Hadiah Nobel Kedokteran 1992; Fosforilase Kinase, Pengendali Proses Pemecahan Glikogen

Setiap kali kita membaca berita mengenai terpilihnya ilmuwan mendapat hadiah Nobel, sepertinya kita juga ingin larut dalam kemenangan itu dan menyimak temuannya. Begitulah yang terjadi ketika Kompas (13/10) memuat pemenang hadiah Nobel 1992 bidang kedokteran, yaitu Edmon Fisher (72) dan Edwin Krebs (74) penemu enzim Fosforilase kinase, suatu enzim yang terlibat dalam mekanisme pengaturan aktivitas enzim lain dalam pemecahan glikogen.

Kedua peneliti itu bekerja di jurusan farmakologi dan biokimia, Universitas Washington, AS. Mulai melakukaan penelitian bersama pada tahun 1950 dengan mengkhususkan perhatian pada metabolisme glikogen (karbohidrat dalam tubuh). Hasil penelitiannya yang pertama kali dipublikasikan adalah Bhosphorylase Activity of Skeletal Muscle Extracts dan Conversion of Phosphorylase b to Phosphorylase a in Muscle Extracts, yang dimuat bersamagn di Journal Biological Chemistry, 1955.

Sejak pemuatan pertama itu, Krebs dan Fischer mulai diperhitungkan peneliti lain yang sudah berkecimpung di bidang yang sama lebih dulu. Jadi walaupun kehadirannya agak terlambat, namun berkat temuannya itu dan hasil penelitian lanjutannya panitia hadiah Nobel 1992 memilih mereka berdua sebagai pemenang.

Kontrol sintesis dan pemecahan glikogen dalam hati merupakan pusat pengendalian tingkat glukosa di darah. Konsentrasi glukosa pada darah normalnya berkisar antara 80-120 mg per 100 ml. Apabila kandungan glukosa dalam darah lebih tinggi dari nilai itu, maka glukosa tersebut akan disimpan di hati berupa unit-unit rangkaian glukosa (disebut glikogen).

Apabila kandungan glukosa dalam darah lebih rendah, maka terjadi pemecahan glikogen menjadi glukosa. Sintesis glikogen dan pemecahan glikogen tersebut melalui jalur metabolisme yang berbeda (menggunakan enzim dan substrat yang berbeda).

Glikogen juga terdapat di otot, berperan sebagai cadangan sumber energi. Caranya dengan memecah glikogen menjadi glukosa, yang melalui proses lanjutan menghasilkan energi. Proses pemecahan glikogen tersebut tidak sederhana, namun melibatkan berbagai interaksi, antara lain enzim fosforilase kinase yang ditemukan Fischer dan Krebs serta protein kinase yang ditemukan Krebs.

Pemecahan glikogen menjadi unit-unit glukosa memerlukan bantuan enzim fosforilase yang bersifat aktif. Untuk membuat fosforilase aktif, maka dibutuhkan enzim fosforilase kinase yang aktif pula.
Fosforilase kinase yang tidak aktif bisa menjadi aktif apabila ada enzim yaitu protein kinase yang aktif.

Dua bentuk
Carl Cori dan Green pada tahun 1943 sudah menemukan bahwa enzim fosforilase berada dalam dua bentuk, yaitu fosforilase a (aktif) dan fosforilase b (tidak aktif). Keaktifan enzim ini dipengaruhi oleh molekul kecil yang namanya AMP. Fosforilase a berada dalam 60-70 persen maksimal aktivitasnya tanpa ada AMP (adenosin monofosfat), sedangkan fosforilase b tidak aktif walaupun ada AMP.

Pada tahun 1945 Cori (pemenang hadiah Nobel kedokteran 1947 bersama istrinya Gerti Cori) menyatakan dalam laporan penelitiannya bahwa pada ekstrak otot yang sedang istirahat, enzim fosforilase a lebih banyak daripada fosforilase b, sekitar 92 persen. Otot yang distimulasi sehingga lelah, banyak mengandung fosforilase b. Saat itu dibuatlah hipotesis yang menyatakan bahwa selama kontraksi otot, akan terjadi perubahan fosforilase a menjadi fosforilase b.

Penelitian Fischer dan Krebs pada tahun 1955 itu awalnya hanya untuk mengetahui apakah pengaruh suhu lingkungan mempengaruhi kandungan fosforilase di otot. Dengan landasan ini akan dapat dicari jalan penanganan kelak bagaimana meminimalkan konstraksi otot hewan untuk tujuan komersial.

