Halo..halo..halo...kita berjumpa kembali bersama saia Chef Victor dalam Silly and Funny Writings. Dalam artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah' kali ini saia ingin mencoba mengulas sedikit informasi dari artikel biologynews.net yang bertemakan kehidupan berbasis arsenik. Selamat menikmati dan mohon komentarnya juga yak ^^/
Oke dalam tulisan ini mari kita sejenak menengok kembali penyusun kita. Apakah itu sel? emm ya penyusun setiap mahluk hidup multiselular adalah sel dan apabila kita menengok pada aras yang lebih kecil lagi kita akan menemukan bahwa sel itu tersusun dari empat jenis molekul kimia. Ya, itu adalah karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat. Karbohidrat dan lipid berperan sebagai sumber energi dan juga memberikan peranan struktural seperti membran sel, dinding sel, matriks ekstraselular, dan lainnya. Protein, seperti contohnya enzim, berperan dalam mempercepat reaksi kimia kehidupan dan terakhir asam nukleat berperan dalam menyimpan informasi genetik agar dapat diteruskan pada keturunan berikutnya.
Sekarang mari kita berpikir, kira-kira dari keempat molekul tersebut manakah yang mengandung senyawa fosfat (PO4)? Nah seperti yang kita semua sudah ketahui, keempatnya mengandung senyawa fosfat. Glukosa-6-fosfat pada intermediet glikolisis, fosfolipid pada membran sel, casein yang berupa fosfoprotein, serta yang paling utama adalah ikatan fosfodiester pada asam nukleat. Disamping itu juga masih banyak molekul-molekul lain seperti nukleotida trifosfat dan fosfatidil kolin yang mengandung gugus fosfat. Nah kita dapat melihat seberapa penting gugus fosfat yang memiliki unsur fosfor (P) ini dalam kehidupan, seperti layaknya tidak akan ada kehidupan tanpa senyawa fosfat.
Namun bagaimana kita menanggapi sebuah fakta bahwa terdapat suatu bentuk kehidupan yang tidak menggunakan fosfat sebagai molekul pembangun sel nya? Ya fakta itu berasal dari Mono Lake di AS ketika sekelompok peneliti berhasil mengisolasi bakteri yang hidup menggunakan Arsenik (As) sebagai pengganti fosfat. Fenomena ini berasal dari pengamatan mengenai kemungkinan adanya kehidupan pada danau yang memiliki konsentrasi arsenik yang tinggi. Seperti yang kita tahu bahwa arsenik merupakan racun bagi sebagian mahluk hidup. Beberapa jenis bakteri mungkin dapat bertahan pada kondisi adanya arsenik, namun itu hanyalah sebuah fenomena toleransi semata seperti kita manusia yang cukup 'tahan' terhadap asap rokok yang beracun. Namun golongan bakteri ini, yang tergolong dalam sub-classis gamma-Proteobacteria sanggup untuk hidup dan bahkan tumbuh dengan baik pada medium kultur yang menggunakan arsenik sebagai pengganti senyawa fosfat.
Berdasarkan fenomena ini tentunya kita akan berpikir ulang mengenai peran gugus fosfat yang begitu penting dalam kehidupan. Apakah dengan demikian berarti kelompok bakteri tersebut sanggup untuk menganti semua gugus fosfatnya dengan arsen? Tentu kita akan membayangkan sebuah DNA pada bakteri yang menggunakan ikatan arsenodiester daripada fosfodiester untuk menghubungakan antar nukleotida penyusunnya atau mungkin mengamati arsenolipid pada membran selnya.Hal yang paling penting setelah memikirkan dua hal sebelumnya adalah mengenai senyawa pemberi energi untuk setiap tahapan jalur metabolisme yang berjalan, yaitu adenosin trifosfat (ATP). Apakah kemudian kelompok akteri ini menggunakan senyawa seperti katakanlah adenosin triarsenat untuk menjalankan berbagai reaksi endergonik (yang membutuhkan energi tambahan) dalam metabolismenya? Yah semua pertanyaan tersebut menerangkan kepada kita betapa pentingnya gugus fosfat dalam kehidupan. Apabila fenomena ini didukung oleh fakta penelitian lanjutan, sepertinya dogma dasar biologi yang mengatakan bahwa senyawa karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, dan fosfat merupakan atom dasar penyusun kehidupan perlu diubah.
Nah sekarang mari kita berpikir lebih mendasar lagi, yaitu coba kita bandingkan antara atom fosfor (P) dengan atom arsenik (As). Yup, sedikit menengok kembali pada tabel periodik unsur. Atom P memiliki nomor atom 15 dan nomor massa 30,97. Dengan demikian atom P memiliki konfigurasi elektron [Ne]3s2 3p3. Nah apabila dibandingkan, atom As memiliki konfigurasi elektron [Ar] 3d10 4s2 4p3. Keduanya sama dalam hal elektron valensi, yaitu dengan konfigurasi ns2 dan np3. Perbedaannya terletak pada orbital 3d yang terisi penuh oleh 10 elektron pada As namun tidak terdapat elektron pada atom P. Dengan orbital 3d yang kosong ini, atom P memeiliki kecenderungan untuk menggunakannya untuk mendelokalisasi sebagian elektron valensi yang terdapat pada 3s2 dan 3p3. Hal ini yang membuat atom P sanggup menjalin 5 ikatan kovalen seperti pada ion fosfat. Namun demikian, sepertinya atom As tidak dapat melakukan hal tersebut karena orbital 3 telah terisi penuh dan menimbulkan pertanyaan lanjutan yang lebih mendalam lagi, bagaimana perbedaan konfigurasi atom serta kepadatan elektron yang begitu nyata seakan ditiadakan oleh kelompok bakteri pengguna arsenik yang baru-baru ini ditemukan?
Well, ini merupakan sepenggal cerita yang saia harapkan dapat menggelitik pikiran kita mengenai kehidupan di sekitar kita yang begitu beragam. Mungkin saja pertanyaan-pertanyaan tersebut belum dapat terjawab sekarang ini, namun demikian kita setidaknya menjadi tahu bahwa ada bentuk kehidupan yang sangat unik. Saia yakin masih terdapat banyak keunikan kehidupan lainnya menunggu untuk ditemukan.
Regards,
Victor Apriel
Senin, 10 Januari 2011
Senin, 13 September 2010
Enzim: Mekanik Reaksi Kehidupan (Part II)
So...apakah yang dimaksud dengan Enzim Part II? Simpel sekali, Enzim Part II merupakan cerita lanjutan setelah Enzim Part I. Yap kembali dalam 'Bukan Tulisan Ilmiah' bersama saia Chef Victor dengan silly dan funny writing, yang kali ini akan membawakan cerita yang berkaitan dengan kecepatan enzim. Nah mengapa sepertinya enzim itu sangat terkait dengan kecepatan? Em, kita akan simak kelanjutannya dibawah ini. Namun satu hal yang kira-kira menurut saia dapat dijadikan sebuah analogi, apabila Homo sapiens diberikan uang banyak dan kondisi yang tepat/sesuai maka pasti uang (substrat) nya akan habis dengan cepat...beberapa bahkan sangat cepat, hehehe. Okay that's enough for the joke, now enjoy the reading ^^/
Pengantar
Menjawab pertanyaan di awal cerita tadi, mengapa sepertinya enzim itu sangat terkait dengan kecepatan? Ya karena enzim itu merupakan suatu pemercepat (katalisator) reaksi kimia yang sangat cepat dan efisien. Namun bagaimanakah tepatnya si enzim ini dapat bertindak cepat dan seberapa cepatkah dia? Well, itulah yang kita akan pelajari dalam kinetika enzim. Dalam perannya selain harus mempercepat reaksi kimia, enzim juga harus dapat dikendalikan kecepatannya agar tidak lepas kendali. Ya itulah tugas utama regulasi enzim dengan segala mekanismenya yang ternyata....banyak. Oke, untuk lebih jelasnya lagi, mari kita simak satu per satu.
Kinetika Enzim - Seberapa Cepat Enzim Bekerja
Ketika kata 'kinetika' disinggung dalam suatu wacana, sebagian besar dari kita pasti akan memikirkan sesuatu yang penuh dengan rumus matematika dengan tujuan untuk mengukur apapun yang terkait dengan kecepatan. Yak, memang itulah tujuannya kata 'kinetika' diciptakan oleh Homo sapiens. Oke kita mulai lagi dengan sebuah definisi. Jadi, kinetika enzim adalah hal yang berkaitan dengan seberapa cepat enzim bekerja. Lalu apa manfaatnya dengan kita mengukur atau menghitung kecepatan suatu molekul kimia yang bahkan kelihatan pun tidak. Yah dalam perspektif ini perlu diketahui bahwa enzim itu ada banyak jenis dengan kecepatan yang berbeda satu dengan lainnya. Untuk mencapai suatu koordinasi yang selaras dalam harmonisme reaksi kehidupan, suatu enzim harus memiliki kecepatan pada ambang tertentu. Cukup banyak juga kelainan atau penyakit metabolisme yang muncul akibat satu atau beberapa jenis enzim yang menyalahi peraturan mengenai kecepatan reaksi ini.
Dalam mempelajari kinetika enzim, kita akan mempelajari pola kurva kinetika dasar dari enzim, yaitu kurva hiperbolik (bagi yang belum tahu, mohon browse sendiri gambarnya di gugel yak). Kurva tersebut menggambarkan hubungan antara konsentrasi substrat (banyaknya substrat per satuan volume, [S]) dengan kecepatan enzim (v). Arti kecepatan yang dimaksud adalah kecepatan enzim dalam memroses (mengkatalisis) substrat menjadi produk. Berdasarkan data, didapatkan bahwa semakin tinggi konsentrasi substrat akan semakin meningkatkan kecepatan enzim tersebut. Namun ternyata peningkatan kecepatan enzim memiliki suatu batasan, yang berarti bahwa sudah mencapai kecepatan maksimumnya (vmax). Nah kurva hiperbolik diperoleh dengan mengukur kecepatan katalisis enzim menggunakan substrat dengan berbagai konsentrasi tertentu (karena kecepatan diperoleh dari banyaknya substrat yang dikatalisis per satuan waktu). Dari kurva hiperbolik ini akan terlihat suatu pola garis lurus yang meningkat tajam (peningkatan kecepatan) yang ketika mendekati suatu titik tertentu akan membelok (penurunan kecepatan) dan akhirnya menjadi garis horizontal (kecepatan tetap/stasioner). Nah apa arti dari setiap fase tersebut? Fase pertama yang berupa peningkatan kecepatan merupakan fenomena ketika enzim berikatan dengan substrat untuk dikatalisis menjadi produk. Pada fase pertama ini tidak semua molekul enzim berikatan dengan substrat, alias masih terdapat sebagian enzim yang kosong. Penambahan substrat akan mengisi enzim yang kosong ini sehingga memperbanyak penghasilan produk alias meningkatkan kecepatan katalisis. Kemudian apabila substrat terus menerus ditambahkan, akan tercapai suatu keadaan dimana semua enzim telah terisi/jenuh dengan substrat tersebut. Keadaan ini akan membuat kecepatan katalisis tidak bertambah lagi, alias memasuki fase stasioner.
Nah selama di fase pertama alias fase peningkatan kecepatan itu, terdapat hal yang cukup perlu diperhatikan dalam dunia kinetika enzim. Hal tersebut adalah sebuah nilai tetap (konstanta) dari nilai konsentrasi substrat [S] yang memicu kecepatan enzim hingga menjadi setengah dari kecepatan maksimumnya (1/2 vmax). Konstanta itu kita sebut sebagai Konstanta Michaelis-Menten (Km) atas jasa besar Oom Michaelis dan Oom Menten yang merumuskannya. Nilai Km ini dapat saia katakan sebagai cerminan dari kegemaran enzim dalam mencari substrat. Ya itu berarti bahwa setiap enzim memiliki nilai Km yang berbeda-beda. Nilai Km yang kecil menggambarkan bahwa kecepatan enzim akan meningkat tajam hanya dengan konsentrasi substrat yang kecil, singkatnya enzim itu sangat tertarik dengan substrat. Kebalikannya, beberapa enzim dengan nilai Km yang tinggi baru akan bekerja dengan cepat apabila diberikan konsentrasi substrat yang tinggi.
Regulasi Enzim - Bagaimana Kerja Enzim Diatur
Kinetika reaksi yang cepat, itulah kelebihan dari enzim. Namun kecepatan ini juga harus dikoordinasikan sedemikian rupa agar enzim yang bersangkutan tidak berada di jalan yang sesat. Yup, itulah tujuan regulasi/pengaturan kerja enzim. Terdapat lima jenis pengaturan enzim yang akan saia deskripsikan disini.
1. Induksi-Represi
Mekanisme ini merupakan regulasi yang ditujukan pada pangkalnya, yaitu pada tingkat DNA. Seperti yang sudah ditinjau sebelumnya bahwa enzim merupakan protein yang disintesis berdasarkan kode genetik yang terdapat pada DNA. Nah regulasi pada DNA ini pada akhirnya akan meregulasi sintesis enzim yang bersangkutan. Apabila sintesis enzim di-represi, maka artinya sedikit kerja bukan? Sebaliknya apabila diinduksi, maka sintesis enzim akan dipercepat sehingga enzim akan banyak tersedia.
2. Regulasi Alosterik
Regulasi ini dilakukan oleh suatu senyawa kimia lain yang bukan merupakan substrat bagi si enzim. Senyawa kimia ini, yang diistilahkan sebagai 'aktivator/inhibitor alosterik' dapat merubah bentukan 3-dimensi enzim sedemikian rupa sehingga enzim tersebut pada akhirnya akan bekerja lebih cepat atau lebih lambat. Perumusan kerja untuk model enzim alosterik dibuat oleh Oom Monod, Oom Wyman, dan Oom Changeux. Model untuk kerja enzim yang seperti itu selanjutnya dikenal sebagai 'cooperativity' atau juga model MWC. Sebenarnya ada yang perlu dijelaskan lagi mengenai ini, yakni mengenai dinamika kesetimbangan berkesinambungan (Sequential Eqilibrium Dynamics) enzim alosterik, hubungannya dengan kurva K dan kurva V, dll. Namun saia rasa akan menjadi terlalu rumit untuk dibicarakan disini dan lagipula....ini kan 'Bukan Tulisan Ilmiah'..hehehe...alasan yang bagus untuk mengelak yak. Lanjut!!!
3. Fosforilasi Enzim
Yah inilah awal cerita dari suatu analogi 'jeruk makan jeruk'. Betul disini kita akan melihat enzim mengkatalisis enzim, tepatnya dalam reaksi fosforilasi alias mengikatkan gugus fosfat pada suatu enzim. Lalu apa pentingnya mengikatkan gugus fosfat tersebut? Sebagian besar enzim di dalam tubuh kita kerjanya sangat terpengaruh dengan apa yang disebut sebagai kesetimbangan substrat-produk. Enzim memang dapat mempercepat reaksi perubahan substrat menjadi produk, namun tidak kuasa untuk mengubah proporsi alamiah dari keberadaan substrat-produk. Ya inilah kesetimbangan, suatu nilai tetap proporsi campuran substrat dengan produk. Seringkali ketika suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim sudah akan mencapai nilai kesetimbangan reaksinya, maka produk tersebut akan menghambat kerja enzim persis seperti regulasi alosterik. Regulasi seperti ini memang perlu ada, namun pada kondisi-kondisi tertentu hal ini perlu dihindari sehingga terciptalah mekanisme seperti ini. Terdapat satu enzim khusus yang tugasnya memfosforilasi enzim regulator tersebut. Nah ketika enzim regulator tersebut terfosforilasi, maka enzim tersebut tidak akan dapat dihambat secara alosterik lagi. Tentu saja keadaan enzim yang terfosforilasi ini ada jangka waktunya dan juga terdapat enzim yang bertugas untuk mencopot gugus fosfat dari enzim regulator apabila sudah tidak diperlukan lagi.
Well, diluar ketiga mekanisme ini sebenarnya masih terdapat mekanisme-mekanisme lain yang berperan dalam mengatur kerja enzim sehingga menciptakan rangkaian jejaring reaksi kimia yang seimbang-dinamis di dalam tubuh mahluk hidup. Namun sepertinya itu diluar kemampuan saia untuk mengerti serta menuliskannya hehehe...
