III ANALISIS BIOKIMIA MENGENAI KEHIDUPAN

3.1 Asal usul mahluk hidup dan cara mempelajarinya

Manusia bisa berteori macam-macam mengenai asal usul kehidupan dan

Darwin berbangga hati dengan konsep evolusinya. Teori evolusi berkembang

seiring dengan kemajuan biologi molekul. Bermacam-macam fakta telah

didapatkan, antara lain menyatakan bahwa karakter molekul enzim sitokrom C

(enzim yang berperan dalam proses respirasi) dalam berbagai mahluk hidup relatif

tidak jauh berbeda satu dari lainnya.

Belakangan ini, sebagian besar fakta menunjukkan bahwa kemungkinan

mahluk hidup dihasilkan oleh proses evolusi adalah sangat kecil. Berbagai bukti

memperlihatkan bahwa proses pembentukan molekul seperti asam amino yang

berasal dari amonia, air, dan CO2 itu sangat kecil. Di laboratorium memang bisa

diciptakan molekul asam amino dari bahan dasar tersebut, tetapi ini adalah

laboratorium yang telah dilengkapi dengan fasilitas yang sangat memadai.

Gambar 3.1 Simbol program biologi komputasi dari Departemen Energi Amerika Serikat yang bertujuan untuk mendapatkan solusi pemenuhan kebutuhan energi mahluk hidup.

Biologi komputasi merupakan salah satu cara menganalisis fenomena

kehidupan. Pada dasarnya, program ini bertujuan untuk mengembangkan metode

komputasi untuk membantu pemahaman mengenai fenomena biologi secara luas.

Biologi komputasi merupakan pendekatan baru dalam biologi, yang merupakan

kombinasi antara analisis, manajemen, dan simulasi data (baik kualitatif maupun

kuantitatif) yang didapat dari hasil percobaan untuk memprediksi fenomena

kehidupan, baik dari segi tingkah laku, reaksi biokimia, dan lainnya. Sudah jelas

bahwa ilmu ini menuntut penguasaan matematika dan informatika yang memadai.

Secara spesifik, biologi komputasi ditujukan untuk mengembangkan metode

otomatis untuk mempelajari tingkah laku gen, seperti replikasi, perakitan gen

yang berasal dari proses pembuahan (rekombinasi), dan lain-lain. Salah satu hal

menarik yang dihasilkan dari teknologi ini ialah algoritma. Algoritma merupakan

22

salah satu cara komputer untuk memperlihatkan suatu fenomena tertentu.

Gambar 5.2 memperlihatkan contoh algoritma dalam proses diagnosa sejenis

penyakit kulit pada kucing. Hal lain yang dibutuhkan untuk pemenuhan tujuan ini

ialah manajemen dan cara visualisasi data, yang merupakan salah satu syarat

untuk dapat memahami fenomena kehidupan dengan baik.

3.2 Molekul kimia terbukti berperan dalam kehidupan

Mendefinisikan kehidupan bukanlah hal mudah, terutama jika dipandang dari

kacamata biologi. Kita hanya melihat atau mengatakan bahwa sesuatu itu hidup

jika ia bergerak, memberi respon, bisa berkembang biak, bernafas, dan lain-lain.

Tanaman seolah-olah tidak bergerak, tetapi ia merupakan mahluk hidup juga.

Sekarang, bagaimanakah mendefinisikan kehidupan dari kacamata ilmu kimia?

Pengalaman mempelajari ilmu kimia (mungkin di sekolah menengah atau

ilmu kimia dasar 1 di semester pertama perguruan tinggi) lebih banyak membahas

sesuatu yang tidak hidup. Contohnya kimia unsur dan sifatnya, sistem periodik,

kimia inti atau radiokimia, dan lain-lain. Di sini hanya dibahas mengenai

bagaimana unsur kimia membentuk senyawa dan bereaksi dengan unsur atau

senyawa lain. Sifat dan hasil reaksi lebih ditekankan sebagai penciri/sifat dari

unsur atau senyawa tersebut. Contohnya adalah pelajaran ilmu kimia analitik

kualitatif.