Dari penelitian itu, malah keduanya menjumpai informasi bahwa konversi fosforilase b (bentuk tidak aktif) menjadi fosforilase a (bentuk aktif) dibantu oleh adanya zat lain yang terkandung dalam ekstrak otot. Fischer dan Krebs sempat grogi juga untuk mengetahui gerangan zat apa itu. Keduanya sepakat uptuk menemukan zat dengan membuat penelitian-penelitian lanjutan.

Pada tahun 1959, Krebs, Grave dan Fischer mempublikasikan penemuan enzim fosforilase kinase di jurnal Biological Chemistry. Lalu Krebs sendirian pada tahun 1972 mempublikasikan penemuan enzim yang disebut protein kinase di majalah Curr.Top.Cell, regul, vol 5.

Krebs dan Fischer ingin terus menyingkap penemuan-penemuan itu. Bersama dengan dua rekannya, Fischer tahun 1977 mempublikasikan di majalah Biochemistry, vol. 16 mengenai penemuan zat yang diisolasi dari otak bovine, berperan sebagai penghambat kerja (inhibitor) protein kinase.

Fischer dan Krebs yang pertama kali memurnikan dan mngkarakteristikkan enzim pertama yang mengendalikan protein melalui fosforilasi reversibel protein. Dari dasar penelitiannya, terlihat bagaimana protein di sel otot dengan cepat dapat mensuplai energi untuk kerja otot.

Enziin yang ditemukan, yaitu fosforilase kinase sangat membantu untuk menjelaskan mengapa fosforilase b yang tidak aktif itu bisa berubah menjadi enzim fosforilase a yang bersifat aktif. Fosforilase b bisa diubah menjadi fosforilase a dengan cara fosforilasi, memakai enzim fosforilase kinase pada residu tunggal serin yang terdapat pada urutan asam amino nomor 14 (lihat gambar 1). Fosforilase a bisa dideaktivasi menjadi fosforilase b dengan adanya enzim fosfatase yang spesifik menghidrolisis gugus fosfat yang terikat pada serin 14.

Berhubungan dengan kanker
Penghargaan terhadap Krebs dan Fischer itu tidak hanya karena penelitian awal mereka saia, namun juga karena hasil temuan itu, yakni fosforilase kinase berkaitan erat kerjanya dengan enzim yang disebut protein kinase. Protein kinase itu sangat berkaitan erat pula dengana proses perkembangan kanker akibat virus (avain sercoma virus).

Menunut Erikson dan rekannya (Proceeding of the National Academy of Sciences, AS Desember 1979), produk dari gen src ASV (gen pada virus yang bertanggungjawab dalam transformasi sel) adalah suatu fosfoprotein pp60^src0. Protein yang mengandung fosfat ini akibat kerjanya enzim fosforilase kinase. Fosfoprotein tersebut mengawali dan melindungi transformasi sarcoma virus di dalam sel yang diserang.

Penelitian lain yang dilakukan oleh Roger Hirst dan rekannya (PNAS, vol. 83, 1986) juga menunjukkan bahwa protein reseptor fibronectin di sarcoma virus merupakan protein yang terfosforilasi, terutama pada gugus OH dari asam amino tirosin oleh enzim tirosin kinase. Dengan mengetahui mekanisme perkembangan kanker, sifat enzim-enzim fosfarilase kinase dan protein kinase serta energi yang diperlukan oleh sel kanker, kelak semakin dapat dipahami penjalaran kanker dan pengobatannya.

Krebs dan Fischer telah berjasa bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Penghargaan terhadap jasa tersebut diperoleh setelah 42 tahun mereka mengawali penelitiannya. Pemahaman pemecahan glikogen menghasilkan glukosa sebagal sumber energi, ditunjang oleh penemuannya. Memang mereka menyumbangkan kerumitan mekanisme kontrol pemecahan glikogen, tetapi dari kerumitan itu kita semakin mengetahui mekanisme pemecahan glikogen itu sendiri, sekaligus membuka cakrawala baru bagi peneliti lain untuk menyingkap berbagai fenomena di dalam sel.

Markus G. Subiyakto, dosen biokimia, Jurusan Kimia FMIPA UI

Sumber: Kompas, Kamis, 22 Oktober 1992