Yap sepertinya sampai disini dulu akhir dari Enzim Part II karena apabila diteruskan lagi akan menjadi terlalu panjang. Riset menunjukan bahwa tulisan yang terlalu panjang akan terkesan membosankan, membius, dan memancing penilaian yang sepenuhnya subjektif. Well untuk alasan-alasan itulah saia akan meneruskan sisanya di part berikutnya walau saia pun belum dapat memastikan sampai part berapakan tulisan mengenai Enzim ini akan berakhir..hehehe...Sampai jumpa di part berikutnya ^^/
Pengantar
Menjawab pertanyaan di awal cerita tadi, mengapa sepertinya enzim itu sangat terkait dengan kecepatan? Ya karena enzim itu merupakan suatu pemercepat (katalisator) reaksi kimia yang sangat cepat dan efisien. Namun bagaimanakah tepatnya si enzim ini dapat bertindak cepat dan seberapa cepatkah dia? Well, itulah yang kita akan pelajari dalam kinetika enzim. Dalam perannya selain harus mempercepat reaksi kimia, enzim juga harus dapat dikendalikan kecepatannya agar tidak lepas kendali. Ya itulah tugas utama regulasi enzim dengan segala mekanismenya yang ternyata....banyak. Oke, untuk lebih jelasnya lagi, mari kita simak satu per satu.
Kinetika Enzim - Seberapa Cepat Enzim Bekerja
Ketika kata 'kinetika' disinggung dalam suatu wacana, sebagian besar dari kita pasti akan memikirkan sesuatu yang penuh dengan rumus matematika dengan tujuan untuk mengukur apapun yang terkait dengan kecepatan. Yak, memang itulah tujuannya kata 'kinetika' diciptakan oleh Homo sapiens. Oke kita mulai lagi dengan sebuah definisi. Jadi, kinetika enzim adalah hal yang berkaitan dengan seberapa cepat enzim bekerja. Lalu apa manfaatnya dengan kita mengukur atau menghitung kecepatan suatu molekul kimia yang bahkan kelihatan pun tidak. Yah dalam perspektif ini perlu diketahui bahwa enzim itu ada banyak jenis dengan kecepatan yang berbeda satu dengan lainnya. Untuk mencapai suatu koordinasi yang selaras dalam harmonisme reaksi kehidupan, suatu enzim harus memiliki kecepatan pada ambang tertentu. Cukup banyak juga kelainan atau penyakit metabolisme yang muncul akibat satu atau beberapa jenis enzim yang menyalahi peraturan mengenai kecepatan reaksi ini.
Dalam mempelajari kinetika enzim, kita akan mempelajari pola kurva kinetika dasar dari enzim, yaitu kurva hiperbolik (bagi yang belum tahu, mohon browse sendiri gambarnya di gugel yak). Kurva tersebut menggambarkan hubungan antara konsentrasi substrat (banyaknya substrat per satuan volume, [S]) dengan kecepatan enzim (v). Arti kecepatan yang dimaksud adalah kecepatan enzim dalam memroses (mengkatalisis) substrat menjadi produk. Berdasarkan data, didapatkan bahwa semakin tinggi konsentrasi substrat akan semakin meningkatkan kecepatan enzim tersebut. Namun ternyata peningkatan kecepatan enzim memiliki suatu batasan, yang berarti bahwa sudah mencapai kecepatan maksimumnya (vmax). Nah kurva hiperbolik diperoleh dengan mengukur kecepatan katalisis enzim menggunakan substrat dengan berbagai konsentrasi tertentu (karena kecepatan diperoleh dari banyaknya substrat yang dikatalisis per satuan waktu). Dari kurva hiperbolik ini akan terlihat suatu pola garis lurus yang meningkat tajam (peningkatan kecepatan) yang ketika mendekati suatu titik tertentu akan membelok (penurunan kecepatan) dan akhirnya menjadi garis horizontal (kecepatan tetap/stasioner). Nah apa arti dari setiap fase tersebut? Fase pertama yang berupa peningkatan kecepatan merupakan fenomena ketika enzim berikatan dengan substrat untuk dikatalisis menjadi produk. Pada fase pertama ini tidak semua molekul enzim berikatan dengan substrat, alias masih terdapat sebagian enzim yang kosong. Penambahan substrat akan mengisi enzim yang kosong ini sehingga memperbanyak penghasilan produk alias meningkatkan kecepatan katalisis. Kemudian apabila substrat terus menerus ditambahkan, akan tercapai suatu keadaan dimana semua enzim telah terisi/jenuh dengan substrat tersebut. Keadaan ini akan membuat kecepatan katalisis tidak bertambah lagi, alias memasuki fase stasioner.
Nah selama di fase pertama alias fase peningkatan kecepatan itu, terdapat hal yang cukup perlu diperhatikan dalam dunia kinetika enzim. Hal tersebut adalah sebuah nilai tetap (konstanta) dari nilai konsentrasi substrat [S] yang memicu kecepatan enzim hingga menjadi setengah dari kecepatan maksimumnya (1/2 vmax). Konstanta itu kita sebut sebagai Konstanta Michaelis-Menten (Km) atas jasa besar Oom Michaelis dan Oom Menten yang merumuskannya. Nilai Km ini dapat saia katakan sebagai cerminan dari kegemaran enzim dalam mencari substrat. Ya itu berarti bahwa setiap enzim memiliki nilai Km yang berbeda-beda. Nilai Km yang kecil menggambarkan bahwa kecepatan enzim akan meningkat tajam hanya dengan konsentrasi substrat yang kecil, singkatnya enzim itu sangat tertarik dengan substrat. Kebalikannya, beberapa enzim dengan nilai Km yang tinggi baru akan bekerja dengan cepat apabila diberikan konsentrasi substrat yang tinggi.
Regulasi Enzim - Bagaimana Kerja Enzim Diatur
Kinetika reaksi yang cepat, itulah kelebihan dari enzim. Namun kecepatan ini juga harus dikoordinasikan sedemikian rupa agar enzim yang bersangkutan tidak berada di jalan yang sesat. Yup, itulah tujuan regulasi/pengaturan kerja enzim. Terdapat lima jenis pengaturan enzim yang akan saia deskripsikan disini.
1. Induksi-Represi
Mekanisme ini merupakan regulasi yang ditujukan pada pangkalnya, yaitu pada tingkat DNA. Seperti yang sudah ditinjau sebelumnya bahwa enzim merupakan protein yang disintesis berdasarkan kode genetik yang terdapat pada DNA. Nah regulasi pada DNA ini pada akhirnya akan meregulasi sintesis enzim yang bersangkutan. Apabila sintesis enzim di-represi, maka artinya sedikit kerja bukan? Sebaliknya apabila diinduksi, maka sintesis enzim akan dipercepat sehingga enzim akan banyak tersedia.
2. Regulasi Alosterik
Regulasi ini dilakukan oleh suatu senyawa kimia lain yang bukan merupakan substrat bagi si enzim. Senyawa kimia ini, yang diistilahkan sebagai 'aktivator/inhibitor alosterik' dapat merubah bentukan 3-dimensi enzim sedemikian rupa sehingga enzim tersebut pada akhirnya akan bekerja lebih cepat atau lebih lambat. Perumusan kerja untuk model enzim alosterik dibuat oleh Oom Monod, Oom Wyman, dan Oom Changeux. Model untuk kerja enzim yang seperti itu selanjutnya dikenal sebagai 'cooperativity' atau juga model MWC. Sebenarnya ada yang perlu dijelaskan lagi mengenai ini, yakni mengenai dinamika kesetimbangan berkesinambungan (Sequential Eqilibrium Dynamics) enzim alosterik, hubungannya dengan kurva K dan kurva V, dll. Namun saia rasa akan menjadi terlalu rumit untuk dibicarakan disini dan lagipula....ini kan 'Bukan Tulisan Ilmiah'..hehehe...alasan yang bagus untuk mengelak yak. Lanjut!!!
3. Fosforilasi Enzim
Yah inilah awal cerita dari suatu analogi 'jeruk makan jeruk'. Betul disini kita akan melihat enzim mengkatalisis enzim, tepatnya dalam reaksi fosforilasi alias mengikatkan gugus fosfat pada suatu enzim. Lalu apa pentingnya mengikatkan gugus fosfat tersebut? Sebagian besar enzim di dalam tubuh kita kerjanya sangat terpengaruh dengan apa yang disebut sebagai kesetimbangan substrat-produk. Enzim memang dapat mempercepat reaksi perubahan substrat menjadi produk, namun tidak kuasa untuk mengubah proporsi alamiah dari keberadaan substrat-produk. Ya inilah kesetimbangan, suatu nilai tetap proporsi campuran substrat dengan produk. Seringkali ketika suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim sudah akan mencapai nilai kesetimbangan reaksinya, maka produk tersebut akan menghambat kerja enzim persis seperti regulasi alosterik. Regulasi seperti ini memang perlu ada, namun pada kondisi-kondisi tertentu hal ini perlu dihindari sehingga terciptalah mekanisme seperti ini. Terdapat satu enzim khusus yang tugasnya memfosforilasi enzim regulator tersebut. Nah ketika enzim regulator tersebut terfosforilasi, maka enzim tersebut tidak akan dapat dihambat secara alosterik lagi. Tentu saja keadaan enzim yang terfosforilasi ini ada jangka waktunya dan juga terdapat enzim yang bertugas untuk mencopot gugus fosfat dari enzim regulator apabila sudah tidak diperlukan lagi.
Well, diluar ketiga mekanisme ini sebenarnya masih terdapat mekanisme-mekanisme lain yang berperan dalam mengatur kerja enzim sehingga menciptakan rangkaian jejaring reaksi kimia yang seimbang-dinamis di dalam tubuh mahluk hidup. Namun sepertinya itu diluar kemampuan saia untuk mengerti serta menuliskannya hehehe...
Yap sepertinya sampai disini dulu akhir dari Enzim Part II karena apabila diteruskan lagi akan menjadi terlalu panjang. Riset menunjukan bahwa tulisan yang terlalu panjang akan terkesan membosankan, membius, dan memancing penilaian yang sepenuhnya subjektif. Well untuk alasan-alasan itulah saia akan meneruskan sisanya di part berikutnya walau saia pun belum dapat memastikan sampai part berapakan tulisan mengenai Enzim ini akan berakhir..hehehe...Sampai jumpa di part berikutnya ^^/
Jumat, 03 September 2010
Enzim: Mekanik Reaksi Kehidupan (Part I)
Oke sodara-sodara, kembali lagi dalam artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah' bersama saia Chef Victor dengan Silly and Funny Writings...hahaha....Yak dalam kesempatan kali ini saia ingin berbagi sebuah cerita mengenai enzim dan segala seluk-belut nya. So untuk lebih jelasnya, mari kita simak tulisan dibawah ini. Enjoy your reading ^^/
Pengantar
Sebagian besar dari kita, tepatnya para Homo sapiens, pasti sudah kerap kali mendengar judul diatas. Yak, enzim, itulah sesuatu yang banyak disenangi oleh para ibu-ibu karena membantu mencuci pakaian lebih cepat sekaligus lebih bersih, yang banyak ditakuti mahasiswa karena membuat nilai ujian akhir menjadi hancur, serta yang juga tak diacuhkan oleh lainnya karena tak kenal, maka tak sayang. Namun yang paling penting dari semua itu adalah bahwa kehidupan ini ada atas jasa besar enzim. Seperti biasa kita mulai dari sebuah definisi, yaitu apakah itu enzim? Well, enzim sebenarnya merupakan suatu benda kecil yang tidak lain dan tidak bukan adalah protein. Lalu bedanya dengan protein tempe atau protein susu? Nah tidak semua protein itu adalah enzim, namun hampir semua jenis enzim adalah protein. Keistimewaan enzim ini terletak pada fungsinya, yaitu mempercepat reaksi kimia. Jadi kalau kita makan nasi dan bisa kenyang ataupun tumbuh besar keatas (dan kesamping serta kedepan tentunya), itu adalah karena peran enzim. Dalam cerita berikutnya, semua itu akan dibuat lebih rinci lagi. Mari lanjut Gan!!
Pemula Kehidupan 'Tak Hidup'
Yah saia rasa itulah judul yang agak cocok untuk tulisan mengenai asal-usul enzim. Untuk mengetahui asal-usulnya, kita perlu kembali ke masa awal bumi yaitu sekitar 4,5 milyar tahun lalu. Perlu diketahui, kehidupan paling awal yang sederhana--suatu sel primitif--pun merupakan paduan yang rumit, terorganisir, dan terkoordinasi dari sejumlah besar molekul/senyawa kimia yang terdapat pada lautan purba permukaan bumi pada saat tersebut. Nah, lalu siapa yang mengatur semua itu? Well data penelitian berupa bukti masa lalu serta rekayasa kehidupan masa lalu menyatakan bahwa semua itu diatur sedemikian rupa oleh tiga pondasi kehidupan, yaitu DNA, RNA, dan protein (enzim). Masing-masing dari enzim, DNA, maupun RNA ini bukanlah sesuatu yang hidup. Kehidupan itu sendiri dapat diartikan sebagai suatu perpaduan semua elemen tersebut secara harmonis dan terkoordinasi. Hal tersebut juga yang menjelaskan mengapa hewan/tumbuhan/bakteri yang telah mati sudah tidak lagi memiliki kehidupan sekalipun masih terdapat DNA, RNA, dan enzim. Oke, saia rasa saia tak perlu menjelaskan bagaimana terbentuknya DNA dan RNA karena akan jauh lebih rumit lagi, jadi mari kita fokuskan ke enzimnya saja. Dapat dikatakan protein (dalam hal ini adalah enzim) merupakan 'ciptaan' DNA, kode kehidupan universal kehidupan. Melalui DNA inilah suatu informasi khusus diturunkan pada RNA yang pada gilirannya akan mencetak enzim. Lalu setelah diciptakan lantas kenapa? Nah si enzim akan melaksanakan tugasnya sesuai dengan fungsi yang telah diberikan. Perlu diingat bahwa enzim merupakan kelompok sehingga terdapat banyak sekali jenis enzim dengan fungsinya masing-masing yang sangat spesifik.
Komponen Enzim
Apakah yang membuat enzim, sebuah 'hasil ciptaan' DNA sehingga begitu hebatnya untuk menciptakan kehidupan? Nah untuk mengetahuinya, kita perlu mengetahui sedikit mengenai bagaimana enzim terbentuk dan bagaimana perannya. Seperti yang telah dituliskan diatas, enzim adalah protein. Dengan demikian seperti layaknya protein, enzim juga tersusun atas rangkaian asam amino. Namun, hal yang membuat enzim begitu hebat adalah dari segi bentuk dan komponen lainnya. Rangkaian asam amino yang juga disebut sebagai polipeptida kemudian akan dibentuk sedemikian rupa menjadi suatu bentukan khusus. Dalam hal ini bayangkanlah membuat simpul dari seutas tali. Nah ternyata enzim tidak hanya sekedar 'simpul', karena 'simpul' tersebut (yang secara ilmiah disebut sebagai Apoenzim) masih kurang komponen lainnya. Komponen tambahan pada suatu apoenzim, yaitu kofaktor, diperlukan untuk membuat suatu enzim aktif atau holoenzim. Selama masa kerjanya, enzim atau holoenzim ini akan menemui berbagai molekul kimia yang dapat dikategorikan sebagai substrat, produk, inhibitor, aktivator, dan regulator. Semua istilah ini nantinya akan dijelaskan pad pembahasan berikutnya biar tidak pada menumpuk disini. So, mari kita lanjut Gan....
