Mengapa Timbal Beracun? Teori Kuantum Menjawabnya

{mosimage}Timbal termasuk salah satu logam berat. Logam ini turut ambil bagian dalam runtuhnya Kerajaan Romawi. Timbal bisa menyebabkan kerusakan otak, darah, ginjal, dan hati yang tidak dapat disembuhkan. Tetapi mengapa timbal sedemikian toksiknya?

Dengan menggunakan beberapa senyawa model enzim dan kimia kuantum, Olivier Parisel dan Christophe Gourlaouen dari Pierre and Marie Curie University, di Paris, Perancis, sekarang yakin mereka telah menemukan jawabannya. Mereka mengatakan bahwa penelitian yang mereka lakukan dapat membantu mencari cara yang lebih baik dalam menghilangkan timbal dari tubuh seseorang.
Para ilmuwan telah mengetahui bahwa timbal menjadi beracun dengan menggantikan kation-kation logam yang aktif biologis, seperti kalsium dan zink, dari protein-proteinnya. Calmodulin misalnya, mengikat dan mengangkut empat kation kalsium. Jika kation-kation timbal menggantikan keempat kation kalsium tersebut, efisiensi enzim ini akan berkurang. Dan timbal menghambat total aktivitas enzim biosintetik heme, yakni asam delta-aminolevulinat dehidratase (delta-ALAD), ketika logam ini menggantikan kation zink tunggalnya, sehingga mengganggu pembentukan darah dan menghasilkan anemia parah.
Tetapi Parisel dan Giurlaouen telah menemukan bahwa aksi beracun timbal tidak hanya karena kemampuannya terikat ke protein-protein ini. Mereka mengatakan, toksisitas logam ini juga disebabkan oleh efek pasangan inert.
Walaupun timbal dan karbon terletak dalam golongan yang sama dalam tabel periodik, yang masing-masing memiliki empat elektron yang tersedia untuk membentuk ikatan dengan atom-atom lain, namun logam berat cenderung hanya menggunakan dua dari elektron ini. Sela energi (energy gap) yang lebih besar antara elektron-elektron terluar timbal berarti bahwa dua dari elektron bebasnya terikat lebih kuat ke inti yang jauh lebih besar dan lebih bermuatan positif. Jadi apabila timbal terikat ke atom-atom lain, pasangan bebas ini tidak hanya dapat terlepas, tetapi juga bisa terlibat dalam ikatan. Ini bisa sangat merusak tatanan atom di sekitar timbal; bagi sebuah enzim ini sangat berbahaya.
Sangat berat
Parisel dan Gourlousen menggunakan senyawa-senyawa model untuk meniru tempat-tempat pengikatan kalsium dan zink pada calmodulin dan delta-ALAD. Setelah menambahkan kation-kation timbal ke model-model yang mereka buat, mereka menggunakan perhitungan kuantum untuk menelusuri perubahan-perubahan struktural yang disebabkan oleh logam berat tersebut.
Untuk model calmodulin, tidak ada distrosi besar yang terjadi, sejalan dengan pengamatan bahwa timbal tidak sepenuhnya menghambat aktivitas calmodulin. Tetapi untuk model delta-ALAD, timbal menimbulkan distorsi kuat dalam model yang terkait langsung dengan penempatan posisi pasangan elektron bebas timbal. Ini bisa menjelaskan mengapa timbal menghambat aktivitas delta-ALAD, kata para peneliti ini.
Walaupun timbal tetraetil telah lama dikurangi sebagai aditif bahan bakar (bensin), namun produksi timbal di dunia dan senyawa-senyawanya terus meningkat karena permintaan dari industri baterai, kaca, dan sirkuit-sirkuit elektronik yang bergantung pada unsur ini. Walaupun antidotum (penawar racun) untuk keracunan timbal sekarang ini menggunakan senyawa-senyawa yang mengikat berbagai ion logam dalam tubuh, namun berpotensi menyebabkan kerusakan dengan mengikat logam-logam penting disamping timbal.
"Penelitian kami menunjukkan bahwa kita bisa membuat pengkhelat timbal yang lebih selektif," kata Parisel. "Ini mungkin memerlukan enzim-enzim serupa hasil rekayasa biologis dengan tambahan tempat-tempat pengikatan timbal. Atau kita bisa menggunakan ligan-ligan dari tanaman tertentu yang diketahui mengakumulasi logam-logam berat dalam jumlah berlebih."

Disadur dari: http://www.rsc.org/chemistryworld/