Kemajuan biologi menunjukkan bahwa secara fisik sebenarnya mahluk

hidup terdiri atas molekul-molekul kimia yang tersusun sedemikian rupa sehingga

bisa memberikan ciri fisik khas bagi mahluk tertentu. Kemajuan ilmu kimia organik

juga mendukung fenomena tersebut, meskipun kimia organik lebih banyak

mempelajari molekul kimia karbon yang terdapat pada benda mati. Tanpa

menonjolkan aspek sejarah perkembangan biologi, pada akhirnya para ahli biologi

sepakat bahwa molekul kimia yang menyusun mahluk hidup adalah sangat

dinamis dan selalu mengalami pembaharuan. Bagaimana para molekul tersebut

menjadi dinamis? Sampai saat ini sebenarnya belum ada jawaban pasti, para ahli

biologi hanya menerangkan dari berbagai fakta yang terlihat saja. Contohnya

adalah bahwa aspek entropi dan hukum termodinamika ternyata berlaku pada

sistem biologi, tetapi apa yang menyebabkan hukum tersebut berlaku belum jelas

benar. Tetapi yang pasti adanya sesuatu kekuatan yang maha besar yang

mengatur semua ini yaitu TUHAN.

Salah satu fakta yang terlihat pada kehidupan ialah adanya proses

komunikasi. Pada manusia, jelas bahwa komunikasi dengan menggunakan

bahasa. Pada hewan tingkat tinggi juga demikian. Tetapi perlu diperhatikan bahwa

komunikasi seksual pada hewan tersebut sudah menggunakan molekul kimia yang

23

23

dikenal sebagai feromon. Feromon ini sebenarnya suatu senyawa organik yang

bersifat volatil pada suhu kamar, sehingga mudah dibawa oleh angin.

Bagaimanakah komunikasi yang dilakukan oleh mahluk hidup yang lebih rendah

lagi? Jelas molekul kimia sangat berperan di sini, sebagai contoh: auksin (suatu

indolasetat) adalah senyawa kimia yang berperan sebagai alat komunikasi pada

tanaman. Homosistein adalah alat komunikasi di dalam dunia mikroba. Senyawa

ini bisa menandai keadaan lingkungan mikroba tersebut.

Bagaimana komunikasi yang dilakukan oleh sel-sel yang menyusun tubuh

kita? Mengapa sel-sel tersebut tahu dimana semestinya mereka berada? Sebagai

contoh: organ hati terdiri atas sel hati, tidak ada sel tulang. Mengapa sel otak tidak

ada di dengkul? Dan sebagainya. Nanti akan jelas di ilmu biokimia dasar 2 bahwa

komunikasi di tingkat seluler diperani oleh dua kelompok senyawa yaitu kelompok

senyawa kimia yang berfungsi merangsang saraf (neurotransmitter) dan

kelompok senyawa yang berfungsi merangsang tidak melalui saraf (hormon).

3.3 Fakta tentang keteraturan molekul kimia dalam kehidupan

Jadi, sebenarnya ilmu biokimia bertujuan mencari makna kehidupan, karena

molekul kimia yang menyusun mahluk hidup itu tunduk pada hukum kimia dan

fisika, bahkan pada hukum jagad semesta. Kembali lagi ke atas, kita belum bisa

membongkar kehidupan secara hakiki. Kita mempelajari kehidupan hanya dari

fakta-fakta saja. Beberapa fakta yang jelas terlihat pada mahluk hidup ialah:

1. Kompleks dan terorganisasi dengan baik. Keadaan ini membedakan

mahluk hidup dengan benda mati yang umumnya berlawanan. Satu hal yang

istimewa adalah bahwa pada mahluk hidup yang beragam, sistem organisasi

molekul ini mengikuti suatu pola tertentu (akan dibahas selanjutnya) dan ini

berlaku bagi semua mahluk hidup.

2. Tiap komponen penyusun mahluk hidup memiliki fungsi dan tujuan

tertentu. Komponen apapun pada mahluk hidup mempunyai tujuan tertentu,

yang tidak hanya terlihat pada organ tubuh tertentu seperti jantung yang

berfungsi memompa darah. Sebagai contoh: protein memiliki fungsi tertentu

pada semua mahluk hidup, baik dari tingkat kehidupan terendah seperti

bakteri hingga manusia, juga dari tingkat sel hingga ke tingkat jaringan seperti

jantung. Saat ini, protein dan hasil rekayasanya menghasilkan mesin

biomolekul. Mesin ini, selain meningkatkan efisiensi energi, juga mampu

melakukan perbaikan pada bagian tubuh yang rusak.

