Deteksi Struktur Protein Hingga Tingkat Atomik

Protein merupakan salah satu biomolekul terpenting yang ditemui di seluruh bentuk kehidupan di muka bumi, bahkan pada virus. Peran sentralnya sebagai membran, transporter, pembentuk organel sel, hingga enzim-enzim regulator metabolisme membuat studi terhadap protein terus dikembangkan dan tidak pernah ada habisnya. Salah satu studi mengenai protein yang paling dicermati saat ini adalah mengenai bentuk dan struktur protein.

Struktur protein tiga dimensi penting untuk diketahui sebab dapat merepresentasikan aktivitas, fungsi, stabilitas, maupun paramater fisika-kimia lainnya. Metode penentuan struktur tiga dimensi protein yang luas digunakan saat ini adalah kristalografi sinar-X (X-ray crystallography). Kristalografi sinar-X menggunakan pancaran sinar-X yang ditembakkan mengenai suatu protein yang telah dimurnikan atau memiliki kemurnian tinggi sehingga berbentuk kristal. Pancaran gelombang sinar-X yang mengenai struktur kristal protein kemudian akan terhambur. Hamburan sinar-X yang muncul kemudian dibaca dan struktur kristal protein dapat diketahui.

Kendala yang dihadapi saat ini adalah performa dari instrumen itu sendiri dimana resolusi gelombangnya masih rendah sehingga struktur protein tidak dapat ditentukan secara pasti. Tim riset dari SLAC National Accelarator Laboratory dari Departemen Energi Amerika Serikat telah mengembangkan metode kristalografi sinar-X terbaru yang menggunakan laser sinar-X beresolusi ultra-tinggi (ultra-high resolution) yang mereka sebut SLACLinac Coherent Light Source (LCLS). Instrumen ini  termasuk ke dalam jenis Coherent X-ray Imaging(CXI).

Metode ini dikembangkan dari kristalografi sinar-X konvensional dimana perbedaannya terletak pada pulsa sinar-X yang digunakan. LCLS menggunakan kristalografi femtosekon (10^-15 s) dan pencitraan split-second laser sinar-X dengan panjang gelombang yang sangat pendek dan berintensitas tinggi. Teknik ini membuat para ilmuwan dapat meneliti struktur protein dengan ukuran yang lebih kecil namun memiliki resolusi tinggi. LCLS juga dapat digunakan untuk studi dinamika molekuler protein yang diamati.

Tim peneliti tersebut pertama kali menguji metode ini untuk meneliti struktur suatu protein sederhana yang terdapat pada putih telur, lisozim. Lisozim merupakan suatu enzim penghancur yang mudah dimurnikan dan dikristalisasikan serta telah banyak dipelajari sehingga cocok digunakan pada eksperimen ini.  Tim ini menyimpulkan bahwa metode ini bahkan dapat memprediksi strukturnya hingga ke tingkat atom individual dari protein dan bukan hanya sekuens asam aminonya. Meskipun laser sinar-X akan menghancurkan seluruh struktur, namun difraksi sinarnya lebih dahulu sampai ke detektor. Metode ini merupakan metode pertama yang mendemonstrasikan difraksi sebelum kehancuran molekul dan tetap menghasilkan citra yang beresolusi tinggi.

Metode ini akan diujikan untuk menganalisis sampel protein yang jauh lebih kompleks, misalnya protein membran yang sangat penting pada fungsi sel hingga protein-protein fungsional yang terlibat pada proses fotosintesis. Penemuan metode ini juga diperkirakan akan sangat berpengaruh terhadap penemuan di berbagai ranah sains lainnya, misalnya di bidang medis, farmaseutika, hingga energi alternatif.