Berita | Dapatkah molekul netral berperilaku seperti bermuatan? Tim AS menantang biokimia konvensional
Sebuah studi yang dipimpin University of Massachusetts Amherst menantang pandangan lama mengenai polizwitterion: meskipun dianggap netral secara listrik, polimer ini bergerak melalui medan listrik seperti partikel bermuatan. Diterbitkan dalam Nature Communications, penelitian ini dapat mendukung analisis protein dan karbohidrat, penghantaran obat, serta aplikasi biomedis lainnya.
Penelitian ini dilakukan oleh mahasiswa pascasarjana ilmu dan teknik polimer Yeseul Lee serta penulis senior Murugappan Muthukumar, Wilmer D. Barrett Professor.
Polimer netral berperilaku seolah-olah bermuatan, membalikkan asumsi standar
Polizwitterion terdiri dari unit zwitterionik yang mengandung gugus positif dan negatif, tetapi secara keseluruhan netral, sehingga secara konvensional seharusnya tidak bergerak dalam medan listrik. Elektroforesis molekul tunggal menunjukkan bahwa:
PSBMA berperilaku seolah-olah bermuatan negatif
PMPC berperilaku seolah-olah bermuatan positif
Dengan kata lain, molekul netral yang diperkirakan tidak menunjukkan respons justru bergerak ke arah tertentu.
"Penelitian saya mengkaji perilaku protein dan asam amino, bahan penyusun polimer biologis," kata Lee. "Dalam lingkungan seluler yang padat, pemahaman tentang cara molekul bergerak dan berkomunikasi sangat penting."
Mengapa molekul netral bergerak? Kuncinya adalah "muatan tersembunyi"
Tim mengidentifikasi mekanismenya:
Polizwitterion berstruktur seperti tulang rusuk, dengan satu ujung bermuatan menonjol ke luar dan ujung lainnya dekat dengan tulang punggung polimer. Studi ini menunjukkan:
PSBMA memiliki muatan negatif pada "ujung" tulang rusuk
PMPC memiliki muatan positif pada "ujung"
Muatan lainnya melemah dan sebagian besar "tersembunyi" di dekat tulang punggung
Karena itu, muatan pada ujung menentukan arah gerak dalam medan listrik.
Terobosan kedua: medan listrik di dalam sel tidak seragam
Para ilmuwan umumnya mengasumsikan bahwa elektrolit seluler di sekitar biomakromolekul memiliki konstanta dielektrik yang seragam, sehingga setiap muatan dilemahkan secara setara. Sebaliknya, studi ini menemukan:
Konstanta dielektrik lokal berbeda di sekitar muatan positif dan negatif
Konstanta dielektrik jauh lebih rendah di dekat tulang punggung polimer
Nilainya meningkat semakin jauh dari tulang punggung dan semakin dekat ke ujung
Hal ini menunjukkan bahwa medan listrik mikroskopis di dalam sel lebih kompleks daripada yang diperkirakan sebelumnya dan interaksi molekuler tidak dapat dijelaskan dengan satu aturan seragam.
"Ini berkontribusi pada mekanika dasar biokimia," kata Muthukumar. "Tidak ada yang mengetahui bahwa konstanta dielektrik berubah seiring jarak dari tulang punggung polimer. Kami mengamatinya dan mengukur konsekuensinya."
Landasan baru bagi penelitian protein dan pengobatan presisi
Temuan bahwa molekul netral dapat berperilaku seperti bermuatan memberikan perspektif baru tentang perakitan, pergerakan, dan interaksi protein. Tim menyatakan bahwa temuan ini dapat memajukan:
Deteksi dini penyakit
Penghantaran obat presisi
Analisis dan identifikasi protein serta karbohidrat
Skrining dan pemisahan biomolekul
Penelitian ini didanai oleh US National Science Foundation (NSF) dan Air Force Office of Scientific Research (AFOSR).
Sumber berita:
Dikumpulkan secara daring
Diterbitkan 2025-11-19
Artikel ini disusun dengan bantuan AI dan ditinjau oleh tim editorial sebelum diterbitkan.
