Sekilas tentang Biokimia
Ilmu Biokimia adalah ilmu yang mempelajari tentang peranan berbagai molekul dalam reaksi kimia dan proses yang berlangsung dalam makhluk hidup. Jangkauan ilmu Biokimia sangat luas sesuai dengan kehidupan itu sendiri. Tidak hanya mempelajari proses yang berlangsung dalam tubuh manusia, ilmu Biokimia juga mempelajari berbagai proses pada organisme mulai dari yang sederhana sampai yang kompleks.
Untuk memberikan pemahaman mengenai konsep-konsep dasar yang terjadi dalam berbagai proses dalam kehidupan, maka diberikanlah Modul pengantar Biokimia ini yang dibagi menjadi empat mata ajaran utama yaitu
1. PROTEIN.
Protein merupakan makromolekul terbanyak dalam makhluk hidup dan mempunyai berbagai peranan penting. Protein terpenting adalah enzim yang merupakan biokatalisator dalam sel. Selain itu protein juga berfungsi sebagai alat transport (hemoglobin), alat pertahanan tubuh (antibodi), hormon, dan lain-lain.
2. DNA & EKSPRESI GENETIK.
DNA mengandung informasi genetik yang kemudian disalin dan diterjemahkan sehingga dibentuk asam amino yang kemudian menjadi protein. Juga dibahas mengenai DNA rekombinan, rekayasa genetik dan proyek human genome.
3. MEMBRAN & KOMUNIKASI ANTAR SEL.
Setiap sel makhluk hidup dibungkus oleh membran yang menyebabkan isi sel tidak bercampur dengan luar sel. Walaupun dilapisi oleh membran, tetap terjadi interaksi antara
sel yang satu dengan sel yang lain karena adanya komunikasi antar sel yang diperantarai oleh berbagai caraka kimia dan reseptornya pada membran dan diteruskan dengan berbagai proses dalam sel.
4. TRANSDUKSI ENERGI & METABOLISME.
Metabolisme membahas bagaimana caranya terbentuk energi (ATP) dalam bioenergetika. Juga dibahas mengenai bagaimana caranya makromolekul yang diperoleh dari makanan dapat diolah menjadi mikromolekul sehingga dapat digunakan tubuh untuk menghasilkan energi. Juga dibicarakan bagaimana makromolekul dapat dibentuk di dalam tubuh dari prekursornya beserta proses pengaturannya dan enzim-enzim yang berperan. Selain itu, dibahas juga mengenai metabolisme non-nutrien, seperti nukleotida, porfirin dan xenobiotik.
Pemahaman mengenai Ilmu Biokimia bermanfaat bagi mahasiswa untuk memahami berbagai fenomena dalam mempelajari penyakit dan perkembangan ilmu kedokteran yang sangat pesat.
Pada akhir modul pengantar biokimia mahasiswa diharapkan dapat menjelaskan konsep dasar ilmu Biokimia dalam kaitannya dengan mekanisme serta pengendalian kerja berbagai sistem dalam tubuh
Biokimia
1.1. PENGERTIAN – RUANG LINGKUP BIOKIMIA
Makhluk hidup, baik tumbuhan, hewan maupun manusia terdiri atas unit-unit kecil yang disebut sel. Selama makhluk itu masih hidup banyak sekali proses perubahan yang terjadi di dalam sel. Aktivitas yang terjadi dalam sel inilah yang menunjang fungsi organ-organ dalam makhluk itu dan dengan demikian juga merupakan penunjang terlaksananya fungsi makhluk hidup itu sendiri.
Fenomena kehidupan yang ditandai oleh adanya pertumbuhan dan reproduksi serta hal-hal yang berkaitan merupakan ruang lingkup Biologi dan ilmuilmu yang relevan misalnya ilmu kedokteran atau kesehatan.
