya melebihi 1 milyar pound pertahun sejak 1959.

Polietilen adalah polimer sintetik yang terdiri dari monomer-monomer molekul etena. Sebelum tahun 1950-an, produksi etilen pada skala industri dilakukan pada tekanan tinggi. Penemuan polietilen peretama kali oleh para ahli kimia Inggris di Imperial Chemicals Industries (ICI) pada tahun 1932. Polietilen yang ditemukan oleh ahli kimia di ICI adalah polietilen bercabang dan bermassa jenis rendah, sehingga polimer tersebut munjadi sulit meleleh dan kurang padat. Polietilen linier (tidak bercabang) berkepadatan tinggi baru diproduksi pada tahun 1950-an dengan metode baru pada tekanan rendah.

Pada tahun 1953, Dr. Karl Ziegler melakukan percobaan mencampurkan reagen alkil litium dan organometalik lainnya dengan etilen. Tujuannya untuk mempolimerisasikan etilen pada tekanan rendah. Pada awalnya percobaan ini hanya menghasilkan polietilen dengan jumlah yang sedikit. Pada suatu hari, percobaan ini tidak menghasilkan polimer sama sekali, tetapi hanya terdapat sebuah dimer etilen. Dr. Ziegler dan timnya kebingungan dengan hasil tersebut. Setelah diselidiki, ternyata penyebabnya adalah bejana reaksi yang masih kotor akibat lupa dibersihkan pada percobaan yang lain. Bejana tersebut mengandung sedikit senyawa nikel.

Dr. Ziegler dan timnya menyelidiki pengaruh nikel dan logam lainnya terhadap reaksi polimerisasi etilen. Beberapa logam lain menunjukan reaksi yang serupa dengan kehadiran logam nikel yaitu menginhibisi reaksi polimerisasi etilen. Namun, ada satu hal yang mengejutkan senyawa logam klorida (TiCl₄) dan senyawa trietil aluminium menjadi kombinasi katalis yang sangat efektif untuk polimerisasi etilen. Polietilen yang dihasilkan mempunyai massa molekul yang tinggi, titik leleh tinggi, dan linier. Polietilen linier ini dapat digunakan untuk keperluan yang lebih luas, seperti perkakas rumah tangga, gelas, piring, dll.

Berkat karya penemuannya, Karl Ziegler dianugerahi hadiah nobel kimia pada tahun 1963 bersama Prof. Giulio Natta yang mengembangkan katalis Ziegler lebih lanjut untuk reaksi-reaksi polimerisasi lainnya. Salah satu prinsip yang disampaikan Ziegler adalah ’Selalu memperhatikan perkembangan-perkembangan tak terduga dan jangan mengabaikan fenomena baru meskipun tidak ada hubungannya dengan proyek utama’.

So, jangan takut salah melakukan percobaan kimia. Siapa tahu, keanehan yang menyertai hasil percobaan kita bisa menuntun kepada sebuah penemuan besar seperti pengalaman Karl Ziegler. (Hahaha, makanya mahasiswa kimia kalau praktikum, lalu mendapat data yang aneh, jangan dimanipulasi ketika membuat laporan. Siapa tahu ada penemuan besar dibaliknya).

 

BECQUEREL : MERAIH NOBEL AKIBAT CUACA MENDUNG

Pada tahun 1886, Henry Becquerel melalui sejumlah percobaan mengamati bahwa garam-garam uranium yang disimpan di bawah sinar matahari memancarkan radiasi yang dapat menghitamkan pelat film fotografi. Percobaan itu dilakukannya untuk menguji hipotesisnya mengenai kemungkinan adanya sinar radiasi lain yang memiliki daya tembus yang sama dengan sinar-x yang baru ditemukan oleh Willhelm Conrad Rontgen.

Pada percobaannya, Becquerel membungkus pelat film fotografi dengan kertas warna hitam, lalu kristal senyawa garam uranium diletakan di atasnya, kemudian benda tersebut disimpannya di bawah sinar matahari. Ketika pelat film fotografinya dicuci, tampak bayangan gambar senyawa kristal garam uranium.

Namun, dalam suatu percobaan yang akan diulanginya lagi, cuaca kota Paris kurang mendukung akibat mendung yang menyebabkan matahari tidak bersinar terang selama beberapa hari. Nampaknya seperti peristiwa sepele saja, namun akibat cuaca mendung itu Becquerel dapat menemukan hal baru dalam era kimia/fisika modern, bahkan menuntun kita pada zaman nuklir.