Berita | Dapatkah molekul netral berperilaku seperti bermuatan? Tim AS menantang biokimia konvensional
Berita | Dapatkah molekul netral berperilaku seperti bermuatan? Tim AS menantang biokimia konvensional
Sebuah studi yang dipimpin University of Massachusetts Amherst menantang pandangan lama mengenai polizwitterion: meskipun dianggap netral secara listrik, polimer ini bergerak melalui medan listrik seperti partikel bermuatan. Diterbitkan dalam Nature Communications, penelitian ini dapat mendukung analisis protein dan karbohidrat, penghantaran obat, serta aplikasi biomedis lainnya.
Penelitian ini dilakukan oleh mahasiswa pascasarjana ilmu dan teknik polimer Yeseul Lee serta penulis senior Murugappan Muthukumar, Wilmer D. Barrett Professor.
Polimer netral berperilaku seolah-olah bermuatan, membalikkan asumsi standar
Polizwitterion terdiri dari unit zwitterionik yang mengandung gugus positif dan negatif, tetapi secara keseluruhan netral, sehingga secara konvensional seharusnya tidak bergerak dalam medan listrik. Elektroforesis molekul tunggal menunjukkan bahwa:
PSBMA berperilaku seolah-olah bermuatan negatif
PMPC berperilaku seolah-olah bermuatan positif
Dengan kata lain, molekul netral yang diperkirakan tidak menunjukkan respons justru bergerak ke arah tertentu.
"Penelitian saya mengkaji perilaku protein dan asam amino, bahan penyusun polimer biologis," kata Lee. "Dalam lingkungan seluler yang padat, pemahaman tentang cara molekul bergerak dan berkomunikasi sangat penting."
Mengapa molekul netral bergerak? Kuncinya adalah "muatan tersembunyi"
Tim mengidentifikasi mekanismenya:
Polizwitterion berstruktur seperti tulang rusuk, dengan satu ujung bermuatan menonjol ke luar dan ujung lainnya dekat dengan tulang punggung polimer. Studi ini menunjukkan:
PSBMA memiliki muatan negatif pada "ujung" tulang rusuk
PMPC memiliki muatan positif pada "ujung"
Muatan lainnya melemah dan sebagian besar "tersembunyi" di dekat tulang punggung
Karena itu, muatan pada ujung menentukan arah gerak dalam medan listrik.
Terobosan kedua: medan listrik di dalam sel tidak seragam
Para ilmuwan umumnya mengasumsikan bahwa elektrolit seluler di sekitar biomakromolekul memiliki konstanta dielektrik yang seragam, sehingga setiap muatan dilemahkan secara setara. Sebaliknya, studi ini menemukan:
Konstanta dielektrik lokal berbeda di sekitar muatan positif dan negatif
Konstanta dielektrik jauh lebih rendah di dekat tulang punggung polimer
Nilainya meningkat semakin jauh dari tulang punggung dan semakin dekat ke ujung
Hal ini menunjukkan bahwa medan listrik mikroskopis di dalam sel lebih kompleks daripada yang diperkirakan sebelumnya dan interaksi molekuler tidak dapat dijelaskan dengan satu aturan seragam.
"Ini berkontribusi pada mekanika dasar biokimia," kata Muthukumar. "Tidak ada yang mengetahui bahwa konstanta dielektrik berubah seiring jarak dari tulang punggung polimer. Kami mengamatinya dan mengukur konsekuensinya."
Landasan baru bagi penelitian protein dan pengobatan presisi
Temuan bahwa molekul netral dapat berperilaku seperti bermuatan memberikan perspektif baru tentang perakitan, pergerakan, dan interaksi protein. Tim menyatakan bahwa temuan ini dapat memajukan:
Deteksi dini penyakit
Penghantaran obat presisi
Analisis dan identifikasi protein serta karbohidrat
Skrining dan pemisahan biomolekul
Penelitian ini didanai oleh US National Science Foundation (NSF) dan Air Force Office of Scientific Research (AFOSR).
Sumber berita:
Dikumpulkan secara daring