Peptida dapat bertahan dan melipat dalam asam sulfat pekat seperti di awan Venus

Studi MIT tersebut tidak menunjukkan bahwa Venus dihuni makhluk hidup. Temuannya lebih spesifik—dan tetap penting secara ilmiah: dalam simulasi laboratorium awan Venus yang mengandung hampir 98 persen asam sulfat, sejumlah peptida pendek dapat bertahan selama berminggu-minggu dan melipat menjadi struktur omega-loop yang jelas. Struktur semacam ini secara teori dapat membantu pengenalan molekul atau interaksi kimia lainnya. 4

Apa yang dibuktikan dalam eksperimen MIT?

Para peneliti memasukkan rantai peptida pendek ke dalam asam sulfat yang hampir murni, kemudian memantaunya menggunakan resonansi magnetik nuklir (NMR) dalam larutan. Alih-alih cepat menghilang atau berubah menjadi rantai acak, peptida yang diuji tetap terdeteksi selama berminggu-minggu dan membentuk konformasi tiga dimensi yang berulang, termasuk struktur mirip omega-loop. 412

Omega-loop adalah lekukan kompak pada rantai peptida. Bentuk seperti ini penting karena perilaku suatu molekul tidak hanya ditentukan oleh atom-atom penyusunnya, tetapi juga oleh susunan atom tersebut di dalam ruang. Lipatan yang stabil dapat menciptakan permukaan untuk mengikat molekul tertentu, membentuk rakitan, atau memfasilitasi reaksi kimia.

Namun, hasil ini berlaku pada urutan peptida tertentu, bukan semua peptida. Penelitian sebelumnya terhadap 20 homodipeptida—peptida yang tersusun dari dua asam amino identik—menemukan bahwa sebagian besar mengalami solvolisis dalam beberapa minggu pada asam sulfat pekat. Beberapa pengecualian, termasuk histidin-histidin dan glisin-glisin, tetap stabil dalam asam sulfat 98 persen selama sedikitnya empat bulan. 1

Mengapa sedikitnya air dapat memperlambat kerusakan peptida?

Hidrolisis ikatan peptida biasanya melibatkan air yang memutus ikatan antara dua asam amino. Dalam larutan asam sulfat mirip kondisi awan Venus, air tersedia dalam jumlah sangat sedikit dan terikat kuat pada asam. Keadaan ini mungkin membatasi jalur hidrolisis dan membantu menjelaskan mengapa sebagian urutan peptida dapat bertahan meski berada dalam lingkungan yang sangat asam.

Akan tetapi, ini adalah penjelasan kimia yang mungkin, bukan aturan yang berlaku secara universal. Asam sulfat pekat tetap dapat memutus ikatan peptida, sementara kestabilan molekul bergantung pada urutan penyusunnya, konsentrasi asam, suhu, dan lama paparan. Hasil penelitian dipeptida sebelumnya memperlihatkan kontras tersebut: banyak urutan tidak stabil, sedangkan hanya beberapa di antaranya mampu bertahan dalam kondisi tertentu. 1

Penelitian terkait mengenai peptide nucleic acid (PNA) juga menghasilkan kesimpulan yang serupa, tetapi tetap terbatas. Empat heksamer PNA yang ditempatkan dalam asam sulfat 98 persen pada suhu sekitar 25°C mengalami degradasi antara 0,4 persen dan 28,6 persen selama 14 hari, bergantung pada urutannya. Pada suhu di atas 80°C, molekul-molekul tersebut mengalami solvolisis total. 3

Apa yang ditunjukkan pengukuran NMR 800 MHz?

Eksperimen NMR berfrekuensi tinggi memberikan informasi yang lebih mendalam daripada sekadar apakah peptida masih bertahan. Sinyal NMR dapat digunakan untuk melacak apakah suatu molekul tetap utuh secara kimiawi sekaligus memperkirakan susunan atom-atomnya dalam larutan. Dalam penelitian MIT, pengukuran menunjukkan bahwa peptida mempertahankan lipatan yang teratur dan dapat diamati berulang kali dalam asam sulfat, bukan sekadar menjadi rantai acak. 4

Interpretasi para peneliti adalah bahwa molekul-molekul asam sulfat membentuk lingkungan solvasi yang teratur di sekitar peptida. Dengan kata lain, pelarut tersebut mungkin membantu mengatur dan menstabilkan bentuk rantai ketika air tidak tersedia. Hal ini berbeda dari biologi yang kita kenal di Bumi, ketika protein melipat dalam air dan memanfaatkan interaksi yang dimediasi oleh air untuk menentukan strukturnya.

Temuan ini belum membuktikan bahwa peptida tersebut mampu menjalankan katalisis mirip protein, metabolisme, replikasi, atau proses biologis lengkap lainnya. Yang ditunjukkan adalah ketahanan dan pelipatan molekul-molekul kecil tertentu. Keduanya memang merupakan prasyarat penting, tetapi bukan bukti keberadaan organisme.