Di sisi lain Ilmu kimia adalah suatu ilmu tentang benda-benda serta proses perubahannya yang ditinjau berdasarkan susunan dan sifat atom-atom atau molekul yang membentuknya. Jadi Ilmu kimia menitik beratkan pembahasannya pada hubungan antara struktur kimia benda-benda dengan fungsi dan reaksi-reaksinya dengan benda lain.
Interseksi sudut pandang ilmu kimia dengan biologi merupakan disiplin ilmu yang meninjau organisme hidup serta proses yang terjadi di dalamnya secara kimia. Disiplin ilmu tersebut yaitu Biokimia. Jadi ruang lingkup biokimia antara lain meliputi studi tentang susunan kimia sel, sifat-sifat senyawa serta reaksi kimia yang terjadi dalam sel, senyawa-senyawa yang menunjang aktivitas organisme hidup serta energi yang diperlukan atau dihasilkan. Dengan kata lain Biokimia menyangkut dua aspek yaitu struktur senyawa dan reaksi antar senyawa dalam organisme hidup.
Reaksi kimia yang terjadi dalam sel disebut metabolisme merupakan bagian penting dan pusat perhatian dalam biokimia.
1.2. Perkembangan Biokimia
Sejalan .dengan Perkembangan biokimia, para, ahli biologi sel ikut memberikansumbangannya dalam bidang struktur .sel. Diawali oleh Robert Hooke pada Abad xvn yang telah melakuk~ observasi terhadap sel-sel, maka perbaikan atas teknik observasidengan menggunakan mikroskop telah dapat meningkatkan pemahaman atas struktur yang kompleks.
Pengembangan mikroskop elektron pada pertengahan Abad XX telahmengakibatkan pemahaman yailg lebih rinci atas struktur sel, terutama organel...,organel yang terdapat dalam sel seperti mitokon¬dria, kloroplas dan lain-lain serta fungsi organel-organel tersebut dalam proses biokimia yang berlangsung dalam sel.
Hal ini sangat menunjang perkembangan biokimia, baik pemahaman atas struktur senyawa-senyawa biokimia, maupun identifIkasi reaksi metabolik dalam sel. Meskipun demikian masih banyak proses kimia dalam kehidupan yang belum dapat dijelaskan.
Perkembangan biokimia juga tidak terlepas dari perkembangan yang terjadi pada bidang pengetahuan genetika. Gagasan tentang adanya gen, yakni unit pembawa sifat-sifat yang diturunkan oleh individu, timbul dati karya Gregor Mendel pada pertengahan Abad XIX dan kemudian menjelang Abad XX diketahui bahwa gen tersebut terdapat pada kromosom. Namun hingga pertengahan Abad XX, belum ada seorang pun yang dapat mengisolasi gen serta mengetahui struktur kimianya.
Telah diketahui bahwa kromosom itu terdiri dati protein dan asam aukleat. Struktur kimia dati protein dan asam-nukleat belum diketahui meskipun pada. tahun 1869 asam nukleat telah dijsolasi Friedrich Miescher. Pada awal Abad XX kebanyakan ahli biokiinia berpen¬dapat bahwa hanya protein dengan s~ruktrur yang kompleks yang membawa informasi genetika, sedangkan asam nukleat dipandang sebagai senyawa yang sederhana• dalam sel.
Barn pada pertengahan Abad XX ini terbukti bahwa asam deok¬siribonukleat (DNA) adalah senyawa pembawa informasi genetika. Suatu kemajuan ilmiah yang sangat penting telah terjadi pada tahun 1953, ketika James Watson dan Francis Crick menjelaskan tentang struktur DNA yang berbentuk heliks ganda. Dengan struktur DNA demikian ini dapat dijelaskan pula bagaimana informasi genetika dapat dilangsungkan sehingga makin bertambahlah pengetahuan tentang proses-proses "Yang teIjadi dalam -sel hidup. Hal ini jelas merupakan sumbangan bagi. kemajuan dalam bidang bio¬kimia.
