Kanal Air dan Kanal Ion : "Berabad-abad Tak Lebih dari Teori"
Oleh Silvia Iskandar
Ingat pelajaran biologi waktu di SMP ? Sel adalah satuan kehidupan yang terkecil, itulah yang kita pelajari . Alasannya, selain karena punya kemampuan untuk bereproduksi dan melangsungkan metabolisme, sel mampu memisahkan diri dari lingkungan sekitarnya. Sekilas mungkin alasan yang terakhir ini tidak nampak penting dibanding reproduksi dan metabolisme yang jelas-jelas merupakan kegiatan aktif makhluk hidup. Namun sesungguhnya bila sebuah sel tidak sanggup memisahkan diri dari lingkungan sekitarnya, maka sel tersebut tidak mempunyai otonomi atas dirinya sendiri dan tidak dapat mengatur dirinya untuk melakukan aktivitas-aktivitas tipikal makhluk hidup. Untuk itu setiap sel punya membran atau dinding yang menyelubungi dirinya yang sukar ditembus air, ion maupun molekul polar lainnya; ini karena membran itu sendiri kaya akan lemak yang bersifat hidrofobik.
Untuk terus hidup, selain memisahkan diri dari lingkungan sekitarnya, sebuah sel perlu berhubungan juga dengan dunia luar . Bagaikan kismis yang terperangkap di permukaan kue, pada membran sel tertanam protein-protein yang bertugas menyalurkan air dan ion yang diperlukan oleh sel tersebut. Air untuk kelangsungan hidup, dan ion untuk menghantarkan sinyal-sinyal listrik yang memungkinkan sel untuk melakukan komunikasi antar sel. Penelitian atas dua protein membran, yaitu protein penyalur air dan protein penyalur ion inilah yang menghantar Peter Agre dan Roderick MacKinnon memperoleh Nobel di bidang kimia, penghargaan yang diimpi-impikan ilmuwan sedunia.
Protein Kanal Air
Ide tentang adanya kanal antar sel yang menyalurkan air maupun molekul-molekul sebenarnya telah ada sejak pertengahan abad ke-19. Rupanya para ilmuwan menyadari bahwa tekanan osmotik tidaklah cukup untuk menjelaskan dinamika air dalam tubuh. Misalnya, air dan zat-zat buangan yang ada dalam sel tidak mungkin dapat menembus membran sel-sel yang ada di sekitarnya untuk dikeluarkan ke pembuluh darah (dan kemudian disaring di ginjal) tanpa transportasi aktif, karena sel jelas-jelas lebih padat daripada vena yang berisi plasma darah. Kekosongan logika inilah yang memicu penelitian kanal air sel. Sampai tahun 1987, konsep kanal air sel yang selektif telah meluas. Akumulasi dari hasil penelitian-penelitian sampai saat itu menunjukkan bahwa ada proses pengiriman molekul air dengan kecepatan tinggi sementara ion dan molekul-molekul lain yang terlarut tidak dihantarkan sama sekali.
Sekitar pertengahan tahun 80-an Peter Agre yang sedang meneliti antigen dari membran sel darah mengisolasikan sebuah protein membran sebesar 28kDa yang tidak diketahui fungsinya. [1] Entah dari mana, ia kemudian curiga kalau protein ini adalah protein kanal air yang telah lama dicari orang. Dan ketika ia mengekspresikan [2] protein ini pada sel telur Xenopus (sejenis katak Afrika), sel telur ini membengkak ketika berada dalam lingkungan larutan hipotonis. Ini bukti bahwa si protein misterius ini berperan dalam "menghisap" air yang ada di sekelilingnya dan menghantarkannya ke dalam sel telur Xenopus . Sekarang protein membran ini sudah tidak misterius lagi dan telah dikenal di mana-mana dengan nama Aquaporin . Protein kanal air sejenis telah ditemukan di tubuh manusia, hewan dan tumbuhan. Penemuan Peter Agre telah merevolusi pengertian para ilmuwan akan transportasi air pada makhluk hidup dan memberikan sumbangan yang tak ternilai harganya untuk cabang ilmu fisiologi dan kedokteran.
Protein Kanal Ion
Sama seperti kanal air, gagasan mengenai kanal ion ini juga telah lama ada. Wilhelm Ostwald, peraih Nobel Kimia tahun 1909 mengutarakan pendapatnya bahwa aliran listrik pada jaringan hidup mungkin merupakan manifestasi dari ion-ion yang bergerak melewati membran sel. Dan seperti kanal air juga, protein kanal ion ini mempunyai sifat selektivitas yang tinggi. Seolah-olah ada filter yang mengenali apakah ini ion kalsium, natrium atau kalium sebelum membiarkan ion tersebut lewat.
Berbagai penelitian yang menggunakan prinsip-prinsip biofisika menunjukkan bahwa protein ini mempunyai dua bagian terpisah, yaitu bagian filter yang menghadap ke luar sel dan bagian pintu yang menghadap ke dalam sel. Sifat selektivitas filter ini tampaknya diperoleh dari penempatan atom oksigen yang sedemikian rupa sehingga hanya ion-ion dengan panjang jari-jari yang tepat dapat di"jumput" keluar dari pelarutnya untuk kemudian dihantar masuk ke dalam sel.
Tidak banyak kemajuan berarti yang diperoleh sampai Roderick MacKinnon berhasil menentukan struktur protein kanal ion ini pada tahun 1998, hampir 2 abad setelah ide ini dicetuskan Ostwald. Struktur protein kanal ion kalium dari Streptomyces lividans (sejenis bakteri) memang tampak pas sekali untuk melakukan tugasnya menyeleksi ion kalium sementara menghalangi ion natrium untuk turut masuk ke dalamnya. Alasannya, pertama, jari-jari ion natrium tidak sesuai dan kedua, filter itu sendiri terbentuk dari serentetan cekungan struktur yang dapat menyelubungi molekul kalium dengan tepatnya. Hasil penelitan Roderick MacKinnon telah meletakkan dasar untuk penelitian aplikatif masa depan, terutama untuk lebih mengetahui mekanisme saraf, kontraksi otot dan penyakit jantung dalam dimensi molekuler. Tidak terbatasnya kemungkinan untuk pengembangan obat-obat barulah yang membuatnya layak meraih Nobel.
[1] Setiap sel punya protein membran yang unik sehingga pada saat sel ini berinteraksi dengan sel lain, ia mempunyai identitas yang eksklusif.
[2] Proses populer dalam biologi molekuler, yaitu "menanamkan" DNA protein yang ingin diselidiki di sela-sela DNA sel tuan rumah sehingga pada saat DNA sel tuan rumah selesai ditranslasikan dan mengambil bentuk akhirnya, sel tersebut mengandung protein tamu***