Cuaca mendung membuat Becquerel menunda percobaannya. Pelat fotografi yang masih terbungkus kertas hitam dan garam uranium disimpannya dalam sebuah laci. Setelah beberapa hari, Becquerel mencuci lempeng pelat fotografi tersebut. Ia memperkirakan hanya akan ada sedikit gambar kristal yang suram, akibat dari sedikit garam uranium yang berpendar dalam laci. Ternyata hasilnya mengejutkan, gambar yang dihasilkan pada pelat film malah sama kuatnya dengan kondisi percobaan sebelumnya ketika pelat fotografi yang terbungkus kertas hitam diletakkan bersama garam uranium di bawah sinar matahari. Berarti, garam-garam uranium memiliki radiasi alami tanpa harus dibantu oleh sinar matahari.

Becquerel menguji semua sampel garam-garam uranium untuk mendapatkan sinar radiasi yang menyinari pelat fotografi, yakni bukan sinar yang biasa. Ia mengukur radiasi sinar baru tersebut menggunakan sebuah elektroskop, karena radiasi sinar akan mengionisasi udara melalui tempat-tempat yang dilewati. Becquerel menemukan tingkat radiasi di semua sampel. Namun, salah satu senyawa pitchblende, menunjukan radiasi yang lebih besar daripada uranium murni. Ia menduga bahwa dalam pitchblende mengandung unsur lain yang memiliki radioaktivitas yang lebih tinggi daripada uranium.

Unsur tersebut berhasil diisolasi oleh keluarga Curie, Marie Curie dan Piere Curie dengan perjuangan yang luar biasa. Unsur baru tersebut dinamakan polonium dan radium, keduanya memiliki tingkat radiokativitas ratusan hingga ribuan kali lebih kuat dibandingkan uranium. Becquerel, Marie Curie, dan Piere Curie bersama-sama mendapatkan hadiah nobel fisika tahun 1903. Peneletian lanjut keluarga Curie tentang radiokimia, mengantarkan Marie Curie mendapatkan hadiah nobel lagi, tapi di bidang kimia pada tahun 1911. Sebuah prestasi hebat, meraih dua hadiah nobel pada dua bidang yang berbeda. Pada era yang sama bandingkan dengan kondisi Indonesia yang baru berprestasi membuat organisasi-organisasi yang mencanangkan nasionalisme perjuangan kemerdekaan. Bung, sudah se-abad lebih, saatnya kita bangkit mengejar ketertinggalan dari bangsa lain.

 

PASTEUR : MEMBEDAKAN MOLEKUL BERTANGAN KIRI DAN BERTANGAN KANAN

Nama Pasteur bagi orang Bandung mungkin lebih dikenal sebagai nama jalan saja. Jalan yang sering macet ketika libur tiba, ketika orang-orang Jakarta rame-rame ke Bandung pake mobil pribadi cuma untuk makan, beli baju di FO, dan lihat-lihat pemandangan Bandung.

Louis Pasteur mungkin lebih dikenal dalam sumbangannya di bidang mikrobiologi ketimbang ilmu kimia. Penemuan-penemuannya di bidang mikrobiologi telah membuatnya terkenal, seperti penjelasannya tentang teknik fermentasi, sterilisasi makanan (pasteurisasi), dan vaksin rabies. Namun, sebenarnya Pasteur memulai karirnya di bidang ilmu kimia. Bahkan, Pasteur memberikan sebuah sumbangan besar di bidang kimia organik mengenai struktur molekul.

Pada tahun 1848, ketika berusia 25 tahun, Pasteur melakukan penemuan penting mengenai adanya dua macam kristal ammonium tartarat dan bahwa kedua macam kristal ini merupakan bayangan cermin satu dari yang lain.

Dengan susah payah Pasteur memisahkan kristal ’kiri’ dan kristal ‘kanan’ dengan menggunakan pinset. Dengan takjub ia jumpai (1) suatu larutan campuran asli kristal-kristal itu tidak memutar bidang polarisasi cahaya; (2) suatu larutan kristal-kristal kiri ternyata memutar bidang polarisasi cahaya; (3) suatu larutan kristal-kristal kanan juga memutar bidang polarisasi cahaya, secara eksak sama besar, tetapi dengan arah yang berlawanan. Rene Vallery-Radot di dalam buku The Life of Pasteur (1902) menyampaikan bahwa ilmuwan muda tersebut sangat gembira dengan penemuannya sehingga ia, ’seperti halnya Archimedes’, bergegas keluar dari laboratoriumnya dan berseru ’Saya berhasil!’ (hlm. 51).