24

24

3. Mampu mengambil, mengubah, dan menggunakan energi. Kemampuan

ini memperjelas lagi mengenai fenomena kehidupan dan proses ini

berlangsung sangat efisien, hingga mendekati 100%. Contoh sederhana ialah

energi sinar matahari yang dapat diambil oleh tanaman dan mikroba untuk

melakukan proses fotosintesis menghasilkan glukosa dan pati. Oleh sebab itu,

dalam jenjang kehidupan, tanaman dan mikroba termasuk kelompok produsen

atau mahluk hidup tingkat pertama. Klasifikasi ini dilakukan berdasarkan

kemampuan tanaman mengekstrak energi langsung dari atmosfir (alam)

dengan bantuan sinar matahari. Mahluk hidup dalam jenjang di atasnya

(manusia dan hewan) hanya bisa mengambil energi dalam bentuk bahan yang

telah tersedia (tanaman atau daging).

4. Kemampuan reproduksi dan replikasi secara tepat, yang juga

merupakan kenyataan lain dari mahluk hidup. Kemampuan untuk

mempertahankan jenisnya dari generasi ke generasi dengan tingkat kesalahan

yang sesedikit mungkin.

Biokimia berusaha membahas butir 1 sampai 4, terutama dalam hal

membandingkan doktrin lama mengenai kehidupan (teori vitalisme) dengan

pengamatan dan fakta- fakta mengenai hirarki molekul penyusun kehidupan yang

memunculkan doktrin baru yaitu logika molekul. Bagaimanakah logika molekul

ini?

1. Senyawa organik merupakan komponen mahluk hidup tingkat unisel

hingga multisel. Senyawa organik yang didominasi oleh unsur karbon,

hidrogen, oksigen, dan nitrogen sangat bervariasi struktur molekulnya,

meskipun fungsi umumnya banyak yang mirip. Sekitar 3000 jenis protein pada

sel bakteri dan lebih dari 50.000 jenis pada hewan tingkat tinggi melakukan

beragam fungsi pokok. Meskipun demikian, pada hewan tertentu seperti spon

laut, diatomae, dan algae, kerangka tubuhnya tersusun oleh silika (SiO2.nH2O).

Silikon merupakan unsur tanah yang memiliki sifat mirip dengan karbon, tetapi

senyawa yang dibentuknya bersifat lebih rigid (kaku) jika dibandingkan dengan

senyawa yang dibentuk oleh karbon. Bioteknologi silikon saat ini banyak

digandrungi para biokimiawan, karena menjanjikan untuk menghasilkan

beberapa material baru seperti biomaterial dan semikonduktor yang

berpeluang diaplikasikan pada sistem biologi. Silikatein ialah salah satu

biomaterial yang dihasilkan oleh spons Tethya aurantia yang berfungsi untuk

silifikasi dalam pembentukan kerangka spon tersebut. Besi terdapat dalam

25

25

mahluk hidup dalam bentuk magnetit (Fe3O4) yang digunakan oleh bakteri

Aquaspirillum magnetotacticum untuk mengorientasikan dirinya terhdap

medan magnet bumi. Partikel magnetit ini terdapat dalam suatu badan atau

struktur subsel yang dikenal sebagai magnetosom. Lepidocrocite (FeOOH)

merupakan komponen dari sejenis mahluk laut dengan cangkang berbentuk

kerucut dan menempel erat di batu-batu karang. Ferrihydrite (5Fe2O3.9H2O)

merupakan komponen gigi sejenis binatang pengerat yang sering membuat

bendungan melintasi sungai.

2. Kajian kimia organik menunjukkan bahwa komponen mahluk hidup

tersebut tersusun oleh unit sederhana. Monomer seperti asam amino,

monosakarida, dan nukleotida memiliki struktur relatif sederhana, tetapi

fungsinya sangat beragam. Contohnya: asam amino dapat berfungsi sebagai

unit penyusun molekul protein, zat pemula untuk menghasilkan hormon,

alkaloid, pigmen, dan lain-lain. Nukleotida, selain berfungsi sebagai penyusun

molekul asam nukleat, juga berfungsi sebagai penyimpan energi dalam bentuk

Adenosin Tri Fosfat (ATP), dan sebagai koenzim. Jika monomer-monomer ini

berpolimerisasi, maka polimer yang dihasilkannya bisa memiliki fungsi yang

berbeda.

3. Variasi struktur biomolekul menyebabkan bervariasinya bentuk

kehidupan yang ada. Inilah yang menjadi kunci dalam logika molekul dan

pertanyaannya belum banyak terjawab. Sebagai contoh adalah mengapa ada

hewan sebesar T-Rex?, mengapa juga ada hewan sekecil mencit? Mengapa ada

ras antar manusia? Bagaimana hewan bisa hidup di dua alam (amfibia)?

Bagaimana semua itu bisa terjadi? Sampai saat ini, hanya Yang Maha Kuasa

saja yang tahu jawabannya, kita hanya berusaha mencari jawaban tersebut

dengan berbagai cara yang ilmiah dan logis.

Dari beberapa fakta di atas, lahirlah beberapa aksioma mengenai

kehidupan yang dipandang dari ilmu kimia atau molekul, yaitu:

1. Ada kesamaan mendasar dalam struktur biomolekul. Adanya monomer

dasar dan polimernya pada semua mahluk hidup menunjukkan fenomena

tersebut. Telah dijelaskan bahwa komponen protein, asam nukleat, dan lain-

lain selalu ada pada tiap mahluk hidup tingkat terendah hingga tertinggi dan

fungsi molekul-molekul tersebut adalah khas.

26

26

2. Kesamaan unit penyusun biomolekul mempertanyakan kemungkinan

asal usul yang sama. Dari kajian ini lahirlah ilmu biokimia evolusi atau ilmu

evolusi molekul yang berlanjut pada taksonomi atau sistematika molekul.

Dalam evolusi molekul dibahas tentang bagaimana molekul-molekul kompleks

dapat terbentuk dari molekul yang sangat sederhana seperti HCN, H2O, CO2,

NH3, dan molekul anorganik lainnya di jaman prasejarah. Siapakah yang

merakit molekul kompleks tersebut? Adakah peranan molekul-molekul dari luar

angkasa dalam perakitan molekul kompleks tersebut? Tiap tingkat perubahan

molekuler dari yang sederhana menjadi kompleks diduga kuat dialami oleh

berbagai hewan di jaman prasejarah. Mikroba dipercaya merupakan mahluk

hidup tertua di muka bumi. Mahluk ini telah ada jauh sebelum jaman

dinosaurus, yaitu kira-kira 4,5 x 109 tahun yang lalu (bandingkan, dinosaurus

berada di jaman 107 tahun yang lalu). Bagaimana mahluk kecil ini dapat

bertahan hidup begitu lama dan mengalami perubahan demi perubahan global

di muka bumi? Konsep ini tidak dibahas lebih lanjut lagi dalam tulisan ini.

3. Peranan penting protein dan asam nukleat ialah mempertahankan

identitas mahluk hidup dan mempertahankan proses kehidupan.

Masing-masing spesies hewan memiliki asam nukleat dan protein dengan

monomer yang bervariasi, baik jumlah maupun jenisnya. Ciri ini sangat khas

bagi mahluk hidup yang bersangkutan. Sebagai contoh, bakteri yang hidup di

kawah gunung dan mata air panas memiliki asam nukleat dengan kandungan

monomer guanin atau adenin yang lebih tinggi.

4. Fungsi spesifik biomolekul dalam sel, yang telah banyak dibahas di atas,

yaitu tiap biomolekul memiliki fungsinya masing-masing.

5. Energi bebas dari lingkungan dan alam semesta digunakan untuk

mempertahankan struktur mahluk hidup. Ini didasari hukum

termodinamika dan hukum kekekalan energi, yaitu bahwa mahluk hidup

menyerap energi dari alam, lalu menggunakannya untuk mempertahankan

strukturnya, dan akhirnya mengembalikannya ke alam juga. Mekanisme kerja

ini berdasarkan azas ekonomi maksimum. Konsep inilah yang ingin dicari

jawabannya oleh ilmu biokimia. Ekonofisika merupakan salah satu ilmu baru

yang berkaitan dengan konsep azas ekonomi maksimum ini.

6. Energi yang dihasilkan umumnya disimpan dalam bentuk senyawa

kimia. Glikogen, pati, dan lipida merupakan bentuk energi cadangan yang

27

27

disimpan oleh sel. Energi ini dapat digunakan setiap saat, hanya saja

penggunaannya tidak dapat seketika (dalam keadaan darurat). Oleh sebab itu

energi kimia disimpan dalam bentuk paket-paket berupa monomer nukleotida

seperti ATP.

7. Mampu mengatur dirinya sendiri. Keistimewaan lain dari mahluk hidup

ialah mampu mengatur kebutuhan dirinya dengan sangat efisien, yang dapat

dilihat dengan stabilnya komponen tertentu di dalam darah seperti glukosa

dengan kadar rata-rata 110 mg/ml. Sistem umpan balik positif dan negatif

merupakan mekanisme utama dalam pengaturan di dalam mahluk hidup.