Mekanisme Kerja Enzim
Pada dasarnya, kehidupan dapat dipandang sebagai suatu rangkaian reaksi kimia yang begitu kompleks namun berjalan dengan begitu harmonis dan sangat terkoordinasi. Lalu, bagaimanakah peran enzim di dalamnya? Nah mari kita bayangkan mengenai suatu reaksi kimia...it's a chemistry time (bukan chemistry yang suka disebut di acara2 kontak jodoh loh). Suatu reaksi kimia merupakan perubahan suatu bahan kimia satu menjadi bahan kimia yang lain. Nah proses reaksi kimia, atau perubahan ini, tepatnya merupakan sesuatu yang terkait dengan waktu. Apabila reaksi tersebut memakan waktu lama, kita katakan bahwa reaksi itu lambat dan begitu juga sebaliknya. Nah disinilah peran si enzim. Beberapa reaksi kimia ini pada kenyataanya memang begitu lambat sehingga kehidupan mustahil untuk terbentuk dengan proses selambat ini. Enzim bekerja dengan mempercepat semua reaksi kimia pembentuk kehidupan tersebut. Lalu kemudian kita pun akan mempertanyakan lagi, bagaimana cara si enzim mempercepat semua hal itu? Yah pada dasarnya enzim itu begitu spesifik sehingga hanya dapat mempercepat reaksi kimia dengan substrat/bahan tertentu yang cocok untuk dipasangkan dengannya. Ketika sudah berpasangan, maka enzim selanjutnya akan melakukan serangkaian proses katalisis (pemecahan/perangkaian) pada substrat tersebut dan kemudian menghasilkan produk reaksi. Dengan demikian, lintasan reaksi yang ditempuh mengikuti alur sebagai berikut:
Enzim + Substrat --> Kompleks Enzim-Substrat --> Enzim + Produk
yang secara berturut-turut dapat kita simbolkan sebagai [E] + [S] --> [ES] --> [E] + [P]. Jika dibandingkan, reaksi yang dipercepat oleh enzim akan lebih cepat antara 10.000 hingga 1.000.000 kali dari reaksi yang tidak dipercepat oleh enzim. Jadi jika kita memiliki sebuah reaksi kimia yang baru akan selesai selama 1000 hari, maka dengan enzim akan dipersingkat minimal menjadi 2,4 jam (0,1 hari) saja. Hmm..cukup cepat bukan?
Ya itulah akhir dari Enzim Part I yang bercerita mengenai asal mula enzim, komponen enzim, dan mekanisme kerjanya. Pada part berikutnya saia akan berbagi cerita yang lebih mendetail lagi, yaitu mengenai bagaimana kita mengetahui kecepatan kerja enzim, kontrol kecepatan enzim, serta perombakan enzim. Singkat kata, part berikutnya akan bercerita mengenai kecepatan atau kinetika. Ditunggu yach...^^/
Pengantar
Sebagian besar dari kita, tepatnya para Homo sapiens, pasti sudah kerap kali mendengar judul diatas. Yak, enzim, itulah sesuatu yang banyak disenangi oleh para ibu-ibu karena membantu mencuci pakaian lebih cepat sekaligus lebih bersih, yang banyak ditakuti mahasiswa karena membuat nilai ujian akhir menjadi hancur, serta yang juga tak diacuhkan oleh lainnya karena tak kenal, maka tak sayang. Namun yang paling penting dari semua itu adalah bahwa kehidupan ini ada atas jasa besar enzim. Seperti biasa kita mulai dari sebuah definisi, yaitu apakah itu enzim? Well, enzim sebenarnya merupakan suatu benda kecil yang tidak lain dan tidak bukan adalah protein. Lalu bedanya dengan protein tempe atau protein susu? Nah tidak semua protein itu adalah enzim, namun hampir semua jenis enzim adalah protein. Keistimewaan enzim ini terletak pada fungsinya, yaitu mempercepat reaksi kimia. Jadi kalau kita makan nasi dan bisa kenyang ataupun tumbuh besar keatas (dan kesamping serta kedepan tentunya), itu adalah karena peran enzim. Dalam cerita berikutnya, semua itu akan dibuat lebih rinci lagi. Mari lanjut Gan!!
Pemula Kehidupan 'Tak Hidup'
Yah saia rasa itulah judul yang agak cocok untuk tulisan mengenai asal-usul enzim. Untuk mengetahui asal-usulnya, kita perlu kembali ke masa awal bumi yaitu sekitar 4,5 milyar tahun lalu. Perlu diketahui, kehidupan paling awal yang sederhana--suatu sel primitif--pun merupakan paduan yang rumit, terorganisir, dan terkoordinasi dari sejumlah besar molekul/senyawa kimia yang terdapat pada lautan purba permukaan bumi pada saat tersebut. Nah, lalu siapa yang mengatur semua itu? Well data penelitian berupa bukti masa lalu serta rekayasa kehidupan masa lalu menyatakan bahwa semua itu diatur sedemikian rupa oleh tiga pondasi kehidupan, yaitu DNA, RNA, dan protein (enzim). Masing-masing dari enzim, DNA, maupun RNA ini bukanlah sesuatu yang hidup. Kehidupan itu sendiri dapat diartikan sebagai suatu perpaduan semua elemen tersebut secara harmonis dan terkoordinasi. Hal tersebut juga yang menjelaskan mengapa hewan/tumbuhan/bakteri yang telah mati sudah tidak lagi memiliki kehidupan sekalipun masih terdapat DNA, RNA, dan enzim. Oke, saia rasa saia tak perlu menjelaskan bagaimana terbentuknya DNA dan RNA karena akan jauh lebih rumit lagi, jadi mari kita fokuskan ke enzimnya saja. Dapat dikatakan protein (dalam hal ini adalah enzim) merupakan 'ciptaan' DNA, kode kehidupan universal kehidupan. Melalui DNA inilah suatu informasi khusus diturunkan pada RNA yang pada gilirannya akan mencetak enzim. Lalu setelah diciptakan lantas kenapa? Nah si enzim akan melaksanakan tugasnya sesuai dengan fungsi yang telah diberikan. Perlu diingat bahwa enzim merupakan kelompok sehingga terdapat banyak sekali jenis enzim dengan fungsinya masing-masing yang sangat spesifik.
Komponen Enzim
Apakah yang membuat enzim, sebuah 'hasil ciptaan' DNA sehingga begitu hebatnya untuk menciptakan kehidupan? Nah untuk mengetahuinya, kita perlu mengetahui sedikit mengenai bagaimana enzim terbentuk dan bagaimana perannya. Seperti yang telah dituliskan diatas, enzim adalah protein. Dengan demikian seperti layaknya protein, enzim juga tersusun atas rangkaian asam amino. Namun, hal yang membuat enzim begitu hebat adalah dari segi bentuk dan komponen lainnya. Rangkaian asam amino yang juga disebut sebagai polipeptida kemudian akan dibentuk sedemikian rupa menjadi suatu bentukan khusus. Dalam hal ini bayangkanlah membuat simpul dari seutas tali. Nah ternyata enzim tidak hanya sekedar 'simpul', karena 'simpul' tersebut (yang secara ilmiah disebut sebagai Apoenzim) masih kurang komponen lainnya. Komponen tambahan pada suatu apoenzim, yaitu kofaktor, diperlukan untuk membuat suatu enzim aktif atau holoenzim. Selama masa kerjanya, enzim atau holoenzim ini akan menemui berbagai molekul kimia yang dapat dikategorikan sebagai substrat, produk, inhibitor, aktivator, dan regulator. Semua istilah ini nantinya akan dijelaskan pad pembahasan berikutnya biar tidak pada menumpuk disini. So, mari kita lanjut Gan....
Mekanisme Kerja Enzim
Pada dasarnya, kehidupan dapat dipandang sebagai suatu rangkaian reaksi kimia yang begitu kompleks namun berjalan dengan begitu harmonis dan sangat terkoordinasi. Lalu, bagaimanakah peran enzim di dalamnya? Nah mari kita bayangkan mengenai suatu reaksi kimia...it's a chemistry time (bukan chemistry yang suka disebut di acara2 kontak jodoh loh). Suatu reaksi kimia merupakan perubahan suatu bahan kimia satu menjadi bahan kimia yang lain. Nah proses reaksi kimia, atau perubahan ini, tepatnya merupakan sesuatu yang terkait dengan waktu. Apabila reaksi tersebut memakan waktu lama, kita katakan bahwa reaksi itu lambat dan begitu juga sebaliknya. Nah disinilah peran si enzim. Beberapa reaksi kimia ini pada kenyataanya memang begitu lambat sehingga kehidupan mustahil untuk terbentuk dengan proses selambat ini. Enzim bekerja dengan mempercepat semua reaksi kimia pembentuk kehidupan tersebut. Lalu kemudian kita pun akan mempertanyakan lagi, bagaimana cara si enzim mempercepat semua hal itu? Yah pada dasarnya enzim itu begitu spesifik sehingga hanya dapat mempercepat reaksi kimia dengan substrat/bahan tertentu yang cocok untuk dipasangkan dengannya. Ketika sudah berpasangan, maka enzim selanjutnya akan melakukan serangkaian proses katalisis (pemecahan/perangkaian) pada substrat tersebut dan kemudian menghasilkan produk reaksi. Dengan demikian, lintasan reaksi yang ditempuh mengikuti alur sebagai berikut:
Enzim + Substrat --> Kompleks Enzim-Substrat --> Enzim + Produk
yang secara berturut-turut dapat kita simbolkan sebagai [E] + [S] --> [ES] --> [E] + [P]. Jika dibandingkan, reaksi yang dipercepat oleh enzim akan lebih cepat antara 10.000 hingga 1.000.000 kali dari reaksi yang tidak dipercepat oleh enzim. Jadi jika kita memiliki sebuah reaksi kimia yang baru akan selesai selama 1000 hari, maka dengan enzim akan dipersingkat minimal menjadi 2,4 jam (0,1 hari) saja. Hmm..cukup cepat bukan?
Ya itulah akhir dari Enzim Part I yang bercerita mengenai asal mula enzim, komponen enzim, dan mekanisme kerjanya. Pada part berikutnya saia akan berbagi cerita yang lebih mendetail lagi, yaitu mengenai bagaimana kita mengetahui kecepatan kerja enzim, kontrol kecepatan enzim, serta perombakan enzim. Singkat kata, part berikutnya akan bercerita mengenai kecepatan atau kinetika. Ditunggu yach...^^/
Minggu, 29 Agustus 2010
Mekanisme Anti-Beku Pada Amfibi Yang Ber-hibernasi
Mekanisme Anti-Beku Pada Amfibi Yang Ber-hibernasi
by: Arief Rachman
Pendahuluan
Oke. Setelah bos Viktor membuat artikel mengenai ikan paus dan bakteri pemanen sinar matahari, giliran saya yang membuat sebuah artikel. Kali ini temanya adalah hibernasi. Sebelum mulai, saya yakin kalian tahu sedikit mengenai hibernasi. Secara sederhana hibernasi adalah mekanisme 'tidur' yang dilakukan oleh hewan-hewan yang hidup di negara 4 musim, yaitu pada musim dingin. Secara lebih detail, hibernasi merupakan serangkaian proses yang memungkinkan hewan-hewan endotermik (berdarah panas) dan ektotermik (berdarah dingin) untuk bertahan hidup selama kondisi suhu ekstrim dingin.
Mekanisme hibernasi bervariasi antara hewan ektoterm dan endoterm. Tapi pada umumnya, yang terjadi selama hibernasi adalah:
- laju metabolisme menurun
- laju respirasi dan peredaran darah juga menurun
- suhu tubuh turun seiring dengan menurunnya laju metabolisme
Bagi hewan endotermik yang mampu menghasilkan panas tubuh sendiri, hibernasi merupakan usaha untuk menurunkan laju metabolisme pada tangan dan kaki. Pada saat yang sama, suhu pusat (organ dalam, terutama jantung, paru-paru, dan otak) dijaga agar tetap stabil dan masih memungkinkan untuk masih bisa bekerja. Selama bahan bakar metabolisme berupa lemak masih tersedia saat hibernasi, organisme endotermik dapat terus hidup. Kecuali suhu lingkungan turun terlalu jauh dibawah batas toleransi mereka.
Pada hewan endotermik ini, hibernasi hanya sebatas menurunkan laju metabolisme dan fungsi organ-organ tubuh, seperti yang sudah saya jelaskan sebelumnya. Selain hibernasi, sebagian besar organisme endotermik masih bisa beraktivitas pada musim dingin karena punya adaptasi lain, seperti bulu tebal, lapisan lemak tebal, hingga memiliki otot dengan mitokondria yang berlebihan (sebagai penghasil panas).
Nah, berbeda dengan organisme endotermik, organisme ektotermik (seperti katak yang akan saya jelaskan nanti) bergantung pada suhu lingkungan untuk melakukan metabolisme. Sehingga mekanisme hibernasi mereka berbeda dengan mekanisme hibernasi pada hewan endotermik. Salah satu mekanisme hibernai hewan ektotermik yang sangat menarik adalah 'membeku' pada suhu sangat rendah. Mekanisme ini tidak ditemukan pada organisme endotermik.
Masalah Yang Dihadapi Hewan Yang Membeku
Oke. Sekarang kita mulai masuk pada pembahasan utama, yaitu hibernasi pada amfibi, contohnya katak dan kodok (hayo! kalian tahu beda antara katak dan kodok kan??).
Saya yakin sebagian besar dari kita tidak pernah merasakan dinginnya musim dingin, apalagi melihat katak yang berubah jadi 'katak beku' saat musim dingin. Tapi bagi yang pernah membaca buku, nonton Discovery Channel, atau baca artikel di internet, atau yang mengerjakan tugas fisiologi atau ekofisiologi hewan ヾ(´^ω^)ノ♪pasti tahu deh mengenai fenomena ini.
Ya! Membiarkan tubuhnya membeku adalah salah satu metode hibernasi ekstrim yang dilakukan oleh amfibia. Contohnya adalah spesies Rana sylvatica (wood frog). Spesies katak ini mengalami hibernasi ekstrim hingga tubuhnya lebih mirip katak beku daripada katak yang sedang hibernasi.Nah, mungkin kalian ada yang mulai bertanya.
Kok bisa sih katak yang dibekukan kayak gitu hidup lagi?
Tentu bisa. Hewan ini punya mekanisme 'super' yang membuat para ilmuwan sampai saat ini cuma bisa bertanya-tanya sambil gigit jari. Dalam ilmu ekofisiologi hewan, mekanisme ini dikenal sebagai antifreeze strategy. Sebelum masuk ke pembahasan mengenai antifreeze strategi ini, ada bagusnya saya jelaskan sedikit mengenai masalah yang dihadapi hewan yang membeku.
Saya yakin kita semua tahu. Kalau suhu air turun dibawah 4 derajat celcius C, air akan mulai membeku, dan pada suhu 0 derajat celcius, air akan membeku sepenuhnya. Hukum fisika ini juga berlaku dalam tubuh organisme.
Terus masalahnya apa?
Ingat bahwa sebagian besar komponen tubuh hewan adalah air. Pembekuan air dalam sel dan jaringan akan:
- menyumbat pembuluh darah,
- merusak jaringan atau komponen sel, dan
- menghambat reaksi metabolisme sel.
Kalau pembekuan ini berlanjut, maka hewan akan mati karena metabolisme tubuhnya berhenti. Berhentinya metabolisme sel bisa diakibatkan oleh:- kerusakan organel atau komponen sel, - berubahnya permeabilitas membran sel, atau - terhambatnya reaksi enzimatis dalam sel.
Nah. katak yang kita bahas ini bisa mengatasi masalah-masalah tersebut dengan strategi anti beku-nya.
Mekanisme Antifreeze Pada Rana sylvatica dan Para Amfibi Lainnya
Baiklah, bagian ini agak sedikit rumit bagi yang kurang paham Biologi, tapi bertahanlah (*'ー')ﾉ~~ .
Secara garis besar, semua mekanisme antifreeze yang terjadi pada amfibi berkaitan dengan mekanisme untuk mencegah terjadinya pembekuan air di dalam sel. Bisa berupa freeze tolerance: yaitu membiarkan tubuhnya membeku, tapi mencegah sitoplasma selnya membeku, atau freeze avoidance: yaitu membiarkan beberapa jaringan membeku (umumnya tangan dan kaki), tapi mencegah pembekuan terjadi pada organ vital (jantung, paru-paru, dan otak).
Bagaimana caranya?
