Rabu, 04 Januari 2012

Manfaat Belajar Kimia Komputasi

Ada beberapa alasan mengapa kimia komputasi penting untuk pembelajaran kimia. Peserta didik memerlukan belajar untuk “berfikir seperti molekul erfikir”. Untuk melakukan ini pserta didik memerlukan upaya “melihat” apa yang molekul lihat, dan “merasa” apa yang dirasakan molekul. Model memberikan gambaran paling baik dan secara langsung dapat menggambarkan dunia molekular. Perangkat lunak kimia seperti HyperChem memberikan fasilitas memadai untuk “melihat” bentuk molekul, menikmati vibrasi ikatan antar atom yang terekam sebagai spektra infra merah, dan dinamika perubahan struktur molekul akibat pengaruh sistem reaksi. VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) dapat memodelkan bentuk molekul, dan orbital molekul Hoeckel mampu memprediksi tingkat energi ikatan adalah sebagian dari upaya mengubah teori ke dalam prediksi kimia. Metode kimia komputasi memberikan hasil pengujian yang jauh lebih memadai dari prediksi teoritis. Model mudah untuk digunakan, tidak mahal dan aman.

Ruang Lingkup Kimia Komputasi
             Pemodelan molekular (molecular modeling) adalah teknik menginventasi struktur dan sifat molekular menggunakan kimia komputasi dan teknik visualisasi grafis dalam upaya menghasilkan gambaran tiga dimensi yang teliti dari suatu sistem kimia. Perkembangan komputer grafis sangat membantu analisis kimia dan visualissasi interaksi molekular sistem kimia sehingga hampir semua jurnak ilmiah kimia dilengkapi dengan hasil visualisasi molekul sistem kimia oyang dijadikan obyek penelitian.
               Informasi kimia (chemical informatics) merupakan aplikasi teknologi komputer pada semua bidang kimia. Bidang yang banyak menggunakan teknik informasi kimia adalah industri obat. Peneliti informasi kimia berhadapan dengan data sangat besar sehingga perlu dibuat sistem informasi yang membantu kimiawan untuk memprediksi sifat kimia senyawa. Teknik ini serupa dengan yang telah dilakukan oleh mendeleev ketika berhasil menetapakan posisi dan sifat unsur yang belum diketahui pada tabel periodik unsur. Penerapan teknologi informasi kimia telah membantu ahli kimia mengorganisir dan menganalisis data ilmiah yang tersedia, dalam rangka menghasilkan senyawa dan proses yang baru.

Peran Kimia Komputasi dalam bidang Desain Molekul Obat
              Metode in vitro dan in vivo lazim digunakan dalam proses penemuan obat. Komputer menawarkan metode in silico, merupakan suatu metode yang menggunakan kemampuan komputer dalam merancang obat sebagai komplemen dari in vitro dan in vivo. Kemampuan komputasi meningkat secara eksponensial merupaka peluang mengembangkan simulasi dan kalkulasi dalam merancang obat baru.
           Desain obat merupakan proses iterasi dimulai dengan penentuan senyawa yang menunjukan sifat biologi penting dan diakhiri dengan langkah optimasi, baik dari profil aktivitas maupun sintesis senyawa kimia. Tanpa pengetahuan lengkap tentang proses biokkimia yang bertanggungjawab terhadap aktivitas biologis, hipotesis desai obat pada umumnya didasarkan pada pengujian kemiripan struktural dan pembedaan antara molekul aktif dan tidak aktif. Kombinasi antara strategi mensintesis dan uji aktivitasnya menjadi sangat rumit dan memerlukan waktu yang lama untuk sampai pada pemanfaatan obat. Dengan kemajuan di bidang komputasi, peneliti dapat menggunakan komputer untuk mengoptimasi aktivitas, geometri dan reaktivitas, sebelum senyawa disintesis secara eksperimental. Hal ini dapat menhindarkan langkah sintesis suatu senyawa yang membutuhkan waktu dan biaya mahal, tetapi senyawa baru tersebut tidak memiliki aktivitas seperti yang diharapkan.
          Keberadaan komputer yang dilengkapi dengan aplikasi kimia komputasi, memungkinakan ahli kimia komputasi medisinal menggambarkan senyawa obat secara tiga dimensi (3D) dan melakukan komparasi atas dasar kemiripan dan energi dengan senyawa lain yang sudah diketahui memiliki aktivitas tinggi (pharmacophore query). Berbagai senyawa turunan dan analog dapat “disintesis” secara in silico atau yang sering diberi istilah senyawa hipotetik.

Tantangan Kimia Komputasi di masa depan
           Kimia komputasi dapat membantu dalam bidang desain dan optimasi proses yang baru atau proses yang sedang berjalan maupun optimasi produk. Kimia komputasi dapat mereduksi biaya pengembangan, meningkatkan efisiensi energi, dan daya guna lingkungan, sehingga menaikkan produktivitas dan keuntungan. Walaupun kimia komputasi dapat diterapkan pada bidang industri, tetapi masih banyak keterbatsan. Hal ini disebabkan karena keterbatasan skala permasalahan industri yang dimodelkan, juga adanya kesulitan dalam validasi dan kesesuaian hasil permodelan molekul. Hambatan lain adalah menghasilkan perangkat lunak komersil yang dengan mudah digunakan oleh masyarakat. Keterbatasan ini disebabkan karena kualifikasi masyarakat pengguna yang masihkurang, jumlah peminat yang sedikit, dan kurangnya publikasi informasi dan pendidikan tentang keuntungan penggunaan kimia komputasi dalam bidang yang digeluti masing-masing individu.
             Idealnya, kimia komputasi mempunyai sifat (1) dapat diterapkan pada sistem bervariasi, yaitu berlaku untuk sistem  yang besar, waktu operasi yang panjang, sistem cairan atau padatan, (2) fleksibel, dapat dijalankan pada berbagai platform komputasi (perangkat keras)
Dan perangkat lunak, dan didukung oleh visualisasi grafis yng memadai, (3) kemampuan tinggi, mampu dijalankan pada desktop atau platform komputasi paralel berbiaya murah, (4) mudah digunakan, mekanisme penggunaan yang sederhana dan sistem yang canggih untuk dapat digunakan oelh pengguna dengan kemampuan rata-rata, (5) validasi eksperimental, hasil perhitungan komputasi divalidasi secara eksperimental, (6) termasuk dalam kurikulum pendidikan, yaitu dapat diberikan pada S1, S2, maupun S3 melalui kuliah dan praktikum.
             Permasalahan utama utntuk pemanfaatan komputer adalah keberadaan aplikasi kimia komputasi yang memadai dan lengkap. Salah satu aplikasi kimia komputasi yang memadai untuk penemuan obat adalah Molecular Operating Environment (MOE) yang dikembangkan Chemical Computating Group (www.chemcomp.com). MOE selain menawarkan fasilitas yang cukup lengkap juga user-friendly sehingga cocok digunakan dalam pembelajaran. Hanya saja aplikasi tersebut biasanya mahal sehingga alasan efisiensi biaya tidak relevan.

source: Prof. Dr. Harno Dwi Pranowo, M.Si. Peran Kimia Komputasi dalam Desain Molekul Obat, Universitas Gajah Mada

Tidak ada komentar:

Posting Komentar