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