Secara umum dapat •;dikatakan 'bahwa dalam Abad XX . ini biokimia mengalami perkembangan :yang pesat. Penelitian dalam masalah gizi telah menimblllkan penemuan tentang vitamin yang dapat mencegah seseorang terkena penyakit tertentu. Dengan ma-junya pengetahlian. tentang .struktur dan sifat protein, telah diketahui bahwa enzim yang meropakan biokatalis bagi reaksi yang terjadi dalam tubuh adalah suatu protein. Disamping itu kemajuan atau perkembangan metodeanalisis kromatogrcw, penemuan hasil antara dalam metabolisme karbohidrat, lemak dan protein, peilemuan struktur primer, sekunder, tersier dan kuartemer protein serta struk¬tur DNA dan RNA mempunyai arti y.ang sangat penting da1am perkembangan biokimia. Selain itu perkembangan biokimia juga dapat terlihat dari banyaknya publikasi baik berupa buku, majalah atall disertasi yang memuat hasil-hasil penelitian dalam berbagai bidang dalam biokimia serta penerapannya.
1.3. KETERKAITAN BIOKIMIA DENGAN ILMU LAIN
Semula Ilmu Kimia mempunyai 2 spesialisasi yaitu Kimia anorganik dan Kimia Organik. Kimia organic merupakan spesialisasi kimia yang mempelajari phenomena kimia dalam bahan alam atau organisme (makhluk hidup).
Bahan alam selalu menarik perhatian para ahli kimia dan biologi. Sejak sekitar pertengahan abad ke 18- telah dapat dipisahkan beberapa senyawa organic dari makhluk hidup. Sebagai contoh misalnya : Karl Wilhelm sheele (1742-1786) telah berhasil memisahkan senyawa gliserol,asamoksala, laktat dan sitrat dari sumber organik yang berasal dari tumbuhkan dan binatang . Friederich W.Struner (1783-1841). Berhasil memisahkan morfina dari opium dan sebagainya.
Pada tahun 1828 Friedrich Wohler menunjukan bahwa Urea yang terdapat dalam urine ternyata dapat dibuat dalam Laboratorium dengan jalan memanaskan alkali sianat dengan garam almonium. Penemuan ini menjadi babak baru dalam perkembangan sudut padang Kimia organic.
Pada abat XIX Eduard dan Hans Buhner menemukan bahwa ekstrak sel-sel ragi yang telah dirusak atau telah mati tetap dapat menyebabkan terjadinya proses peragian / fermentasi. Penemuan ini membuka kemungkinan dilakukan analisis reaksi-reaksi biokimia secara in vitro (di Laboratorium). Pada tahun 1926 J.B Sumner membuktikan bahwa urease yaitu enzim yang diperoleh dari biji kara pedang (Jack beans) dapat dikristalkan seperti juga senyawa organic lainnya.
Perkembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan tersebut memacu perkembangan dan spesialisasi dari kimia organic yaitu Biokimia .
Kimia organic pertama kali dikenal dengan nama kimia zat alam dan biokimia satu sama lain saling jalin menjalani tanpa terlihat adanya garis pembatasan yang tegas. Senyawa yang ternyata merupakan hasil samping metabolisme, misalnya pencernaan, pada hakekatnya telah lama diketahui orang dan sebenarnya adalah zat-zat organic. Senyawa organic yang dikenal sebagai karbohidrat dalam biokimia adalah sumber energi metabolisme orang / binatang, tetapi juga merupakan hasil proses fotosintesa dari tumbuhan.
Meskipun biokimia yang pada hakekatnya merupakan spesialisasi dari kimia organic,namun dalam perkembangannya terdapat perbedaannya yang tajam dalam penekanannya yaitu sebagai brikut :
1. Kimia organic terutama mempelajari struktur, sifat-sifat dan fisika secara sintesisnya baik secara alami atau in vivo dari zat-zat kimia, bahan alam misalnya cara pembentukan dan peran biologisnya.