Mereka menghasilkan senyawa-senyawa cryoprotectant agents dan antifreeze protein dalam sel mereka. Senyawa anti-beku yang disebut sebagai antifreeze protein adalah sejenis protein khusus yang dihasilkan sel untuk: mengontrol proses pembekuan air, atau menghasilkan efek supercooling (penurunan titik beku air, sehingga air tidak membeku pada suhu 0 derajat celcius). Sama seperti antifreeze protein, cryoprotectant agents juga senyawa yang dihasilkan sel untuk mencegah kerusakan akibat pembekuan. Bedanya: cryoprotectant agents biasanya adalah senyawa non-protein, umumnya berupa polyols seperti gliserol, sorbitol, manitol, trehalosa, dan glukosa. (Nah loh, pusing kan? (~__~)'a )
Secara umum, baik cryoprotectant agents dan antifreeze protein digunakan bersama-sama dalam mekanisme antifreeze pada amfibia. Walaupun bentuk molekulnya sangat berbeda, tapi mekanisme kerja kedua jenis senyawa anti beku itu hampir sama.
Dalam mekanisme anti-beku, kedua jenis senyawa tersebut disintesis dalam konsentrasi sangat tinggi di dalam sel. Beberapa jenis senyawa akan mengikat air dan mencegah terbentuknya kristal-kristal es, sementara senyawa lainnya akan menggantikan air sebagai komponen utama sitoplasma. Konsentrasi senyawa cryoprotectant agents dan antifreeze protein yang tinggi dalam sel, akan menurunkan titik beku air dan menciptakan efek supercooling. Pada kondisi ini, air dalam sel tidak akan membeku meski suhu sudah mencapai 0 derajat celcius. Senyawa anti-beku juga seringkali dikeluarkan dari sel untuk melindungi jaringan lainnya agar tidak mengalami kerusakan akibat pembekuan air.
Mekanisme ini memang menakjubkan, tapi tetap ada batasannya. Bila suhu turun hingga jauh dibawah 0 derajat celcius, maka mekanisme anti-beku ini tetap akan gagal mempertahankan metabolisme sel, sehingga sitoplasma sel akan membeku. Pada akhirnya, katak beku ini benar-benar jadi katak beku, dan pada akhirnya akan berakhir di meja makan restoran swike (hehehehe....). Ngomong-ngomong, berhubung katak beku menghasilkan cryoprotectant agent yagn sebagian besar merupakan golongan karbohidrat. Kalau nanti katak beku dijadikan swike, rasanya pasti lebih manis (^ o ^). Sebuah strategi hebat untuk meningkatkan penjualan swike...nyahahaha....
Antifreeze Strategy Sebagai Dasar Cryopreservation
Nah, tadi saya sempat bilang kalau mekanisme antifreeze pada amfibia bikin para ilmuwan gigit jari.
Kenapa? Emang jarinya enak digigit-gigit ya?
Jelas ga lah! Karena mekanisme antifreeze ini adalah mekanisme impian yang hingga saat ini masih diteliti untuk perjalanan ke luar angkasa. Bagi yang doyan baca dan nonton serial science fiction (atau main game), pasti pernah dengar istilah cryopreservation atau cryonic. Cryopreservation adalah usaha untuk membekukan organisme, jaringan, atau sel, untuk kemudian dihidupkan kembali setelah beberapa waktu. Potensi cryonic sangat besar di bidang medis dan perjalanan antariksa.
Di bidang medis, cryopresevation sangat berguna untuk mengawetkan organ yang akan ditransplantasi dalam waktu yang lama. Cryopreservation juga berguna untuk membekukan pasien dengan penyakit yang belum ada obatnya, untuk kemudian dihidupkan kembali saat obat penyakit itu sudah ditemukan.
Di bidang perjalanan antariksa, teknik ini bisa diaplikasikan untuk menghindari masalah umur karena perjalanan ke planet yang sangat jauh (dengan catatan teknologi warp, teleport, atau hyperspace belum ditemukan). Dengan teknik cryopreservation ini, awak wahana antariksa bisa 'tidur' selama puluhan tahun, dan baru akan bangun bila sudah mencapai planet tujuan.
Saat ini penelitian cryonic masih terus dilakukan dan setahu saya, masih belum berhasil pada mamalia (karena pada dasarnya mamalia tidak punya mekanisme antifreeze). Mamalia yang dibekukan pada suhu sangat rendah, menggunakan larutan cyroprotectant agent masih menunjukkan tanda-tanda kerusakan jaringan dan organ ketika dihidupkan kembali.
Penutup
Nah, setelah saya menjelaskan agak panjang kali lebar kali tinggi, saya berharap kalian sedikit paham mengenai proses yang terjadi pada hibernasi amfibia pada musim dingin.
Yah, kalau masih belum paham, silahkan bertanya pada orang yang paham, baca buku, baca artikel di internet, atau silahkan meneliti mengenai prosesnya (^___^). Kalau ada yang penasaran dengan katak beku, silahkan cari artikelnya di internet, atau langsung aja terbang ke negeri 4 musim pas musim dingin (jangan lupa oleh-olehnya ya (*'ー')ﾉ~~ )
P.S. :
Kalau kalian suka dengan artikel ini, klik Thanks, Like This!, atau boleh ngasih Cendol pada saya. Saya ga bakalan nolak kok ＼(^ω^＼)( /^ω^)/ Kalau kalian tidak suka, atau ada yang salah, mohon diperbaiki saja (PM atau kirim message ke saya, biar nanti saya perbaiki). Berhubung saya ini masih manusia, dan ilmu saya belum tinggi-tinggi amat, harap maklum kalau ada kesalahan. Jadi saya mohon jangan dilempar Bata atau di Infract ya o(>< )o o( ><)o
Sumber: Dari berbagai sumber
Sabtu, 28 Agustus 2010
Bakteri Fototrofik: Si Pemanen Matahari (Part III)
Kembali dan terus kembali lagi dalam artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah'. Inilah yang ditunggu-tunggu apabila telah menyelesaikan bacaan Bakteri Fototrofik Part II, yaa setidaknya itulah yang saia dengar dari para responden. Semoga para pembaca terus menyukainya deh kalo begitu. Oke seperti yang saia janjikan sebelumnya, pada part III sekaligus part terakhir ini saia akan membicarakan sedikit mengenai ekologi serta pemanfaatan bakteri fototrofik yang seringkali kita jumpai baik secara tradisional maupun skala industri modern. Well, enjoy your reading.
Pengantar
Yaa lagi-lagi pengantar. Bab ini akan selalu menyertai kita sebelum memasuki inti cerita dalam part III ini. Sebelum kita memasuki pembahasan yang pertama, yakni ekologi bakteri fototrofik terdapat beberapa hal yang perlu dimengerti. Yup seperti biasanya kita mulai dari sebuah definisi. Ekologi merupakan ilmu mengenai interaksi antar mahluk hidup dengan lingkungan yang menentukan kemelimpahan dan distribusi/persebarannya. Nah ketika kita membicarakan mengenai ekologi bakteri kita akan sering menemui istilah seperti populasi/grup, struktur komunitas, dan parameter/ukuran fisikawi-kimiawi lingkungan. Oya, pada bagian ekologi ini juga perlu cara pandang baru terhadap kata 'lingkungan', yaitu dalam skala bakteri. 'Lingkungan' yang dimaksud dalam tulisan ini tidaklah terlalu besar, yaa kira-kira seukuran tanda titik pada akhir kalimat ini. Yup, dalam 'lingkungan' yang sebesar itu di lautan, akan terdapat puluhan ribu bahkan hingga jutaan bakteri. So my advice is, see small and think big. Penjelasan berikut mengenai ekologi mengkin akan lebih ditekankan pada komunitas bakteri fototrofik di lautan karena ekosistem lautan merupakan habitat yang paling mewakili semua kelompok bakteri fototrofik yang ada. Kemudian, kita juga akan melihat bagaimana interaksi/hubungan dari khususnya kelompok-kelompok bakteri fototrofik dengan kelompok bakteri maupun organisme lainnya. Selain itu dalam hal pemanfaatan, ternyata cukup banyak potensi kelompok bakteri fototrofik yang dapat dimanfaatkan oleh para Homo sapiens. Oke, supaya tidak memunculkan keribetan lebih lanjut, mari kita lanjut saja ke tema masing-masing.
Ekologi, Struktur Komunitas, dan Interaksi Bakteri Fototrofik
Ketika kita membicarakan ekologi kita tidak akan pernah luput dari yang namanya interaksi dengan skala terkecil adalah populasi. Dalam dunia bakteri, definisi populasi terkait dengan ekologi lebih mengarah pada sekelompok bakteri yang memiliki kesamaan fungsi/peran dalam ekosistem/lingkungannya. Nah, dalam hal ini bekteri fototrofik merupakan satu populasi tersendiri di ekosistem lautan meskipun perannya secara detail akan membagi kelompok tersebut menjadi populasi-populasi yang lebih spesifik lagi. Pada ekosistem lautan, bakteri fotoautotrofik oksigenik maupun anoksigenik, yaitu Cyanobacteria, purple sulfur bacteria (PSB) dan green sulfur bacteria (GSB). Ketiganya merupakan golongan bakteri fototrofik yang mampu menghasilkan senyawa organik dari karbon dioksida (CO2). Kemampuan 'memasak makanan' itu menjadikan ketiganya sebagai salah satu produsen, atau lebih mudahnya sebagai penyedia makanan bagi seluruh komunitas lautan. Dengan demikian, hal tersebut juga menjelaskan bahwa cyanobacteria banyak terdapat pada bagian permukaan lautan dimana ada banyak sinar matahari. Senyawa organik hasil 'masak-memasak' cyanobacteria dan GSB ada yang disimpan dan ada juga yang dilepaskan ke lingkungan sekitarnya. Lingkungan sekitar tempat cyanobacteria dan GSB juga menjadi habitat bagi para bakteri fotoheterotrofik seperti para purple non-sulfur bacteria (PnSB) atau green non-sulfur bacteria (GnSB) yang memanfaatkan senyawa organik tersebut bersama dengan sinar matahari untuk mendukung kehidupannya. Interaksi tersebut bersama dengan interaksi lainnya antar bakteri di lautan akan mempengaruhi dinamika populasi masing-masing kelompok bakteri tersebut, yakni dalam hal ini kita fokuskan pada bakteri fototrofik. Setelah melihat salah satu contoh interaksi antar sesama bakteri fototrofik, sekarang kita beralih ke interaksi pada kisaran yang lebih luas. Kita mulai dari satu pertanyaan, yaitu bagaimana dinamika (laju naik-turunnya kepadatan) populasi bakteri fototrofik serta kaitannya dengan organisme lain di ekosistem laut? Setidaknya terdapat tiga teori dan satu hipotesis untuk menjelaskan fenomena tersebut, yaitu Bottom-Up Control, Top-Down Control, Sideway Control, dan hipotesis 'Kill the winner'. Sekarang mari kita bahas satu per satu:
Teori Bottom-Up Control menjelaskan bahwa fluktuasi senyawa organik nutrien (bahan makanan) yang berperan sebagai 'bottom' akan mempengaruhi semua faktor diatas (up) yang terkait dengan ketersediaannya. Hal ini terlihat jelas pada dinamika populasi cyanobacteria. Loh kok bisa? mereka kan bisa 'masak' sendiri, lalu kenapa populasinya masih bisa dipengaruhi oleh fluktuasi nutrien? Yup, mereka memang bisa 'memasak' sendiri, namun hanya untuk senyawa-senyawa karbon dan ternyata tidak semua anggota cyanobacteria dapat 'memasak' senyawa-senyawa nitrogen-organik (melakukan fiksasi nitrogen). Salah satu anggota yang banyak terdapat pada permukaan lautan terbuka yang tidak dapat melakukan fiksasi nitrogen adalah genus Synechococcus. Dalam hal ini, fluktuasi senyawa nitrogen-organik hasil penguraian/dekomposisi sangat mempengaruhi dinamika populasinya.
Teori Top-down Control menjelaskan hubungan perburuan/predasi terhadap dinamika populasi. Konsumen atau predator berperan sebagai 'top' yang mempengaruhi dinamika populasi bakteri mangsanya (down). Nah konsumn apakah yang dimaksud? Saia sarankan jangan berpikir tentang paus ataupun manusia karena ini ukurannya jauh lebih kecil. Predator tersebut mungkin kelompok mikrobia eukaryotik seperti dinoflagellata (nah apalagi itu??) ataupun zooplankton. Nah kuliah ekologi yang pernah saia ikuti pernah menjelaskan mengenai predator-prey relationship yang dijelaskan pertama kali oleh Oom Lotka dan Oom Voltera dan kemudian dijelaskan lagi secara lebih mendetail oleh dalam trophic cascading interaction (interaksi tingkat makanan berkesinambungan) di perairan oleh Oom Carpenter. Hubungan/relationship tersebut menjelaskan bahwa kenaikan populasi bakteri mangsa (prey) akan diikuti oleh kenaikan populasi zooplankton predator yang pada akhirnya akan menurunkan kembali populasi bakteri mangsa dan seterusnya. Efek ini, seperti halnya pada bottom-up control, umum terjadi pada komunitas penghuni perairan laut sehingga membuat populasi setiap organisme terkontrol secara berkesinambungan.
Teori Sideway Control merupakan satu hal yang cukup unik dan eksklusif pada komunitas bakteri. Komunitas bakteri merupakan gabungan dari berbagai populasi bakteri yang berinteraksi satu dengan lainnya pada tempat (lingkungan) dan waktu tertentu. Nah pada sideway control ini, terdapat suatu hal yang bisa saia katakan sebagai 'interaksi setara' antar populasi bakteri. Jadi, selain interaksi memangsa dan dimangsa, populasi bakteri juga berinteraksi satu dalam hal kompetisi, saling memberi makan (sintrofi/syntrophy), saling meracuni (amensalisme), dan bahkan hidup bersama organisme lain (simbiosis) baik itu secara mutualisme maupun parasitisme. Lalu mengapa interaksi ini cukup eksklusif untuk bakteri? ya karena interaksi inilah yang cukup jelas terlihat pada bakteri dibandingkan dengan organisme lainnya yang lebih besar. Selain itu, bakteri juga memiliki kemampuan untuk menghasilkan berbagai macam senyawa kimia yang membantu proses interaksi ini. Nah pada komunitas bakteri fototrofik, semua jenis interaksi sideway control tersebut terjadi. Salah satu contohnya adalah pada ekosistem lautan terdapat cyanobacteria yang dapat menghasilkan senyawa racun/toksik bagi bakteri lain agar cyanobacteria dapat dengan sukses menguasai bagian permukaan laut. Namun ternyata juga ada populasi bakteri lain, misalnya dari kelompok fotoheterotrof, kebal terhadap senyawa racun yang diproduksi oleh cyanobacteria dan justru menggunakan senyawa tersebut untuk mendukung kehidupannya--suatu proses sintrofi. Beberapa spesies dari kelompok bakteri fotoheterotrofik PnSB juga ada yang hidup bersimbiosis dengan dinoflagellata (suatu organisme cukup kecil namun lebih besar dari bakteri pada umumnya) parasit pada kerang laut. Interaksi sideway control ini juga turut berpengaruh dalam menentukan kemelimpahan bakteri fototrofik di lautan dan cukup setara dengan bottom-up atau top-down control.
Hipotesis 'kill the winner' merupakan suatu gagasan baru terhadap dinamika populasi bakteri di lautan. Hipotesis ini menekankan peran virus bakteri di lautan (virioplankton), suatu kelompok virus yang menyerang dan membunuh bakteri. Pada ekosistem laut, terdapat suatu kecenderungan bahwa apabila suatu saat terjadi dominansi suatu habitat (niche) oleh bakteri tertentu, maka jumlah/densitas bakteri tersebut akan sangat tinggi/padat. Nah, kepadatan ini akan memicu penyerangan virus terhadap bakteri tersebut sehingga pada akhirnya akan menurunkan jumlahnya. Lalu mengapa harus menunggu kepadatan jumlah bakteri yang tinggi dulu baru hipotesis ini berperan? Well, jawabannya terletak pada sifat khas ekosistem lautan terbuka itu sendiri yaitu suatu ekosistem yang relatif miskin nutrien/zat makanan jika dibandingkan dengan perairan darat maupun daratan. Virioplankton merupakan parasit yang hanya dapat hidup di dalam sel bakteri dan perpindahannya pun sebisa mungkin harus dari bakteri ke bakteri. Kepadatan bakteri yang tinggi pada waktu tertentu di ekosistem lautan akan memudahkan penyebaran virioplankton ini untuk 'memangsa' bakteri. Lalu ketika kepadatan bakteri dominan (winner) sudah turun, maka sebagian habitat (niche) nya dapat dimanfaatkan oleh bakteri yang se-tipe/mirip sehingga jenis-jenis bakteri lain pun dapat hidup (coexist) bersama.
Interaksi lainnya yang menurut saia cukup berperan namun bukan merupakan penggerak utama dalam penentuan struktur komunitas bakteri fototrofik lautan adalah aktivitas transfer bahan genetik. Mekanisme pertukaran ini memungkinkan perubahan sifat suatu bakteri fototrofik menjadi berubah sehingga dengan sifat baru tersebut, suatu bakteri akan mampu menempati habitat (niche) baru yang sebelumnya tidak dapat ditempati. Menurut data yang ada, hal ini kerap terjadi pada masa lampau ketika awal kehidupan di bumi, yaitu bahwa berbagai macam kelompok bakteri termasuk juga bakteri fototrofik kerap melakukan pertukaran bahan genetik yang mengandung sifat 'mampu hidup pada suhu tinggi' sehingga masing-masing dapat menyesuaikan diri dengan kondisi awal bumi yang masih panas tersebut. Namun pada kondisi bumi sekarang ini, saia rasa interaksi tersebut sudah lebih jarang terjadi, namun kita tetap harus memasukannya dalam pertimbangan kita hehehe...
Nah, setelah semua interaksi yang kita ketahui tersebut, tentu kita akan bertanya khususnya terkait dengan bakteri fototrofik, yaitu mekanisme mana yang paling berperan dan mana yang kurang berperan? Pada dasarnya, tidak ada satupun dari semua mekanisme tersebut yang dapat berdiri sendiri. Semua mekanisme tersebut terjadi secara bersamaan, namun kondisi tempat dan waktu lah yang menentukan interaksi mana yang harus berjalan terlebih dahulu.
Pemanfaatan Potensi Bakteri Fototrofik
Oke setelah kita membicarakan mengenai ekologi bakteri fototrofik di lautan, sekarang kita akan membicarakan mengenai pemanfaatan beberapa golongan dari bakteri tersebut. salah satu ciri yang paling mencolok dari bakteri fototrofik adalah kemampuannya dalam melakukan fototrofi. Untuk melakukan hal tersebut, mereka pasti membutuhkan apa yang disebut sebagai pigmen klorofil, bakterioklorofil, dan segala aksesorinya. Ya, singkat kata mereka itu berwarna. Nah penelitian mengenai kandungan pigmen yang dimiliki oleh bakteri fototrofik menunjukan sifat antioksidan yang kalau di iklan-iklan katanya baik untuk kesehatan. Nah dari segi ini kita bisa memanfaatkan pigmen mereka sebagai pewarna makanan karena selain mempercantik makanan bagi para Homo sapiens, ternyata menyehatkan juga kan. Tidak menutup kemungkinan bahwa di masa depan pewarna makanan yang dihasilkan dari bakteri fototrofik kelak akan menggantikan dominansi pewarna makanan yang dihasilkan dari tumbuhan menimbang dari kecepatan produksinya dalam skala besar. Selain itu, pigmen bakteri ini juga dapat menurunkan resiko kesehatan karena dapat menggantikan pewarna tekstil yang juga banyak dipakai sebagai pewrna makanan. Selain sebagai pewarna makanan, bakteri fototrofik sebagai salah satu kelompok bakteri dengan keanekaragaman metabolisme yang sangat tinggi juga dapat menghasilkan beberapa senyawa kimia yang dinilai menguntungkan bagi para Homo sapiens. Salah satu contohnya adalah penghasilan senyawa anti-bakteri yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri parasit pada ikan oleh salah satu anggota kelompok bateri fotoheterotrofik. Hal ini tentunya menguntungkan dalam sektor akuakultur karena dapat menurunkan angka kematian larva/benih ikan akibat infeksi bakteri parasit. itulah dua contoh yang sekiranya saia tahu (karena menyangkut penelitian yang saia kerjakan hehehe) disamping masih banyak lagi pemanfaatan potensi lainnya dari bakteri fototrofik baik dari segi industri, kesehatan, bahkan ilmu pengertahuan.
Akhir Kata
Sampai disinilah akhir dari artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah' berjudul Bakteri Fototrofik: Si Pemanen Matahari yang dapat saia ceritakan. Dapat saia simpulkan bahwa bakteri fototrofik merupakan kelompok bakteri yang sangat beragam di dunia ini dan disatukan oleh satu macam sifat, yaitu kemampuannya dalam memanfaatkan sinar matahari untuk mendukung kehidupan. Keanekaragaman bakteri ini baik dalam hal jenis, kekerabatan, metabolisme, hingga pemanfaatan merupakan sebuah cerminan betapa luasnya kehidupan yang dimiliki oleh makluk kecil ini. Sebagai penutup mari kita coba bayangkan bersama kalimat yang saia tuliskan pada awal part III ini untuk keseluruhan cerita Bakteri Fototrofik: See Small and Think Big.
Regards,
Victor Aprilyanto
Pengantar
Yaa lagi-lagi pengantar. Bab ini akan selalu menyertai kita sebelum memasuki inti cerita dalam part III ini. Sebelum kita memasuki pembahasan yang pertama, yakni ekologi bakteri fototrofik terdapat beberapa hal yang perlu dimengerti. Yup seperti biasanya kita mulai dari sebuah definisi. Ekologi merupakan ilmu mengenai interaksi antar mahluk hidup dengan lingkungan yang menentukan kemelimpahan dan distribusi/persebarannya. Nah ketika kita membicarakan mengenai ekologi bakteri kita akan sering menemui istilah seperti populasi/grup, struktur komunitas, dan parameter/ukuran fisikawi-kimiawi lingkungan. Oya, pada bagian ekologi ini juga perlu cara pandang baru terhadap kata 'lingkungan', yaitu dalam skala bakteri. 'Lingkungan' yang dimaksud dalam tulisan ini tidaklah terlalu besar, yaa kira-kira seukuran tanda titik pada akhir kalimat ini. Yup, dalam 'lingkungan' yang sebesar itu di lautan, akan terdapat puluhan ribu bahkan hingga jutaan bakteri. So my advice is, see small and think big. Penjelasan berikut mengenai ekologi mengkin akan lebih ditekankan pada komunitas bakteri fototrofik di lautan karena ekosistem lautan merupakan habitat yang paling mewakili semua kelompok bakteri fototrofik yang ada. Kemudian, kita juga akan melihat bagaimana interaksi/hubungan dari khususnya kelompok-kelompok bakteri fototrofik dengan kelompok bakteri maupun organisme lainnya. Selain itu dalam hal pemanfaatan, ternyata cukup banyak potensi kelompok bakteri fototrofik yang dapat dimanfaatkan oleh para Homo sapiens. Oke, supaya tidak memunculkan keribetan lebih lanjut, mari kita lanjut saja ke tema masing-masing.
Ekologi, Struktur Komunitas, dan Interaksi Bakteri Fototrofik
Ketika kita membicarakan ekologi kita tidak akan pernah luput dari yang namanya interaksi dengan skala terkecil adalah populasi. Dalam dunia bakteri, definisi populasi terkait dengan ekologi lebih mengarah pada sekelompok bakteri yang memiliki kesamaan fungsi/peran dalam ekosistem/lingkungannya. Nah, dalam hal ini bekteri fototrofik merupakan satu populasi tersendiri di ekosistem lautan meskipun perannya secara detail akan membagi kelompok tersebut menjadi populasi-populasi yang lebih spesifik lagi. Pada ekosistem lautan, bakteri fotoautotrofik oksigenik maupun anoksigenik, yaitu Cyanobacteria, purple sulfur bacteria (PSB) dan green sulfur bacteria (GSB). Ketiganya merupakan golongan bakteri fototrofik yang mampu menghasilkan senyawa organik dari karbon dioksida (CO2). Kemampuan 'memasak makanan' itu menjadikan ketiganya sebagai salah satu produsen, atau lebih mudahnya sebagai penyedia makanan bagi seluruh komunitas lautan. Dengan demikian, hal tersebut juga menjelaskan bahwa cyanobacteria banyak terdapat pada bagian permukaan lautan dimana ada banyak sinar matahari. Senyawa organik hasil 'masak-memasak' cyanobacteria dan GSB ada yang disimpan dan ada juga yang dilepaskan ke lingkungan sekitarnya. Lingkungan sekitar tempat cyanobacteria dan GSB juga menjadi habitat bagi para bakteri fotoheterotrofik seperti para purple non-sulfur bacteria (PnSB) atau green non-sulfur bacteria (GnSB) yang memanfaatkan senyawa organik tersebut bersama dengan sinar matahari untuk mendukung kehidupannya. Interaksi tersebut bersama dengan interaksi lainnya antar bakteri di lautan akan mempengaruhi dinamika populasi masing-masing kelompok bakteri tersebut, yakni dalam hal ini kita fokuskan pada bakteri fototrofik. Setelah melihat salah satu contoh interaksi antar sesama bakteri fototrofik, sekarang kita beralih ke interaksi pada kisaran yang lebih luas. Kita mulai dari satu pertanyaan, yaitu bagaimana dinamika (laju naik-turunnya kepadatan) populasi bakteri fototrofik serta kaitannya dengan organisme lain di ekosistem laut? Setidaknya terdapat tiga teori dan satu hipotesis untuk menjelaskan fenomena tersebut, yaitu Bottom-Up Control, Top-Down Control, Sideway Control, dan hipotesis 'Kill the winner'. Sekarang mari kita bahas satu per satu:
Teori Bottom-Up Control menjelaskan bahwa fluktuasi senyawa organik nutrien (bahan makanan) yang berperan sebagai 'bottom' akan mempengaruhi semua faktor diatas (up) yang terkait dengan ketersediaannya. Hal ini terlihat jelas pada dinamika populasi cyanobacteria. Loh kok bisa? mereka kan bisa 'masak' sendiri, lalu kenapa populasinya masih bisa dipengaruhi oleh fluktuasi nutrien? Yup, mereka memang bisa 'memasak' sendiri, namun hanya untuk senyawa-senyawa karbon dan ternyata tidak semua anggota cyanobacteria dapat 'memasak' senyawa-senyawa nitrogen-organik (melakukan fiksasi nitrogen). Salah satu anggota yang banyak terdapat pada permukaan lautan terbuka yang tidak dapat melakukan fiksasi nitrogen adalah genus Synechococcus. Dalam hal ini, fluktuasi senyawa nitrogen-organik hasil penguraian/dekomposisi sangat mempengaruhi dinamika populasinya.
Teori Top-down Control menjelaskan hubungan perburuan/predasi terhadap dinamika populasi. Konsumen atau predator berperan sebagai 'top' yang mempengaruhi dinamika populasi bakteri mangsanya (down). Nah konsumn apakah yang dimaksud? Saia sarankan jangan berpikir tentang paus ataupun manusia karena ini ukurannya jauh lebih kecil. Predator tersebut mungkin kelompok mikrobia eukaryotik seperti dinoflagellata (nah apalagi itu??) ataupun zooplankton. Nah kuliah ekologi yang pernah saia ikuti pernah menjelaskan mengenai predator-prey relationship yang dijelaskan pertama kali oleh Oom Lotka dan Oom Voltera dan kemudian dijelaskan lagi secara lebih mendetail oleh dalam trophic cascading interaction (interaksi tingkat makanan berkesinambungan) di perairan oleh Oom Carpenter. Hubungan/relationship tersebut menjelaskan bahwa kenaikan populasi bakteri mangsa (prey) akan diikuti oleh kenaikan populasi zooplankton predator yang pada akhirnya akan menurunkan kembali populasi bakteri mangsa dan seterusnya. Efek ini, seperti halnya pada bottom-up control, umum terjadi pada komunitas penghuni perairan laut sehingga membuat populasi setiap organisme terkontrol secara berkesinambungan.
Teori Sideway Control merupakan satu hal yang cukup unik dan eksklusif pada komunitas bakteri. Komunitas bakteri merupakan gabungan dari berbagai populasi bakteri yang berinteraksi satu dengan lainnya pada tempat (lingkungan) dan waktu tertentu. Nah pada sideway control ini, terdapat suatu hal yang bisa saia katakan sebagai 'interaksi setara' antar populasi bakteri. Jadi, selain interaksi memangsa dan dimangsa, populasi bakteri juga berinteraksi satu dalam hal kompetisi, saling memberi makan (sintrofi/syntrophy), saling meracuni (amensalisme), dan bahkan hidup bersama organisme lain (simbiosis) baik itu secara mutualisme maupun parasitisme. Lalu mengapa interaksi ini cukup eksklusif untuk bakteri? ya karena interaksi inilah yang cukup jelas terlihat pada bakteri dibandingkan dengan organisme lainnya yang lebih besar. Selain itu, bakteri juga memiliki kemampuan untuk menghasilkan berbagai macam senyawa kimia yang membantu proses interaksi ini. Nah pada komunitas bakteri fototrofik, semua jenis interaksi sideway control tersebut terjadi. Salah satu contohnya adalah pada ekosistem lautan terdapat cyanobacteria yang dapat menghasilkan senyawa racun/toksik bagi bakteri lain agar cyanobacteria dapat dengan sukses menguasai bagian permukaan laut. Namun ternyata juga ada populasi bakteri lain, misalnya dari kelompok fotoheterotrof, kebal terhadap senyawa racun yang diproduksi oleh cyanobacteria dan justru menggunakan senyawa tersebut untuk mendukung kehidupannya--suatu proses sintrofi. Beberapa spesies dari kelompok bakteri fotoheterotrofik PnSB juga ada yang hidup bersimbiosis dengan dinoflagellata (suatu organisme cukup kecil namun lebih besar dari bakteri pada umumnya) parasit pada kerang laut. Interaksi sideway control ini juga turut berpengaruh dalam menentukan kemelimpahan bakteri fototrofik di lautan dan cukup setara dengan bottom-up atau top-down control.
Hipotesis 'kill the winner' merupakan suatu gagasan baru terhadap dinamika populasi bakteri di lautan. Hipotesis ini menekankan peran virus bakteri di lautan (virioplankton), suatu kelompok virus yang menyerang dan membunuh bakteri. Pada ekosistem laut, terdapat suatu kecenderungan bahwa apabila suatu saat terjadi dominansi suatu habitat (niche) oleh bakteri tertentu, maka jumlah/densitas bakteri tersebut akan sangat tinggi/padat. Nah, kepadatan ini akan memicu penyerangan virus terhadap bakteri tersebut sehingga pada akhirnya akan menurunkan jumlahnya. Lalu mengapa harus menunggu kepadatan jumlah bakteri yang tinggi dulu baru hipotesis ini berperan? Well, jawabannya terletak pada sifat khas ekosistem lautan terbuka itu sendiri yaitu suatu ekosistem yang relatif miskin nutrien/zat makanan jika dibandingkan dengan perairan darat maupun daratan. Virioplankton merupakan parasit yang hanya dapat hidup di dalam sel bakteri dan perpindahannya pun sebisa mungkin harus dari bakteri ke bakteri. Kepadatan bakteri yang tinggi pada waktu tertentu di ekosistem lautan akan memudahkan penyebaran virioplankton ini untuk 'memangsa' bakteri. Lalu ketika kepadatan bakteri dominan (winner) sudah turun, maka sebagian habitat (niche) nya dapat dimanfaatkan oleh bakteri yang se-tipe/mirip sehingga jenis-jenis bakteri lain pun dapat hidup (coexist) bersama.
Interaksi lainnya yang menurut saia cukup berperan namun bukan merupakan penggerak utama dalam penentuan struktur komunitas bakteri fototrofik lautan adalah aktivitas transfer bahan genetik. Mekanisme pertukaran ini memungkinkan perubahan sifat suatu bakteri fototrofik menjadi berubah sehingga dengan sifat baru tersebut, suatu bakteri akan mampu menempati habitat (niche) baru yang sebelumnya tidak dapat ditempati. Menurut data yang ada, hal ini kerap terjadi pada masa lampau ketika awal kehidupan di bumi, yaitu bahwa berbagai macam kelompok bakteri termasuk juga bakteri fototrofik kerap melakukan pertukaran bahan genetik yang mengandung sifat 'mampu hidup pada suhu tinggi' sehingga masing-masing dapat menyesuaikan diri dengan kondisi awal bumi yang masih panas tersebut. Namun pada kondisi bumi sekarang ini, saia rasa interaksi tersebut sudah lebih jarang terjadi, namun kita tetap harus memasukannya dalam pertimbangan kita hehehe...
Nah, setelah semua interaksi yang kita ketahui tersebut, tentu kita akan bertanya khususnya terkait dengan bakteri fototrofik, yaitu mekanisme mana yang paling berperan dan mana yang kurang berperan? Pada dasarnya, tidak ada satupun dari semua mekanisme tersebut yang dapat berdiri sendiri. Semua mekanisme tersebut terjadi secara bersamaan, namun kondisi tempat dan waktu lah yang menentukan interaksi mana yang harus berjalan terlebih dahulu.
Pemanfaatan Potensi Bakteri Fototrofik
Oke setelah kita membicarakan mengenai ekologi bakteri fototrofik di lautan, sekarang kita akan membicarakan mengenai pemanfaatan beberapa golongan dari bakteri tersebut. salah satu ciri yang paling mencolok dari bakteri fototrofik adalah kemampuannya dalam melakukan fototrofi. Untuk melakukan hal tersebut, mereka pasti membutuhkan apa yang disebut sebagai pigmen klorofil, bakterioklorofil, dan segala aksesorinya. Ya, singkat kata mereka itu berwarna. Nah penelitian mengenai kandungan pigmen yang dimiliki oleh bakteri fototrofik menunjukan sifat antioksidan yang kalau di iklan-iklan katanya baik untuk kesehatan. Nah dari segi ini kita bisa memanfaatkan pigmen mereka sebagai pewarna makanan karena selain mempercantik makanan bagi para Homo sapiens, ternyata menyehatkan juga kan. Tidak menutup kemungkinan bahwa di masa depan pewarna makanan yang dihasilkan dari bakteri fototrofik kelak akan menggantikan dominansi pewarna makanan yang dihasilkan dari tumbuhan menimbang dari kecepatan produksinya dalam skala besar. Selain itu, pigmen bakteri ini juga dapat menurunkan resiko kesehatan karena dapat menggantikan pewarna tekstil yang juga banyak dipakai sebagai pewrna makanan. Selain sebagai pewarna makanan, bakteri fototrofik sebagai salah satu kelompok bakteri dengan keanekaragaman metabolisme yang sangat tinggi juga dapat menghasilkan beberapa senyawa kimia yang dinilai menguntungkan bagi para Homo sapiens. Salah satu contohnya adalah penghasilan senyawa anti-bakteri yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri parasit pada ikan oleh salah satu anggota kelompok bateri fotoheterotrofik. Hal ini tentunya menguntungkan dalam sektor akuakultur karena dapat menurunkan angka kematian larva/benih ikan akibat infeksi bakteri parasit. itulah dua contoh yang sekiranya saia tahu (karena menyangkut penelitian yang saia kerjakan hehehe) disamping masih banyak lagi pemanfaatan potensi lainnya dari bakteri fototrofik baik dari segi industri, kesehatan, bahkan ilmu pengertahuan.
Akhir Kata
Sampai disinilah akhir dari artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah' berjudul Bakteri Fototrofik: Si Pemanen Matahari yang dapat saia ceritakan. Dapat saia simpulkan bahwa bakteri fototrofik merupakan kelompok bakteri yang sangat beragam di dunia ini dan disatukan oleh satu macam sifat, yaitu kemampuannya dalam memanfaatkan sinar matahari untuk mendukung kehidupan. Keanekaragaman bakteri ini baik dalam hal jenis, kekerabatan, metabolisme, hingga pemanfaatan merupakan sebuah cerminan betapa luasnya kehidupan yang dimiliki oleh makluk kecil ini. Sebagai penutup mari kita coba bayangkan bersama kalimat yang saia tuliskan pada awal part III ini untuk keseluruhan cerita Bakteri Fototrofik: See Small and Think Big.
Regards,
Victor Aprilyanto
Senin, 16 Agustus 2010
Bakteri Fototrofik: Si Pemanen Matahari (Part II)
Nah, kembali lagi dan lagi-lagi kembali bersama saia dalam artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah' yang akan membahas kelanjutan dari Bakteri Fototrofik: Si Pemanen Matahari. Pada Part II ini saia akan mencoba membahas mengenai keanekaragaman atau macam-macam bakteri fototrofik yang ada di dunia. Emm, sepertinya dari bahasanya agak terlalu muluk yah hehehe...tapi ga apa-apa lah, namanya juga usaha. Selain itu saia juga akan mengajak kita berkenalan dengan nama-nama bakteri yang termasuk dalam kelompok-kelompok tersebut. Yah tak kenal maka tak sayang, begitulah kata tukang nasi goreng (kok lagi2 yah). Lagipula ga asik juga kan kalo melihat dunia mikrobiologi itu hanya tahunya Escherichia coli terus, hehehe. Oke sebelum kita beranjak menuju keanekaragaman semua bakteri tersebut, terlebih dahulu saia ingin membicarakan mengenai istilah yang akan dipakai dalam dunia para bakteri fototrofik ini. Well, enjoy your reading ^^
Pengantar
Keanekaragaman bakteri fototrofik atau yang sering juga disingkat menjadi fototrof dapat dipandang dari banyak sisi. Beberapa diantaranya adalah keanekaragaman proses fototrofi, tempat hidup, hingga kekerabatan antar bakteri. Nah, hal yang perlu dijelaskan disini terkait dengan istilah yang akan digunakan nantinya. Perlu diketahui bahwa fototrofi merupakan kemampuan bakteri dalam menggunakan sinar matahari untuk mendukung kehidupannya. Dalam bahasan nanti akan dikenal dua jenis fototrofi, yaitu fotoautotrofi dan fotoheterotrofi. Istilah autotrof dan heterotrof didasarkan pada bagaimana cara bakteri tersebut membuat senyawa organik. Autotrofi merupakan kemampuan yang dapat membuat senyawa organik dari bahan dasar gas karbon dioksida, sementara heterotrof merupakan kemampuan membuat senyawa organik dari bahan dasar senyawa organik pula. Seiring dengan itu, apabila kita berbicara dengan Cyanobacteria yang mengisi bumi ini dengan oksigen seperti pada cerita sebelumnya, maka terdapat dua macam sifat fototrofi terkait dengan oksigen ini, yaitu fototrofi oksigenik (menghasilkan oksigen) dan fototrofi anoksigenik (tidak menghasilkan oksigen). Setelah itu, kita akan mendefinisikan sedikit mengenai fotosintesis, itu loh yang sering disebut-sebut sebagai memasak makanan dengan sinar matahari. Fotosintesis merupakan proses yang terdiri dari dua tahapan, yaitu fototrofi dan sintesis/perangkaian karbon. Sintesis karbon yang dimaksud adalah proses bagaimana membuat senyawa organik (karbon organik) dari bahan dasar karbon dioksida (karbon anorganik). Kemampuan bakteri dalam proses ini sering juga disebut sebagai autotrofi. Jadi fotosintesis merupakan gabungan dari fototrofi dan autotrofi. Nah gimana? Sudah cukup bingung? Hmm...saia rasa itu saja beberapa istilah yang mungkin akan sering digunakan dalam bahasan berikutnya dan sekarang mari kita tinjau bakteri-bakteri fototrofik tersebut.
Cyanobacteria - Si Hijau Pemberi Kehidupan
Saia rasa memang itulah julukan yang tepat bagi Cyanobacteria, karena perannya dalam mengisi bumi ini dengan oksigen. Beberapa bakteri dari kelompok (Phylum) Cyanobacteria yang perlu kita kenal adalah Synecococcus, Oscillatoria, Nostoc, Anabaena, dan Prochloron. Pada umumnya Cyanobacteria hidup pada permukaan perairan dan memiliki bentuk mulai dari bulat koloni hingga berfilamen seperti benang. Cyanobacteria memiliki pigmen berupa klorofil-a dan fikosianin yang secara berturut-turut berwarna hijau dan biru, salah satu sebab mengapa kelompok ini juga sering disebut alga hijau-biru (blue-green algae, Cyanophyta). Namun sekelompok kecil dari Cyanobacteria yang disebut sebagai prochlorophytes (pro = sebelum; chlorophytes = tumbuhan) memiliki komposisi pigmen berupa klorofil-a dan klorofil-b yang tepat sama seperti tumbuhan hijau, sehingga diduga kuat bahwa mereka merupakan nenek moyang dari tumbuhan darat sekarang ini. Cyanobacteria merupakan bakteri fototrofik oksigenik yang bersifat autotrof, yaitu menghasilkan oksigen dalam proses fototrofiknya dan juga dapat menghasilkan senyawa organik dari karbon dioksida. Penghasilan oksigen sebagai gas buang (waste product) dalam proses fototrofiknya sangat berperan besar dalam menciptakan beragam kehidupan ketika masa awal bumi. Hal ini disebabkan oksigen yang terkumpul di atmosfer kemudian akan membentuk lapisan ozon yang menangkal radiasi ultraviolet matahari yang bersifat mematikan, sehingga memungkinkan adanya kehidupan di daratan yang sebelumnya tidak bisa karena terus terpapar radiasi ultraviolet. Hmm...rasanya enak yah kalau kita punya pigmen seperti klorofil itu, kalau lapar ya tinggal berjemur saja beberapa saat dan langsung kenyang. Selain itu, kita juga bisa menghasilkan oksigen, jadi mengeluarkan gas untuk dihirup kembali, hehehe....Oke sekarang kita beranjak ke masalah autotrofi (sintesis karbon organik). Berbicara mengenai autotrofi, sebagian besar orang biologi pasti mengenal yang namanya siklus Calvin. Ya berkat siklus itulah si tumbuhan bisa memasak makanannya dengan benar dan wuala This is It!!! karbohidrat amilum ala chef Oryza sativa. Yup, proses itulah yang juga dilakukan oleh Cyanobacteria untuk memasak makanannya, tidak heran kelompok ini juga disebut sebagai salah satu produsen primer ekosistem perairan.
Green Sulfur Bacteria (Chlorobi)
Asal mula penamaan berasal dari kemampuan kelompok bakteri ini untuk hidup pada lingkungan dengan kadar asam belerang (H2S) yang tinggi. Contoh bakteri dari kelompok ini adalah Chlorobium dan Prothecochloris. Kelompok green sulfur bacteria (selanjutnya disingkat GSB) memiliki tempat hidup pada lingkungan yang memiliki kadar oksigen rendah namun juga tetap mendapatkan sinar matahari, yaitu pada permukaan sedimen perairan. Kondisi ini ternyata tidak cukup menguntungkan karena sinar matahari yang menembus lapisan perairan akan semakin berkurang seiring dengan kedalaman, sehingga hanya sedikit cahaya yang mencapai dasar perairan. Hal ini sudah diantisipasi oleh kelompok GSB karena mereka memiliki pigmen berupa bakterioklorofil-a, c, d, dan e pada suatu struktur di dalam selnya yang disebut klorosom (chlorosome). Ternyata klorosom tersebut memang sangat efisien dalam menangkap sinar matahari bahkan dalam kadar/intensitas yang rendah, sehingga memungkinkan bakteri tersebut untuk bersifat fototrofik. Dalam proses fototrofi, GSB berbeda dengan Cyanobacteria karena GSB tidak menghasilkan oksigen sebagai gas buangnya, tetapi menghasilkan deposit belerang. Hal ini disebut sebagai fototrofi anoksigenik dan buangan belerang itu menjadi satu keunikan tersendiri dari kelompok GSB, yakni mereka merupakan penimbun belerang, karena mereka dapat mengubah asam belerang menjadi belerang dalam proses metabolismenya. Manusia sih dijamin ga akan bisa deh, mencium bau kentut yang busuk (karena mengandung asam belerang) saja langsung kabur, hehehe...Oya, perlu diketahui juga bahwa GSB itu dapat berfotosintesis juga loh. Nah disini kita harus tahu bahwa bersifat fototrofik saja belum tentu bisa berfotosintesis loh. Proses autotrofi yang dilakukan oleh GSB ternyata berbeda dari Cyanobacteria, alias GSB tidak menggunakan siklus Calvin melainkan suatu proses yang disebut sebagai Reverse Tricarboxylic Acid Cycle (rTCA cycle). Em, saia tidak akan berbicara mengenai detail siklus rTCA ini karena ini kan 'Bukan Tulisan Ilmiah', jadi cukup sekedar tahu saja, hehehe...
Purple Sulfur Bacteria (Proteobacteria)
Seperti halnya GSB, kelompok ini dinamakan demikian karena kemampuannya untuk hidup pada daerah dengan kadar asam belerang (H2S) tinggi. Contoh bakteri yang tergolong dalam kelompok ini adalah Ectothiorhodospira dan Chromatium. Kelompok purple sulfur bacteria (selanjutnya disingkat PSB) umumnya hidup di permukaan sedimen perairan yang mengandung asam belerang tinggi dan terkena sinar matahari. Namun ada satu ciri spesifik dari tempat hidup PSB, yaitu sebagian besar anggotanya merupakan penghuni perairan dengan kadar garam yang tinggi, beberapa bahkan sangat tinggi. Dengan demikian, PSB akan banyak ditemui pada sedimen perairan laut yang memiliki deposit/simpanan asam belerang yang tinggi. Jadi, kalau kita mendengar nama Laut Merah, mungkin itu karena ada banyak bakteri PSB kali yah hehehe. Oke kali ini mengapa kelompok tersebut diberi gelar purple? Yang pasti sih bukan karena bakteri ini sangat berjasa dalam menolong Amerika memenangkan perang sehingga diberi penghargaan Purple Heart kayak di film-film itu loh. Sebenarnya memang bakteri-bakteri PSB itu berwarna ungu karena mengandung dua golongan pigmen dalam sel nya, yaitu pigmen bakterioklorofil-a yang berwarna biru dan karotenoid yang berwarna merah. Jadi kalau merah dicampur biru jadi apa? yaa ungu lah, hehehe. Nah karena PSB hidup di permukaan sedimen, terkadang hanya sedikit sinar matahari yang mencapai dasar perairan yang agak dalam sehingga agak menyulitkan proses fototrofik nya. Namun PSB sudah menanggulangi hal tersebut dengan pigmen bakterioklorofil-a yang sangat efisien dalam menangkap sinar matahari meskipun dalam jumlah/intensitas yang sedikit. Perbedaannya dengan GSB adalah bahwa pigmen bakterioklorofil-a ini tidak terdapat dalam klorosom, melainkan pada membran selnya yang melekuk kedalam (invaginasi membran). Apakah itu? nah bayangkan saja sebuah ban sepeda baru yang lingkaran sempurna dengan ban sepeda yang juga baru.....baru habis tabrakan, dengan lekukan disana-sini. Nah tepatnya pada lekukan seperti itulah pigmen bakterioklorofil itu berada. Selain perbedaan, ada juga persamaan antara PSB dengan GSB, yaitu bahwa keduanya bersifat fototrofik anoksigenik dan juga penimbun belerang. Kelompok PSB memiliki sebagian anggota yang bersifat autotrof via siklus rTCA, namun sebagian besar anggotanya bersifat fotoheterotrof, yaitu melakukan sintesis senyawa organik dari bahan dasar berupa senyawa organik juga.