Bagaimana hasil ini melanjutkan penelitian sebelumnya tentang kimia awan Venus?

Studi peptida tersebut menambah rangkaian bukti eksperimental bahwa asam sulfat pekat tidak selalu menghancurkan setiap molekul organik yang berkaitan dengan kehidupan di Bumi.

• Dalam salah satu penelitian, 19 dari 20 asam amino biogenik yang diuji tidak bereaksi atau hanya mengalami perubahan pada rantai samping setelah empat minggu dalam asam sulfat berkonsentrasi 81 persen dan 98 persen. Bagian utama struktur asam aminonya tetap utuh. 2
• Basa asam nukleat seperti adenin, sitosin, guanin, timin, dan urasil dilaporkan tetap stabil selama lebih dari satu tahun dalam kondisi asam sulfat pekat yang relevan dengan awan Venus pada suhu ruang. 8
• Penelitian terdahulu juga menunjukkan bahwa banyak ikatan peptida tidak stabil. Artinya, kemampuan bertahan bersifat selektif, bukan otomatis. 1

Secara bersama-sama, temuan tersebut mengubah pertanyaan yang diajukan para peneliti. Fokusnya tidak lagi hanya pada apakah satu biomolekul mirip molekul Bumi dapat bertahan dalam asam Venus, tetapi juga apakah berbagai kelas molekul dapat tetap utuh cukup lama untuk saling berinteraksi, berkumpul, melipat, dan menjalankan kimia yang berguna.

Mengapa kemampuan melipat penting dalam pencarian kehidupan?

Banyak fungsi biologis bergantung pada bentuk molekul. Peptida yang terlipat dapat menghadirkan permukaan pengikat yang selektif atau menciptakan lingkungan kimia lokal yang tidak mungkin dihasilkan oleh rantai acak. Jika pelarut non-air mampu menstabilkan struktur seperti itu, ketiadaan air cair saja mungkin belum cukup untuk menyingkirkan seluruh kemungkinan kimia kompleks.

Namun, hal ini tidak menjadikan Venus layak huni menurut standar Bumi. Lingkungan awannya tetap sangat ekstrem, dan eksperimen laboratorium menggunakan kondisi yang disederhanakan. Tetesan awan Venus yang sebenarnya dapat berbeda dalam komposisi, suhu, aktivitas air, kandungan zat jejak, dan perilaku fisiknya. Karena itu, hasil ini memperluas jenis lingkungan yang layak diuji—bukan mengonfirmasi keberadaan biosfer Venus.

Uji berikutnya: dapatkah PNA menyimpan informasi?

Salah satu langkah lanjutan yang diusulkan adalah mempelajari PNA beruntai ganda. PNA menarik karena dapat berfungsi sebagai polimer pembawa informasi yang menyerupai DNA. Namun, perilakunya dalam asam sulfat pekat sangat bergantung pada urutan dan suhu. Eksperimen yang telah dilakukan sejauh ini menguji PNA beruntai tunggal yang pendek dan hanya mengukur sebagian ketahanannya selama dua minggu pada suhu ruang—bukan pewarisan atau replikasi. 3

Pertanyaan yang lebih sulit adalah apakah PNA beruntai ganda dapat terbentuk, tetap stabil, dan menunjukkan pasangan basa yang spesifik dalam asam tersebut. Jika hasilnya positif, temuan itu akan menambah bukti mengenai pengenalan molekul dan penyimpanan informasi dalam kimia berbasis asam sulfat. Meski demikian, hasil tersebut pun masih jauh dari pembuktian adanya kehidupan.

Arti temuan ini bagi Venus dan eksoplanet

Misi Venus yang mengambil sampel atau menganalisis awan planet tersebut dapat menguji apakah campuran laboratorium benar-benar menyerupai lingkungan aslinya. Pengukuran komposisi tetesan, suhu, aktivitas air, unsur jejak, dan molekul organik akan membantu menentukan sejauh mana hasil eksperimen ini dapat diterapkan pada Venus.

Pelajaran yang lebih luas bagi astrobiologi bersifat metodologis: pencarian lingkungan layak huni tidak harus hanya menargetkan planet yang menyerupai Bumi. Dunia mirip Venus juga layak dipertimbangkan jika atmosfernya menyediakan pelarut dan sumber energi yang mampu mengawetkan, melipat, serta mengatur molekul kompleks secara kimiawi.

Hasil MIT membuat kemungkinan itu lebih masuk akal. Namun, untuk saat ini, hal tersebut tetap menjadi pertanyaan bagi eksperimen lanjutan dan pengamatan planet—bukan penemuan kehidupan di Venus. 4