Percobaan kristalografi Pasteur menjadi topik diskusi menarik di antara ahli kimia di Paris, dan berita tersebut dengan cepat didengar oleh Jean Baptise Biot, ahli fisika yang telah membuat penemuan-penemuan penting tentang perputaran sinar terpolarisasi yang dilakukan oleh kristal. Biot bersikap skeptis terhadap penemuan Pasteur. Ia meminta Pasteur mengulangi percobaan tersebut di depannya. Pasteur melakukannya dengan menggunakan larutan-larutan yang dibuat oleh Biot sendiri dan menghasilkan kristal. Ketika melihat kristal bertangan kiri memutar bidang polarisasi ke kiri, Biot tidak melanjutkan pengukuran, tetapi memegang bahu Pasteur muda dab dengan emosi berkata, ”Anakku, saya sangat mencintai ilmu pengetahuan sepanjang hidup saya, dan yang ini sangat menyentuh hati saya” (Vallery-Radot, hlm.54).

Penjelasan mengenai hubungan aktivitas optis dan geometri molekul baru bisa dijelaskan 25 tahun kemudian oleh dua kimiawan muda, Jacobus Van’t Hoff dan Joseph Babel.

Gambar1. Dua bentuk enantiomer asam tartarat.

Perhatikan bahwa, perbedaan struktur geometri molekul tersebut akibat adanya atom karbon kiral(asimetrik), atom karbon yang mengikat empat buah gugus yang berlainan. Molekul kiral tidak dapat diimpitkan pada bayangan cerminnya, molekul ini dan molekul bayingan cerminnya adalah dua senyawa yang berlainan, yang merupakan sepasang stereoisomer yang disebut enantiomer.

Sifat aktif optis dan kiralitas molekul sangat berperan penting dalam aktivitas biologis. (+)-asam askorbat merupakan sebuah vitamin, namun(-)-asam askorbat tidak memiliki aktivitas biologis-bukan sebuah vitamin. (-)-kloromisetin adalah antibiotik kuat, sedangkan (+)-kloromisetin adalah bukan. Contoh tragis pentingnya kiralitas molekul terjadi pada penggunaan obat Thalidomid. Wanita hamil menggunakan obat ini pada tahun 1950-an sebelum para ahli kimia menyadari bahwa bentuk (+) dari molekul obat tersebut aman dan efektif, namun bentuk (-) adalah mutagen aktif (agen yang menyebabkan mutasi biologis). Berbagai senyawa obat-obatan lain memiliki kasus serupa, memiliki sifat aktivitas biologis yang berbeda pada enantiomernya, sehingga harus dipisahkan sedemikian rupa untuk mendapatkan molekul yang diinginkan. Atau mencari jalan sintesis organik yang hanya menghasilkan satu jenis enantiomer. * Monosakarida yang membentuk berbagai jenis karbohidrat semuanya berkonfigurasi-D (deret D). Sedangkan asam-a-amino alam, monomer penyusun protein, termasuk dalam deret L .**

Kelihatan sederhana bukan? Hanya perbedaan struktur molekul kiral pada posisi atom/gugus fungsi di kiri dan di kanan saja. Namun, memiliki fungsi yang vital dalam kehidupan kita.

*Sistem penamaan molekul akibat pemutaran bidang cahaya terpolarisasi dinyatakan dengan (+) dan (-). Dalam literatur lama dinyatakan dengan d(dekstrorotatori) dan l(levorotatory).

** Sebelum adanya penentuan konfigurasi mutlak untuk molekul kiral dengan system (R) dan (S), para ahli kimia zaman dahulu mereka-reka konfigurasi relatif melalui sistem D dan L (jangan dicampuradukkan dengan sistem d dan l pada kalimat sebelumnya). Para ahli kimia menggunakan pengandaian menggunakan molekul (+)-gliseraldehida. Sebuah pengandaian yang mujur, sebab studi difraksi sinar-x oleh J.M Bijvoet pada tahun 1951 menunjukan bahwa pengandaian itu benar, bahwa (+)-gliseraldehida memiliki konfigurasi mutlak gugus-OH pada atom karbon nomer 2 ada di sebelah kanan. Suatu monosakarida merupakan anggota deret-D, jika gugus hidroksi pada karbon kiral terjauh dari karbon nomor 1 terletak di sebelah kanan dalam proyeksi Fisher.