Kanal pada Membran Sel

Hadiah Nobel Kedokteran 1991
Hadiah Nobel bidang kedokteran dan fisiologi tahun ini diberikan pada Erwin Neher (47) ahli biofisika dan Bert Sakmann (49) ahli biologi, keduanya dari Institut Max-Planck, Jerman. Mereka dianggap berjasa berkat pembuktiannya bahwa kanal-kanal ion dalam membran sel itu memang ada dan bagaimana kanal-kanal itu berfungsi.

Untuk mencatat bagaimana suatu kanal ion membuka dan menutup, kedua ilmuwan Jerman itu mengembangkan suatu alat yang memungkinkan mereka untuk mendeteksi ion-ion sebagai arus listrik. Sumbangsih Neher dan Sakmann berarti suatu perubahan besar bagi bidang biologi sel, untuk mengetahui mengenai mekanisme penyakit yang berbeda, dan membuka jalan untuk mengembangkan obat baru yang lebih khusus (Kompas, 8 Oktober).

Penghargaan Nobel bidang kedokteran dan fisiologi untuk masalah yang berkaitan dengan membran sel itu baru kali ini terjadi sejak diberikannya hadiah Nobel pada tahun 1901. Berbagai penelitian mengenai membran sel, kanal ion dan sebagainya telah dilakukan banyak peneliti, namun Neher dan Sakmannlah yang beruntung.

Keberuntungan itu disebabkan merekalah yang pertama kali merancang alat yang sederhana dan dengan ketepatan pengukuran yang lebih baik daripada peneliti-peneliti sebelumnya. Alat yang dirancang itu diterapkan untuk mengukur arus listrik jika membran sel membuka dan menutup.

Proses membuka dan menutup itu penting diketahui karena dapat memberikan informasi mengenai lama atau cepatnya kanal pada membran terbuka bila diberi suatu zat/obat. Kalau kanal itu terbuka lama, maka zat kimia yang diberikan akan banyak yang masuk ke dalam sel (tergantung macam kerja zat
kimia/obat).

Penelitian ini tentu sangat menarik untuk mengetahui berbagai macam kanal dan fungsinya pada membran sel. Oleh karena itu, setelah metode mereka dipublikasikan di majalah Nature, Vol. 260, 1976, banyak peneliti yang menerapkan metode itu untuk meneliti berbagai kanal yang ada pada membran macam-macam sel. Apa yang sebenarnya dibuat oleh Neher dan Sakmann sehingga mereka mendapat hadiah Nobel kedokteran/fisiologi tahun 1991 itu?

Membuka-menutup
Mereka meneliti sifat kanal dari membran sel otot kodok. Otot yang dipotong itu dipilih yang memiliki kesensitifan tinggi terhadap suatu rangsangan. Suatu pipet terbuat dari gelas yang ujungnya sangat kecil, berdiameter 3-5 mikrometer ditempelkan pada permukaan otot kodok. (lihat gambar).

Di dalam pipet itu terdapat larutan Singer (larutan yang berisi garam natrium klorida, kalium klorida dan kalsium klorida pada konsentrasi yang sangat kecil sekali) dan senyawaan asetilkolin atau suberdikolin atau karbakol.

Pipet itu dihubungkan dengan kawat yangmenuju ke tanah, supaya potensial dalam pipet menjadi nol dan pada saat yang sama diukur arus yang melalui pipet. Arus itu berasal dari perubahan potensial pada dua elektroda yang ditancapkan pada otot (letak elektroda itu sangat dekat dengan tempat penancapan pipet, dalam areal seluas 10 mikrometer.

Perubahan potensial elektoda itu diakibatkan oleh masuknya ion natrium pada kanal membran. Seperti diketahui, bila asetilkolin menempel pada reseptor membran, maka akan menyebabkan perubahan sifat
permeabilitas membran, sehingga ion natrium masuk ke dalam membran sel.

Masuknya ion natrium itu menyebabkan perubahan potensial elektroda. Perbedaan potensial menyebabkan terjadinya arus listrik. Arus listrik ini kemudian melewati pipet lalu dicatat dalam layar oskiloskop.

Gambaran pada layar oskiloskop itu menunjukkan membuka-menutupnya kanal ion. Kanal ion yang terbuka, menyebabkan terjadi perubahan potensial elektroda, sehingga tampilan pada layar tidak berupa alur lurus (alur lurus berkelok dengan penyimpangan kecil menunjukkan kanal ion menutup) saja, tetapi terjadi amplitudo.

Lama tidaknya kanal ion terbuka, tergantung pada zat yang ditambahkan. Misalnya kalau suberykolin, kanal ion terbuka selama 45 mikrodetik, kalau asetilkolin selama 26 mikrodetik, sedangkan karbakol selama 11 mikrodetik.

Penelitian ini membuka peluang penelitian lebih lanjut sampai pada aplikasi terapannya di industri farmasi/perguruan tinggi. Kerja sama Neher dan Sakmann sudah dimulai setahun sebelum publikasi di Nature itu melalui penelitian bersama. Pada saat itu Erwin Neher bekerja di fakultas kedokteran Universitas Yale, AS sedangkan Bert Sakmann bekerja di Institut Max Planck, Jerman.

Tahun-tahun sebelumnya Neher mengadakan penelitian sendiri, demikian pula Sakmann. Setelah penelitian dipublikasikan di Nature Neher dan Sakmann juga banyak kerja barengan, maupun masing-masing melakukan penelitian dengan koleganya meneruskan penerapan metode tersebut. Penelitian mereka berserakan di Journal Physiology.

Keberuntungan
Memang benar kalau Neher dan Sakmann itu beruntung. Betapa tidak, sebenarnya ide metode itu bukan asli miliknya. Peneliti-peneliti sebelumnya juga sudah melakukannya, namun hasilnya tidak memuaskan antara lain disebabkan penggunaan diameter ujung pipet yang terlalu lebar dan areal pengukuran agak luas, sehingga menimbulkan noise (gangguan pengukuran arus). Di samping itu peneliti sebelumnya juga tidak merancang penggunaan sirkuit virtual ground, VG, sehingga sulit mendeteksi perbedaan potensial elektroda akibat kanal ion yang terbuka.

Kini alat temuan mereka sudah banyak diaplikasikan untuk berbagai tujuan, misalnya untuk mengetahui kaitan membran sel dengan obat demam. Untuk mengetahui kaitan obat demam itu dengan membran sel suatu jaringan, maka pengukuran di laboratorium juga disesuaikan dengan suhu tubuh orang yang demam itu. Karena faktor lama-tidaknya kanal pada membran sel terbuka, bergantung pula pada suhu pengukuran.

Dalam kasus ini, ternyata untuk mendapatkan Nobel, tidak perlu ide orisinil, tetapi cermat mengamati penelitian orang lain dan memperbaikinya. Lalu tidak berhenti pada penelitian awal itu, namun terus menerus mempraktekkannya. Akhirnya hanya keberuntungan yang muncul. Selamat.

Markus G. Subiyakto dosen biokimia Jurusan Kimia FMIPA UI.

Sumber: Kompas, 24 Oktober 1991