Green Non-sulfur Bacteria (Chloroflexi)
Nah apa lagi ini? Kok ada yang non-sulfur? Pemberian nama seperti itu berawal dari salah kira para ahli mikrobiologi kita di jaman dahulu kala. Mereka mengira ada sekelompok bakteri yang mirip dengan GSB, namun ternyata justru tidak dapat hidup apabila terdapat asam belerang. Yah sebenarnya sih mereka bisa-bisa saja hidup dengan kehadiran asam belerang itu, namun tidak dalam kadar yang tinggi seperti halnya golongan GSB. Kelompok green non-sulfur bacteria (selanjutnya disingkat GnSB) dicontohkan dengan bakteri bernama Chloroflexus dan Heliothrix. Apabila dipandang dari struktur selnya GnSB terlihat seperti gabungan antara GSB dengan PSB, khususnya dalam pengaturan pigmen fototrofiknya. Dipandang mirip dengan GSB karena memiliki bakterioklorofil-c yang berada dalam klorosom, dan juga dipandang mirip dengan PSB karena memiliki bakterioklorofil-a yang berada pada invaginasi membran. Hmm...bakteri yang tidak konsisten. Data mengenai analisis kekerabatan (atau analisis persaudaraan) antar bakteri menunjukan bahwa golongan GnSB merupakan bakteri yang primitif. Hal ini dibuktikan dengan 'peralatan' serta mekanisme fotosintesis, tempat hidup dan juga analisis terhadap DNA GnSB yang hasilnya serba primitif. Apabila kita meninjau kembali pada Part I yang bercerita mengenai kondisi awal bumi, saat tersebut merupakan saat yang panas sehingga mahluk yang hidup pada zaman tersebut haruslah tetap cool alias tahan panas. Ternyata anggota GnSB memiliki tempat hidup di perairan dengan suhu tinggi, seperti di sumber mata air panas yang suhunya diatas 50C. Nah bayangkan, kita saja yang hidup pada daerah dengan suhu 28-30C sudah sering menulis status 'panas' atau 'memohon hujan' kepada dewa Facebook. Analisis DNA juga menunjukan bahwa golongan GnSB (Phylum Chloroflexi) terletak di bagian bawah 'pohon kehidupan' (Phylogenetic Tree of Life), menandakan bahwa GnSB merupakan bakteri fototrofik paling primitif/kuno sedunia. Golongan GnSB bersifat fototrofik anoksigenik, yaitu tidak menghasilkan oksigen seperti layaknya Cyanobacteria. Proses autotrofi pada GnSB pun lain daripada yang lain, bukan siklus Calvin atau rTCA yang sudah cukup modern, melainkan siklus hydroxypropionate yang juga umum pada bakteri-bakteri autotrof non-fototrof primitif.
Purple Non-sulfur Bacteria (Proteobacteria)
Ada green non-sulfur ya ada purple non-sulfur juga, ga mau kalah gituh. Hmm..bisa dikatakan bahwa kelompok ini merupakan kelompok yang paling besar baik dalam hal daftar keanggotaan maupun keragaman metabolisme dan disatukan atas satu hal seperti yang tertera pada nama golongannya, tidak dapat hidup pada kodisi kadar asam belerang tinggi. Beberapa contoh dari purple non-sulfur bacteria (selanjutnya disingkat PnSB) adalah Rhodospirillum, Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Roseobacter, dan Erythrobacter. Tidak seperti golongan bakteri fototrofik lainnya yang memiliki persamaan sifat seluruh anggotanya dalam hal kebutuhan oksigen; seperti Cyanobacteria yang aerob (membutuhkan oksigen untuk hidup) atau GSB, PSB, & GnSB yang anaerob (tidak membutuhkan oksigen untuk hidup); golongan PnSB memiliki anggota yang bersifat aerob dan juga anaerob. Oya, perlu ditekankan disini bahwa definisi aerob dan anaerob dalam konteks bakteri fototrofik adalah terkait dengan sintesis pigmen fototrofiknya. Jadi GSB yang bersifat anaerob bisa saja tetap hidup apabila terkena oksigen, tetapi tidak menghasilkan pigmen bakterioklorofil atau singkatnya tidak berwarna. Hal mengenai aerob dan anaerob ini sepertinya baru disinggung disini, jadi jangan sampai tertukar dengan definisi oksigenik dan anoksigenik (kemampuan menghasilkan oksigen) yah. Berdasarkan sifat ini PnSB terbagi lagi menjadi dua kelompok, yaitu kelompok Anaerobic Anoxygenic Phototroph (AnAP) dan Aerobic Anoxygenic Phototroph (AAP). Keragaman metabolisme dari PnSB yang begitu besar membuat tempat hidup dari golongan ini sangat beragam, mulai dari permukaan perairan, dasar perairan, di dalam tanah, permukaan alga/rumput laut, bahkan hingga hidup di dalam (berasosiasi) dengan protozoa. Sebagian besar anggota PnSB bersifat fotoheterotrof seperti pada PSB. Kemampuan heterotofi (penggunaan senyawa organik) pada PnSB merupakan yang terhebat diantara seluruh bakteri. Golongan PnSB ini dapat memanen sumber karbon (memakan) dari karbohidrat, lemak, protein, hingga pestisida atau senyawa kimia beracun lainnya. Pigmen yang umum dihasilkan oleh golongan PnSB adalah bakterioklorofil-a dan macam-macam karotenoid, sehingga membuatnya menjadi berwarna ungu atau merah. Secara kekerabatan, PnSB bersama dengan PSB termasuk dalam kelompok (Phylum) Proteobacteria yang merupakan phylum terbesar dari Domain Bacteria.
Yah jadi itulah macam-macam golongan bakteri fototrofik yang ada hingga saat ini. Berikutnya pada Part III saia akan mengajak kita untuk mengenal asosiasi antar golongan-golongan tersebut bersama dengan bakteri lainnya di ekosistem perairan dan juga memperkenalkan beberapa potensi dari golongan bakteri ini yang dapat diaplikasikan. Demikianlah akhir dari Part II ini.
Pengantar
Keanekaragaman bakteri fototrofik atau yang sering juga disingkat menjadi fototrof dapat dipandang dari banyak sisi. Beberapa diantaranya adalah keanekaragaman proses fototrofi, tempat hidup, hingga kekerabatan antar bakteri. Nah, hal yang perlu dijelaskan disini terkait dengan istilah yang akan digunakan nantinya. Perlu diketahui bahwa fototrofi merupakan kemampuan bakteri dalam menggunakan sinar matahari untuk mendukung kehidupannya. Dalam bahasan nanti akan dikenal dua jenis fototrofi, yaitu fotoautotrofi dan fotoheterotrofi. Istilah autotrof dan heterotrof didasarkan pada bagaimana cara bakteri tersebut membuat senyawa organik. Autotrofi merupakan kemampuan yang dapat membuat senyawa organik dari bahan dasar gas karbon dioksida, sementara heterotrof merupakan kemampuan membuat senyawa organik dari bahan dasar senyawa organik pula. Seiring dengan itu, apabila kita berbicara dengan Cyanobacteria yang mengisi bumi ini dengan oksigen seperti pada cerita sebelumnya, maka terdapat dua macam sifat fototrofi terkait dengan oksigen ini, yaitu fototrofi oksigenik (menghasilkan oksigen) dan fototrofi anoksigenik (tidak menghasilkan oksigen). Setelah itu, kita akan mendefinisikan sedikit mengenai fotosintesis, itu loh yang sering disebut-sebut sebagai memasak makanan dengan sinar matahari. Fotosintesis merupakan proses yang terdiri dari dua tahapan, yaitu fototrofi dan sintesis/perangkaian karbon. Sintesis karbon yang dimaksud adalah proses bagaimana membuat senyawa organik (karbon organik) dari bahan dasar karbon dioksida (karbon anorganik). Kemampuan bakteri dalam proses ini sering juga disebut sebagai autotrofi. Jadi fotosintesis merupakan gabungan dari fototrofi dan autotrofi. Nah gimana? Sudah cukup bingung? Hmm...saia rasa itu saja beberapa istilah yang mungkin akan sering digunakan dalam bahasan berikutnya dan sekarang mari kita tinjau bakteri-bakteri fototrofik tersebut.
Cyanobacteria - Si Hijau Pemberi Kehidupan
Saia rasa memang itulah julukan yang tepat bagi Cyanobacteria, karena perannya dalam mengisi bumi ini dengan oksigen. Beberapa bakteri dari kelompok (Phylum) Cyanobacteria yang perlu kita kenal adalah Synecococcus, Oscillatoria, Nostoc, Anabaena, dan Prochloron. Pada umumnya Cyanobacteria hidup pada permukaan perairan dan memiliki bentuk mulai dari bulat koloni hingga berfilamen seperti benang. Cyanobacteria memiliki pigmen berupa klorofil-a dan fikosianin yang secara berturut-turut berwarna hijau dan biru, salah satu sebab mengapa kelompok ini juga sering disebut alga hijau-biru (blue-green algae, Cyanophyta). Namun sekelompok kecil dari Cyanobacteria yang disebut sebagai prochlorophytes (pro = sebelum; chlorophytes = tumbuhan) memiliki komposisi pigmen berupa klorofil-a dan klorofil-b yang tepat sama seperti tumbuhan hijau, sehingga diduga kuat bahwa mereka merupakan nenek moyang dari tumbuhan darat sekarang ini. Cyanobacteria merupakan bakteri fototrofik oksigenik yang bersifat autotrof, yaitu menghasilkan oksigen dalam proses fototrofiknya dan juga dapat menghasilkan senyawa organik dari karbon dioksida. Penghasilan oksigen sebagai gas buang (waste product) dalam proses fototrofiknya sangat berperan besar dalam menciptakan beragam kehidupan ketika masa awal bumi. Hal ini disebabkan oksigen yang terkumpul di atmosfer kemudian akan membentuk lapisan ozon yang menangkal radiasi ultraviolet matahari yang bersifat mematikan, sehingga memungkinkan adanya kehidupan di daratan yang sebelumnya tidak bisa karena terus terpapar radiasi ultraviolet. Hmm...rasanya enak yah kalau kita punya pigmen seperti klorofil itu, kalau lapar ya tinggal berjemur saja beberapa saat dan langsung kenyang. Selain itu, kita juga bisa menghasilkan oksigen, jadi mengeluarkan gas untuk dihirup kembali, hehehe....Oke sekarang kita beranjak ke masalah autotrofi (sintesis karbon organik). Berbicara mengenai autotrofi, sebagian besar orang biologi pasti mengenal yang namanya siklus Calvin. Ya berkat siklus itulah si tumbuhan bisa memasak makanannya dengan benar dan wuala This is It!!! karbohidrat amilum ala chef Oryza sativa. Yup, proses itulah yang juga dilakukan oleh Cyanobacteria untuk memasak makanannya, tidak heran kelompok ini juga disebut sebagai salah satu produsen primer ekosistem perairan.
Green Sulfur Bacteria (Chlorobi)
Asal mula penamaan berasal dari kemampuan kelompok bakteri ini untuk hidup pada lingkungan dengan kadar asam belerang (H2S) yang tinggi. Contoh bakteri dari kelompok ini adalah Chlorobium dan Prothecochloris. Kelompok green sulfur bacteria (selanjutnya disingkat GSB) memiliki tempat hidup pada lingkungan yang memiliki kadar oksigen rendah namun juga tetap mendapatkan sinar matahari, yaitu pada permukaan sedimen perairan. Kondisi ini ternyata tidak cukup menguntungkan karena sinar matahari yang menembus lapisan perairan akan semakin berkurang seiring dengan kedalaman, sehingga hanya sedikit cahaya yang mencapai dasar perairan. Hal ini sudah diantisipasi oleh kelompok GSB karena mereka memiliki pigmen berupa bakterioklorofil-a, c, d, dan e pada suatu struktur di dalam selnya yang disebut klorosom (chlorosome). Ternyata klorosom tersebut memang sangat efisien dalam menangkap sinar matahari bahkan dalam kadar/intensitas yang rendah, sehingga memungkinkan bakteri tersebut untuk bersifat fototrofik. Dalam proses fototrofi, GSB berbeda dengan Cyanobacteria karena GSB tidak menghasilkan oksigen sebagai gas buangnya, tetapi menghasilkan deposit belerang. Hal ini disebut sebagai fototrofi anoksigenik dan buangan belerang itu menjadi satu keunikan tersendiri dari kelompok GSB, yakni mereka merupakan penimbun belerang, karena mereka dapat mengubah asam belerang menjadi belerang dalam proses metabolismenya. Manusia sih dijamin ga akan bisa deh, mencium bau kentut yang busuk (karena mengandung asam belerang) saja langsung kabur, hehehe...Oya, perlu diketahui juga bahwa GSB itu dapat berfotosintesis juga loh. Nah disini kita harus tahu bahwa bersifat fototrofik saja belum tentu bisa berfotosintesis loh. Proses autotrofi yang dilakukan oleh GSB ternyata berbeda dari Cyanobacteria, alias GSB tidak menggunakan siklus Calvin melainkan suatu proses yang disebut sebagai Reverse Tricarboxylic Acid Cycle (rTCA cycle). Em, saia tidak akan berbicara mengenai detail siklus rTCA ini karena ini kan 'Bukan Tulisan Ilmiah', jadi cukup sekedar tahu saja, hehehe...
Purple Sulfur Bacteria (Proteobacteria)
Seperti halnya GSB, kelompok ini dinamakan demikian karena kemampuannya untuk hidup pada daerah dengan kadar asam belerang (H2S) tinggi. Contoh bakteri yang tergolong dalam kelompok ini adalah Ectothiorhodospira dan Chromatium. Kelompok purple sulfur bacteria (selanjutnya disingkat PSB) umumnya hidup di permukaan sedimen perairan yang mengandung asam belerang tinggi dan terkena sinar matahari. Namun ada satu ciri spesifik dari tempat hidup PSB, yaitu sebagian besar anggotanya merupakan penghuni perairan dengan kadar garam yang tinggi, beberapa bahkan sangat tinggi. Dengan demikian, PSB akan banyak ditemui pada sedimen perairan laut yang memiliki deposit/simpanan asam belerang yang tinggi. Jadi, kalau kita mendengar nama Laut Merah, mungkin itu karena ada banyak bakteri PSB kali yah hehehe. Oke kali ini mengapa kelompok tersebut diberi gelar purple? Yang pasti sih bukan karena bakteri ini sangat berjasa dalam menolong Amerika memenangkan perang sehingga diberi penghargaan Purple Heart kayak di film-film itu loh. Sebenarnya memang bakteri-bakteri PSB itu berwarna ungu karena mengandung dua golongan pigmen dalam sel nya, yaitu pigmen bakterioklorofil-a yang berwarna biru dan karotenoid yang berwarna merah. Jadi kalau merah dicampur biru jadi apa? yaa ungu lah, hehehe. Nah karena PSB hidup di permukaan sedimen, terkadang hanya sedikit sinar matahari yang mencapai dasar perairan yang agak dalam sehingga agak menyulitkan proses fototrofik nya. Namun PSB sudah menanggulangi hal tersebut dengan pigmen bakterioklorofil-a yang sangat efisien dalam menangkap sinar matahari meskipun dalam jumlah/intensitas yang sedikit. Perbedaannya dengan GSB adalah bahwa pigmen bakterioklorofil-a ini tidak terdapat dalam klorosom, melainkan pada membran selnya yang melekuk kedalam (invaginasi membran). Apakah itu? nah bayangkan saja sebuah ban sepeda baru yang lingkaran sempurna dengan ban sepeda yang juga baru.....baru habis tabrakan, dengan lekukan disana-sini. Nah tepatnya pada lekukan seperti itulah pigmen bakterioklorofil itu berada. Selain perbedaan, ada juga persamaan antara PSB dengan GSB, yaitu bahwa keduanya bersifat fototrofik anoksigenik dan juga penimbun belerang. Kelompok PSB memiliki sebagian anggota yang bersifat autotrof via siklus rTCA, namun sebagian besar anggotanya bersifat fotoheterotrof, yaitu melakukan sintesis senyawa organik dari bahan dasar berupa senyawa organik juga.