Sistem ini akan dibicarakan dalam mata kuliah Biokimia Dasar 2. Oleh sebab

itu, sering muncul peribahasa/kata mutiara: Aturlah dirimu sendiri sebelum

kamu mengatur orang lain atau nilailah dirimu sendiri sebelum kamu menilai

orang lain, yang maknanya kira-kira sama.

8. Reproduksi dan replikasi yang tepat dengan tujuan mempertahankan

kelangsungan spesies. Sistem autokoreksi yang dimiliki asam deoksiribo

nukleat menyebabkan proses reproduksi dapat dilakukan dengan tingkat

kesalahan mendekati 0%. Transfer informasi genetik di dalam sel berlangsung

secara linier (yaitu dari urutan basa yang tersusun secara linier), tetapi

hasilnya berupa molekul protein yang dapat memiliki struktur 3 dimensi. Janin

di bawah 3 bulan sangat rentan terhadap pengaruh seperti stres, rokok, obat-

obatan, minuman keras. Cacat bawaan sering disebabkan oleh hal ini.

Itulah konsep kehidupan secara kimia yang sempat dibahas dalam tulisan

ini. Kajian yang lebih mendalam dapat melahirkan ilmu filsafat kehidupan secara

biokimia. Masih banyak pertanyaan yang perlu direnungkan jawabannya, seperti:

1. Benarkah asumsi kehidupan di tingkat sel secara otomatis mencerminkan

kehidupan di tingkat yang lebih tinggi?

2. Apakah sebenarnya kehidupan itu?

3. Apa hakekat kehidupan dan kematian? Sebatas mana biokimia mampu

menelusurinya?

4. Adakah kehidupan di alam semesta? Jika ada, apakah hukum-hukum biokimia

berlaku di situ?

Bagaimana? Sudahkah kita mensyukuri dan menghayati apa yang kita

miliki dan alami hingga sekarang ini? Bab IV akan membahas kaitan disiplin ilmu

28

28

kedokteran hewan dengan ilmu biokimia, yang ditujukan agar mahasiswa yang

baru mempelajari biokimia sudah mempunyai sedikit gambaran mengenai ilmu

kedokteran hewan (veteriner) yang akan dipelajarinya.

DAFTAR PUSTAKA

Albert, L. J. dan R. D. Inman. 1999. Molecular Mimicry and Autoimmunity. New Engl. J. Med. : 27 : 341 : 2068-2074.

Armstrong, F. B. 1995. Buku ajar biokimia. Edisi ketiga. Terjemahan : dr. R. F. Maulany, MSc. Penerbit E. G. C. Jakarta.

Baldwin, E. 1963. Dynamic Aspects of Biochemistry. 4th. Ed. Cambridge at University Press, Cambridge.

Coles, E. H. 1980. Veterinary Clinical Pathology. 3rd. Ed. W. B. Saunders Co. Toronto, USA.

Harper, H. A., P. A. Mayes, dan V. W. Rodwell. 1980. Biokimia. Edisi 17. Terjemahan : dr. Martin Muliawan. Penerbit E. G. C. Jakarta.

Lehninger, A. L. 1990. Prinsip-prinsip Biokimia jilid 1. Terjemahan : Maggy Thenawijaya. Penerbit Erlangga, Jakarta.

Orten, J. M. and D. W. Neuhaus. 1975. Human Biochemistry. 9th. Ed. The C. V. Mosby Co. St. Louis, U. S. A.

Stryer, L. 1988. Biochemistry 3rd. Ed. W. H. Freemann, San Francisco U. S. A. : 1089 pp.

Voet, D. and J. G. Voet. 1995. Biochemistry. 2nd. Ed. John Willey and Sons, New York. U. S. A. : 1361 pp.

White, A., P. Handler, E. L. Smith, dan D. W. Stetten. 1959. Principles of Biochemistry. 2nd. Ed. Mac Graw Hill Book Co. Inc. New York, U. S. A.

Wirahadikusumah, M. 1977. Biokimia : Proteina, Enzima, dan Asam Nukleat. Penerbit Institut Teknologi Bandung, Bandung.

Hartono, R. 1976. Pengantar kuliah histology jilid 1 : Sitologi-Jaringan Dasar. Fakultas Kedokteran Hewan, Institut Pertanian Bogor.

29

29

30

30