Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Nobel Kimia 2013: Membawa Kimia ke Dunia Maya

Bagaimana kimia bisa dibawa ke dunia maya?  Berkat tiga orang ahli kimia terbaik dunia, berbagai reaksi kimia dari tingkat sederhana hingga kompleks dapat disimulasikan dengan sangat baik melalui komputer. Penemuan ini memberikan dampak yang luas bagi kemajuan di bidang medis, farmasi, hingga energi.  Berkat jasa mereka juga, kini muncul istilah baru yang dikenal dengan istilah Bioinformatika maupun Kimia Komputasi yang akan dijelaskan lebih lanjut dalam artikel ini.

ed32-kimia-1

Siapakah mereka yang berjasa dan memenangkan Nobel Kimia 2013?

Pemenang nobel kimia tahun 2013 diumumkan oleh Prof. Staffan Normark yang merupakan Sekretaris Royal Swedish Academy of Science pada tanggal 9 Oktober 2013.  Pemenangnya adalah tiga ahli kimia, yaitu Martin Karplus (Université de Strasbourg, France and Harvard University, Cambridge, MA, USA), Michael Levitt (Stanford University School of Medicine, Stanford, CA, USA), dan Arieh Warshel (University of Southern California, Los Angeles, CA, USA).  Mereka dianugerahi penghargaan Nobel Kimia tahun 2013 berkat kontribusi brilian mereka pada bidang kimia dengan tema spesifik “for the development of multiscale models for complex chemical systems”.

Martin Karplus, Michael Levitt, dan Arieh Warshel, para pemenang hadiah Nobel Kimia 2013. Sumber gambar: www.nobelprize.org

Martin Karplus, Michael Levitt, dan Arieh Warshel, para pemenang hadiah Nobel Kimia 2013. Sumber gambar: www.nobelprize.org

Kimia di “dunia maya”, apakah itu ?

Dengan menggunakan simulasi komputer, ketiga ahli kimia ini pada tahun 1970 telah berhasil menggantikan penggunaan model bola dan stik yang banyak memiliki keterbatasan dalam menggambarkan bagaimana reaksi kimia terjadi.

Pemodelan kimia dari model bola dan stik menjadi pemodelan dengan simulasi komputer.

Pemodelan kimia dari model bola dan stik menjadi pemodelan dengan simulasi komputer.

Kontribusi mereka inilah yang kemudian dikenal dengan cikal bakal lahirnya kimia komputasi dan bioinformatika.  Kimia komputasi adalah cabang kimia yang menggunakan hasil teori kimia yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya maupun melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (makromolekul seperti protein atau sistem banyak molekul seperti gas, cairan, padatan, dan kristal cair) serta menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. Contoh sifat-sifat molekul yang dihitung antara lain struktur (yaitu letak atom-atom penyusunnya), energi dan selisih energi, muatan, momen dipol, kereaktifan, frekuensi getaran dan besaran spektroskopi lainnya.

Simulasi terhadap makromolekul (seperti protein dan asam nukleat) dan sistem besar lainnya bisa mencakup kajian konformasi molekul dan perubahannya (misalnya proses denaturasi protein), perubahan fase, serta peramalan sifat-sifat makroskopik (seperti kalor jenis) berdasarkan perilaku di tingkat atom dan molekul. Istilah kimia komputasi kadang-kadang digunakan juga untuk bidang-bidang lain yang menggabungkan antara ilmu komputer dan kimia.

Simulasi pemodelan struktur kimia melalui komputer.

Simulasi pemodelan struktur kimia melalui komputer.

Di sisi lain, Bioinformatika (bahasa Inggris: bioinformatics) adalah ilmu yang mempelajari penerapan teknik komputasi untuk mengelola dan menganalisis informasi biologis. Bidang ini mencakup penerapan metode-metode matematika, statistika, dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah biologis, terutama dengan menggunakan sekuens DNA dan asam amino serta informasi yang berkaitan dengannya. Contoh topik utama bidang ini meliputi basis data untuk mengelola informasi biologis, penyejajaran sekuens (sequence alignment), prediksi struktur untuk meramalkan bentuk struktur protein maupun struktur sekunder RNA, analisis filogenetik, dan analisis ekspresi gen.

Penemuan mereka ini sangat berdampak positif untuk kemajuan dalam berbagai bidang seperti bidang medis hingga bidang energi.  Dalam bidang medis, penemuan mereka dapat memprakarsai bagaimana obat-obatan dapat dimodelkan untuk bereaksi dan mekanisme reaksi kimia obat tersebut untuk penyembuhan penyakit dimana berbagai reaksi tersebut dapat disimulasikan melalui komputer.  Sementara itu, di dalam bidang energi, reaksi katalis penghasilan energi jadi dapat dengan mudah dimodelkan melalui komputer.

Simulasi komputer untuk drug delivery system.

Simulasi komputer untuk drug delivery system.

Kini ahli kimia tidak hanya melakukan percobaan-percobaan di laboratorium (sering dikenal dengan istilah wet chemistry) dengan menggunakan berbagai alat gelas maupun pelarut kimia.  Mereka bahkan dapat melakukan berbagai percobaan mereka dengan menggunakan komputer (sering dikenal dengan istilah dry chemistry).  Dari sini ada satu istilah dalam bahasa inggris, “Today the computer is just as important a tool for chemists as the test tube. Simulations are so realistic that they predict the outcome of traditional experiments.”

Perkembangan bidang kimia dari percobaan di laboratorium (wet chemistry) ke simulasi computer (dry chemistry).

Perkembangan bidang kimia dari percobaan di laboratorium (wet chemistry) ke dalam simulasi computer (dry chemistry).

Bahan Bacaan:

Penulis:
Andriati Ningrum, mahasiswi S3 di Institute of Food Science, BOKU Vienna, Austria.
Kontak: andriati_ningrum(at)yahoo(dot)com.