Green Non-sulfur Bacteria (Chloroflexi)
Nah apa lagi ini? Kok ada yang non-sulfur? Pemberian nama seperti itu berawal dari salah kira para ahli mikrobiologi kita di jaman dahulu kala. Mereka mengira ada sekelompok bakteri yang mirip dengan GSB, namun ternyata justru tidak dapat hidup apabila terdapat asam belerang. Yah sebenarnya sih mereka bisa-bisa saja hidup dengan kehadiran asam belerang itu, namun tidak dalam kadar yang tinggi seperti halnya golongan GSB. Kelompok green non-sulfur bacteria (selanjutnya disingkat GnSB) dicontohkan dengan bakteri bernama Chloroflexus dan Heliothrix. Apabila dipandang dari struktur selnya GnSB terlihat seperti gabungan antara GSB dengan PSB, khususnya dalam pengaturan pigmen fototrofiknya. Dipandang mirip dengan GSB karena memiliki bakterioklorofil-c yang berada dalam klorosom, dan juga dipandang mirip dengan PSB karena memiliki bakterioklorofil-a yang berada pada invaginasi membran. Hmm...bakteri yang tidak konsisten. Data mengenai analisis kekerabatan (atau analisis persaudaraan) antar bakteri menunjukan bahwa golongan GnSB merupakan bakteri yang primitif. Hal ini dibuktikan dengan 'peralatan' serta mekanisme fotosintesis, tempat hidup dan juga analisis terhadap DNA GnSB yang hasilnya serba primitif. Apabila kita meninjau kembali pada Part I yang bercerita mengenai kondisi awal bumi, saat tersebut merupakan saat yang panas sehingga mahluk yang hidup pada zaman tersebut haruslah tetap cool alias tahan panas. Ternyata anggota GnSB memiliki tempat hidup di perairan dengan suhu tinggi, seperti di sumber mata air panas yang suhunya diatas 50C. Nah bayangkan, kita saja yang hidup pada daerah dengan suhu 28-30C sudah sering menulis status 'panas' atau 'memohon hujan' kepada dewa Facebook. Analisis DNA juga menunjukan bahwa golongan GnSB (Phylum Chloroflexi) terletak di bagian bawah 'pohon kehidupan' (Phylogenetic Tree of Life), menandakan bahwa GnSB merupakan bakteri fototrofik paling primitif/kuno sedunia. Golongan GnSB bersifat fototrofik anoksigenik, yaitu tidak menghasilkan oksigen seperti layaknya Cyanobacteria. Proses autotrofi pada GnSB pun lain daripada yang lain, bukan siklus Calvin atau rTCA yang sudah cukup modern, melainkan siklus hydroxypropionate yang juga umum pada bakteri-bakteri autotrof non-fototrof primitif.
Purple Non-sulfur Bacteria (Proteobacteria)
Ada green non-sulfur ya ada purple non-sulfur juga, ga mau kalah gituh. Hmm..bisa dikatakan bahwa kelompok ini merupakan kelompok yang paling besar baik dalam hal daftar keanggotaan maupun keragaman metabolisme dan disatukan atas satu hal seperti yang tertera pada nama golongannya, tidak dapat hidup pada kodisi kadar asam belerang tinggi. Beberapa contoh dari purple non-sulfur bacteria (selanjutnya disingkat PnSB) adalah Rhodospirillum, Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Roseobacter, dan Erythrobacter. Tidak seperti golongan bakteri fototrofik lainnya yang memiliki persamaan sifat seluruh anggotanya dalam hal kebutuhan oksigen; seperti Cyanobacteria yang aerob (membutuhkan oksigen untuk hidup) atau GSB, PSB, & GnSB yang anaerob (tidak membutuhkan oksigen untuk hidup); golongan PnSB memiliki anggota yang bersifat aerob dan juga anaerob. Oya, perlu ditekankan disini bahwa definisi aerob dan anaerob dalam konteks bakteri fototrofik adalah terkait dengan sintesis pigmen fototrofiknya. Jadi GSB yang bersifat anaerob bisa saja tetap hidup apabila terkena oksigen, tetapi tidak menghasilkan pigmen bakterioklorofil atau singkatnya tidak berwarna. Hal mengenai aerob dan anaerob ini sepertinya baru disinggung disini, jadi jangan sampai tertukar dengan definisi oksigenik dan anoksigenik (kemampuan menghasilkan oksigen) yah. Berdasarkan sifat ini PnSB terbagi lagi menjadi dua kelompok, yaitu kelompok Anaerobic Anoxygenic Phototroph (AnAP) dan Aerobic Anoxygenic Phototroph (AAP). Keragaman metabolisme dari PnSB yang begitu besar membuat tempat hidup dari golongan ini sangat beragam, mulai dari permukaan perairan, dasar perairan, di dalam tanah, permukaan alga/rumput laut, bahkan hingga hidup di dalam (berasosiasi) dengan protozoa. Sebagian besar anggota PnSB bersifat fotoheterotrof seperti pada PSB. Kemampuan heterotofi (penggunaan senyawa organik) pada PnSB merupakan yang terhebat diantara seluruh bakteri. Golongan PnSB ini dapat memanen sumber karbon (memakan) dari karbohidrat, lemak, protein, hingga pestisida atau senyawa kimia beracun lainnya. Pigmen yang umum dihasilkan oleh golongan PnSB adalah bakterioklorofil-a dan macam-macam karotenoid, sehingga membuatnya menjadi berwarna ungu atau merah. Secara kekerabatan, PnSB bersama dengan PSB termasuk dalam kelompok (Phylum) Proteobacteria yang merupakan phylum terbesar dari Domain Bacteria.
Yah jadi itulah macam-macam golongan bakteri fototrofik yang ada hingga saat ini. Berikutnya pada Part III saia akan mengajak kita untuk mengenal asosiasi antar golongan-golongan tersebut bersama dengan bakteri lainnya di ekosistem perairan dan juga memperkenalkan beberapa potensi dari golongan bakteri ini yang dapat diaplikasikan. Demikianlah akhir dari Part II ini.
Jumat, 13 Agustus 2010
Bakteri Fototrofik: Si Pemanen Matahari (Part I)
Kembali lagi dalam artikel 'Bukan Tulisan Ilmiah'. kali ini saia akan mengangkat sebuah tema yang cukup terasa asing bagi kita semua pada umumnya, yaitu bakteri. Nah apakah yang dimaksud dengan bakteri? Terlebih lagi bakteri fototrofik, apakah gerangan itu? Yasudah, mari nikmati saja bacaan dibawah ini untuk kelanjutannya dan yang pasti tulisan ini dibuat agar dimengerti oleh semua orang kok, toh namanya juga 'bukan tulisan ilmiah'. Well, enjoy your reading ^^/
Pengantar
Seperti biasa, kita akan memulai semua ini dari sebuah definisi. Bakteri adalah sekelompok mahluk hidup yang cukup kecil untuk dilihat dengan mata telanjang, yaa setidaknya kalau mereka sedang sendirian. Dimanakah bakteri tersebut berada? Ya sebagian besar orang mengatakan bakteri hanya banyak terdapat di rumah sakit, sehingga dari tempat itulah bakteri sering disamakan dengan kuman. Sebenarnya hal itu terlalu sempit karena bakteri itu terdapat dimana-mana dan perannya pun lebih dari sekedar penyebab penyakit. Nah maka dari itu saia ingin membahas satu kelompok bakteri yang memiliki sejarah kehidupan yang panjang serta perannya yang juga sangat besar di dunia ini, dalam mengawali sebuah kehidupan. Kelompok bakteri ini sebenarnya merupakan gabungan dari tiga kelompok bakteri yang disatukan karena satu sifat, fototrofi. Kata 'fototrofik' berasal dari gabungan dua kata, yaitu 'foto' yang berarti cahaya dan 'trofik' yang berarti makanan. Jadi, bakteri fototrofik merupakan sekelompok bakteri yang dapat menggunakan sinar matahari untuk mendukung kehidupannya. Ya seperti kata guru kita sewaktu masih sekolah dasar, tumbuhan 'memasak' makanannya dengan bantuan sinar matahari, jadi ya kurang lebih seperti itulah bakteri fototrofik. Namun bukan berarti bahwa tumbuhan itu merupakan bakteri loh. Kemampuan menggunakan sinar matahari ini membagi bakteri menjadi tiga kelompok, yaitu Cyanobacteria, Green Bacteria, dan Purple Bacteria. Kemudian, kelompok Green dan Purple Bacteria ini masing-masing terbagi lagi menjadi dua, yaitu sulfur dan non-sulfur berdasarkan kemampuan menggunakan bahan kimia sulfur/belerang. Dengan demikian, terdapat total lima kelompok bakteri yang dapat bersifat fototrofik. Secara umum, bakteri ini banyak terdapat di permukaan perairan yang terkena sinar matahari, baik di lautan maupun di sungai dan danau. Bentuk sel bakteri fototrofik secara umum serupa dengan bakteri lainnya. Namun terdapat satu ciri yang membedakan bakteri fototrofik dengan bakteri lainnya, yaitu pigmen atau zat warna. Semua bakteri fototrofik pasti selalu memiliki pigmen yang terkandung dalam sel nya karena pigmen ini yang membantu dalam proses fototrofi.
Memanen Kehidupan dari Matahari
Pada dasarnya, sifat fototrofi secara harfiah berarti memanen matahari. Artinya adalah menggunakan energi matahari untuk mendukung kehidupan. Ketiga kelompok bakteri tersebut memiliki cara sendiri dalam memanen matahari. Bakteri hijau dan ungu (green & purple bacteria) maupun Cyanobacteria menggunakan pigmen untuk menangkap energi matahari dan energi tersebut harus diubah ke bentuk kimia agar dapat digunakan untuk proses selanjutnya. Nah disinilah perbedaan antara Cyanobacteria dengan bakteri hijau & ungu, karena Cyanobacteria menyimpan energi tersebut dalam molekul air (H2O), sedangkan bakteri hijau & ungu menyimpannya dalam molekul asam belerang (H2S). Energi yang disimpan ternyata cukup besar hingga dapat memecah kedua molekul tersebut secara berturut-turut menghasilkan ion hidrogen (H+) bersama dengan oksigen (O2) pada Cyanobacteria atau belerang (S0) pada bakteri hijau/ungu. Ion hidrogen inilah yang kemudian memasuki proses selanjutnya untuk mendukung kehidupan bakteri fototrofik tersebut.
Mengawali Sebuah Kehidupan Bumi
Banyak orang tentu bertanya-tanya bagaimana terjadinya awal kehidupan di bumi ini, setidaknya dari sudut pandang ilmiah. Bukti-bukti yang ada menyatakan bahwa pertama kali bumi terbentuk adalah sekitar 4,5 milyar tahun lalu dan keadaannya jelas berbeda dengan keadaan bumi sekarang ini. Satu hal yang paling membedakan adalah bahwa bumi pada saat itu belum ada oksigen, gas yang kita hirup dengan gratis sekarang ini. Seperti namanya yaitu awal kehidupan, jangan berharap juga ada padi, buah-buahan, ikan, sapi, apalagi tukang nasi goreng. Bakteri fototrofik termasuk salah satu kelompok yang ada pada masa-masa awal bumi. Kemunculannya diawali oleh kelompok bakteri ungu dan seiring dengan berjalannya proses evolusi, maka berkembanglah kelompok bekteri fototrofik lainnya, termasuk Cyanobacteria yang mengisi bumi ini dengan gas oksigen buangannya. Oksigen yang memenuhi atmosfer udara hingga kurang lebih 21% ini menjadi pemicu perkembangan keanekaragaman kehidupan selanjutnya di bumi sampai hari ini.
Pengantar
Seperti biasa, kita akan memulai semua ini dari sebuah definisi. Bakteri adalah sekelompok mahluk hidup yang cukup kecil untuk dilihat dengan mata telanjang, yaa setidaknya kalau mereka sedang sendirian. Dimanakah bakteri tersebut berada? Ya sebagian besar orang mengatakan bakteri hanya banyak terdapat di rumah sakit, sehingga dari tempat itulah bakteri sering disamakan dengan kuman. Sebenarnya hal itu terlalu sempit karena bakteri itu terdapat dimana-mana dan perannya pun lebih dari sekedar penyebab penyakit. Nah maka dari itu saia ingin membahas satu kelompok bakteri yang memiliki sejarah kehidupan yang panjang serta perannya yang juga sangat besar di dunia ini, dalam mengawali sebuah kehidupan. Kelompok bakteri ini sebenarnya merupakan gabungan dari tiga kelompok bakteri yang disatukan karena satu sifat, fototrofi. Kata 'fototrofik' berasal dari gabungan dua kata, yaitu 'foto' yang berarti cahaya dan 'trofik' yang berarti makanan. Jadi, bakteri fototrofik merupakan sekelompok bakteri yang dapat menggunakan sinar matahari untuk mendukung kehidupannya. Ya seperti kata guru kita sewaktu masih sekolah dasar, tumbuhan 'memasak' makanannya dengan bantuan sinar matahari, jadi ya kurang lebih seperti itulah bakteri fototrofik. Namun bukan berarti bahwa tumbuhan itu merupakan bakteri loh. Kemampuan menggunakan sinar matahari ini membagi bakteri menjadi tiga kelompok, yaitu Cyanobacteria, Green Bacteria, dan Purple Bacteria. Kemudian, kelompok Green dan Purple Bacteria ini masing-masing terbagi lagi menjadi dua, yaitu sulfur dan non-sulfur berdasarkan kemampuan menggunakan bahan kimia sulfur/belerang. Dengan demikian, terdapat total lima kelompok bakteri yang dapat bersifat fototrofik. Secara umum, bakteri ini banyak terdapat di permukaan perairan yang terkena sinar matahari, baik di lautan maupun di sungai dan danau. Bentuk sel bakteri fototrofik secara umum serupa dengan bakteri lainnya. Namun terdapat satu ciri yang membedakan bakteri fototrofik dengan bakteri lainnya, yaitu pigmen atau zat warna. Semua bakteri fototrofik pasti selalu memiliki pigmen yang terkandung dalam sel nya karena pigmen ini yang membantu dalam proses fototrofi.
Memanen Kehidupan dari Matahari
Pada dasarnya, sifat fototrofi secara harfiah berarti memanen matahari. Artinya adalah menggunakan energi matahari untuk mendukung kehidupan. Ketiga kelompok bakteri tersebut memiliki cara sendiri dalam memanen matahari. Bakteri hijau dan ungu (green & purple bacteria) maupun Cyanobacteria menggunakan pigmen untuk menangkap energi matahari dan energi tersebut harus diubah ke bentuk kimia agar dapat digunakan untuk proses selanjutnya. Nah disinilah perbedaan antara Cyanobacteria dengan bakteri hijau & ungu, karena Cyanobacteria menyimpan energi tersebut dalam molekul air (H2O), sedangkan bakteri hijau & ungu menyimpannya dalam molekul asam belerang (H2S). Energi yang disimpan ternyata cukup besar hingga dapat memecah kedua molekul tersebut secara berturut-turut menghasilkan ion hidrogen (H+) bersama dengan oksigen (O2) pada Cyanobacteria atau belerang (S0) pada bakteri hijau/ungu. Ion hidrogen inilah yang kemudian memasuki proses selanjutnya untuk mendukung kehidupan bakteri fototrofik tersebut.
Mengawali Sebuah Kehidupan Bumi
Banyak orang tentu bertanya-tanya bagaimana terjadinya awal kehidupan di bumi ini, setidaknya dari sudut pandang ilmiah. Bukti-bukti yang ada menyatakan bahwa pertama kali bumi terbentuk adalah sekitar 4,5 milyar tahun lalu dan keadaannya jelas berbeda dengan keadaan bumi sekarang ini. Satu hal yang paling membedakan adalah bahwa bumi pada saat itu belum ada oksigen, gas yang kita hirup dengan gratis sekarang ini. Seperti namanya yaitu awal kehidupan, jangan berharap juga ada padi, buah-buahan, ikan, sapi, apalagi tukang nasi goreng. Bakteri fototrofik termasuk salah satu kelompok yang ada pada masa-masa awal bumi. Kemunculannya diawali oleh kelompok bakteri ungu dan seiring dengan berjalannya proses evolusi, maka berkembanglah kelompok bekteri fototrofik lainnya, termasuk Cyanobacteria yang mengisi bumi ini dengan gas oksigen buangannya. Oksigen yang memenuhi atmosfer udara hingga kurang lebih 21% ini menjadi pemicu perkembangan keanekaragaman kehidupan selanjutnya di bumi sampai hari ini.
Langganan:
Komentar (Atom)