Kristalografi adalah cabang ilmu pengetahuan yang telah banyak menyumbangkan informasi mengenai struktur molekul, yang sangat diperlukan dalam melakukan berbagai penelitian. Informasi mengenai struktur molekul sangatlah berharga karena tanpa mengetahui wajah si molekul kita tidak mungkin bisa melakukan apa-apa terhadap molekul tersebut. Misalnya, untuk membuat obat, kita perlu mengetahui bagaimana struktur si molekul yang menjadi biang keladi secara mendetil supaya kita dapat menentukan struktur molekul obat yang tepat untuk "menangkap", atau tepatnya, mengikat struktur si molekul jahat.
Cabang ilmu kristalografi dirintis oleh seorang mahasiswa muda Cambridge ketika masih berusia 22 tahun, Bragg muda, dan ayahnya, pada tahun 1912. Karena pada saat itu Bragg masih terlalu muda, dan ayahnya sudah bekerja sebagai dosen, orang selalu menyangka bahwa si ayahlah yang berperan besar dalam penemuan ini, suatu kesalahpahaman yang membuat si anak terobsesi untuk diakui dunia sampai akhir hayatnya.
Kita tidak mungkin dapat melihat sebuah atom dengan mikroskop apapun kalau kita menggunakan cahaya biasa karena besar sebuah benda haruslah paling tidak separuh dari panjang gelombang cahaya yang dipakai untuk melihatnya. Sinar X yang panjang gelombangnya hanya 10-12 meter memungkinkan kita untuk masuk ke dalam dunia molekuler. Gelombang sinar X yang mengenai sebuah benda akan terbelokkan dan gelombang yang terbelokkan ini akan saling berinteraksi. Gelombang-gelombang ini saling menguatkan maupun saling meniadakan satu sama lain, sehingga bila diproyeksikan ke sebuah layar akan tampaklah titik-titik, (di mana gelombang-gelombang saling menguatkan) dan selebihnya tidak terlihat apa-apa (di mana gelombang-gelombang saling meniadakan).
Bila sebuah kristal yang terdiri atas atom-atom yang tersusun rapi ditembak dengan sinar X, setiap atom yang ada akan membelokkan setiap gelombang sinar X yang mengenainya dan menghasilkan pola titik-titik yang dapat diartikan sebagai peta letak setiap atom dalam kristal tersebut. Kemudian dengan rumus transformasi Fourier, titik-titik yang tampaknya tak berarti ini kembali diubah menjadi kurva meliuk-liuk yang berlapis-lapis, yang disebut peta kepadatan elektron. Bentuk kurva inilah yang merupakan bentuk molekul yang kita selidiki. Rumus-rumus yang dipakai dalam kristalografi mungkin sulit dan memusingkan. Namun sebenarnya, prinsipnya sesederhana permainan bayang-bayang di dinding dengan jari yang sering kita lakukan pada saat mati lampu. ( ~u^).
Sejak Bragg muda dan ayahnya menerima Nobel pada tahun 1915, telah banyak perubahan dalam teknik kristalografi. Misalnya, untuk molekul-molekul yang sulit dikristalkan karena daya tarik antar atomnya yang lemah, telah dikembangkan metode lain yaitu NMR (Nuclear Magnetic Resonance - resonansi magnetis inti atom) yang sekarang juga tidak kalah populernya dalam menentukan struktur molekul. Synchrotron - sebuah rotor yang dapat berputar dengan kecepatan tinggi sambil melontarkan partikel-partikel atom yang bermuatan - digunakan untuk menghasilkan sinar X berenergi tinggi, yang dapat menghasilkan peta pola atom yang lebih jelas. Kristal pun sekarang dapat dibuat dengan menyemprotkan larutan dari molekul yang ingin kita selidiki ke sebuah panel yang super dingin, sehingga kita memperoleh bukan sebuah kristal, tapi selapis kristal yang peta atomnya jauh lebih mudah dipelajari.
Pada bulan Juli 2002, lebih dari 12,000 struktur protein telah terdaftar dalam Protein Data Bank. Suatu jumlah yang tidak tanggung-tanggung. Namun para ilmuwan kristalografi tidak puas hanya dengan melihat "wajah" para molekul yang digelutinya. Mereka juga ingin melihat wajah-wajah yang "ekspresif", struktur molekul-molekul ini pada saat bekerja.
Berbagai reaksi kimia banyak melibatkan intermediate structure, yaitu struktur molekul yang hanya muncul sesaat dan kemudian hilang lagi. Untuk mengerti proses kimia secara keseluruhan, keberadaan molekul ini juga tidak kalah pentingnya dengan molekul hasil reaksi akhir, namun karena hidupnya yang sangat singkat, (yang selama beberapa picosecond, 10-12 detik), kita tidak mungkin dapat melihatnya dengan teknik kristalografi konvensional.
Dengan membiarkan reaksi berlangsung pada suhu yang serendah mungkin, kecepatan reaksi dapat diperlambat sedemikian rupa sehingga si molekul berumur pendek ini dapat dideteksi. Atau bisa juga dengan pembekuan reaksi secara mendadak, tepat pada saat intermediate structure ini terbentuk. Komposisi zat-zat yang direaksikan juga dapat diatur sehingga kesetimbangan reaksi bergeser dan intermediate structure ini banyak terbentuk.
Fotolisis merupakan teknik yang digunakan dalam penelitian myoglobin (protein yang mengikat oksigen dan menghantarkannya ke otot, kemudian mengangkut CO buangan) yang dilaporkan di Science bulan lalu. Laser yang ditembakkan ke kristal myoglobin memicu reaksi pelepasan CO oleh myoglobin. Tepat pada saat ini, sinar X ditembakkan dan gerakan myoglobin yang singkat pun diproyeksikan. Beberapa saat kemudian, sinar X kembali ditembakkan; hal ini diulang berkali-kali sehingga diperoleh banyak proyeksi gerakan myoglobin. Hasilnya, perubahan struktur myoglobin dapat dianimasikan, persis sama seperti film kartun: gambar-gambar diam yang diperlihatkan berurutan secara cepat membuat gambar itu tampak bergerak.
Kristalografi masa kini tidak hanya dapat "memotret" wajah molekul, tapi juga dapat "mem-videokan" senyumannya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar