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
Top Related