2. Biokimia terutama menekankan pada proses metabolisme primer, yang terdiri dari anabolisme (Reaksi pembentukan) dan katabolisme (Reaksi pemecahan). Metabolisme primer yaitu keseluruhan proses sintesis dan perombakan zat-zat penyusun utama makhluk hidup seperti polisa karida, protein, lemak dan asam nukleat, yang dilakukan oleh organisme untuk kelangsungan hidupnya. Biokimia meliputi sebagian proses-proses kimia organic, bukan saja pada tumbuhan, melainkan juga pada hewan dan makhluk hidup lainnya.
3. Biosintesa terutama mempelajari pembentukan molekul alam dari molekul lain yang rumit strukturnya dengan melalui endoorganic yang merupakan ciri khas pada proses-proses anabolic dalam metabolisme.
1.4. Manfaat. Biokimia
Sebagai suatu disiplin• ilmu, 'biokimia mengalami kemajuan ber¬kat penelitian yang telah dilakukan oleh para abli biokimia. Manfaat yang diperoleh tampak pada penerapan hasil-hasil peneli¬tian tersebut.
Pada dasarya penerapan biokimia banyak terdapat dalam bidang pertanian dan kedokteran. Sebagai conton biokimia mempunyai peranan dalam memecahkan masalah gizi, penyakit-penyakit akibat dari kurang gizi temtama pada anak-anak. Biokimia juga dapat menjelaskan hal~hal dalam bidang farmakologi dan toksikologi brena dua bidang ini berhubungan dengan pengaruh bahan kimia dari luar terhadap metabolisme. Obat-obatan biasanya mempenga¬rubi jalur metabolik tertentu, misalnya antibiotik penisilin dapat membunuh bakteri dengan menghambat pembentukan polisakarida pada dinding sel bakteri. Dengan demikian bakteri akan mati karena tak dapat membentuk dinding sel.
Penggunaan pestisida di bidang pertanian telah kita kenal lama. Pada umumnya pestisida bekerja dengan jalan menghambat enzim yang bekerja pada hama atau organisme ter:tentu.
Dalam hal ini biokimia berperan dalam meneliti mekanisme ketja pestisida tersebut sehingga dapat meningkatkan selektivitasnya dan dengan demikian dapat dicegah dampak negatif terhadap lingkungan hidup yang dapat ditimbulkannya. Jadi biokimia juga merupakan komponeri penting dalam pengetahuan tentang lingkungan hidup.
Peningkatan kualitas produk dalambidang pertanian dan peternakan telah dapat diwujudkan dengan menerapkan hasil-hasil penelitian dalam bidang genetika. Rekayasa genetika pada waktu ini telah dilaksanakan dan memberi¬kan hasil yang menggembirakan.
Di atas telah dijelaskan tentang manfaat biokimia sebagai suatu disiplin ilmu. Manfaat apakah yang dapat kita peroleh bagi diri kita sendiri maupun bagi orang lain dengan mempelajari biokimia ini? Dengan mempelajari biokimia kita mengetahui tentang reaksi-reaksi kimia penting yang teljadi dalam sel.
Hal ini berarti kita dapat memahami proses-proses yang terjadi dalam tubuh. Dengan demi¬kian diharapkan kita akan mampu menghindari hal-hal dari luar yang akan mempengaruhi proses dalam sel-sel tubuh, misalnya kita akan dapat mengaJ;ur makanan yang akan kita makan sehingga kita memperoleh manfaat dari makanan secara optimal. Contoh lain kita akan mampu menghindari damp'ak dari suatu lingkungan yang tercemar oleh,Jimbah yang membahayakan kesehatan.
Manfaat mempetajari biokimia tersebut tentu dapat kita berikan kepada orang lain, masyarakat atau kepada anak didik apabila kita bekerja sebagai guru. Bagi guru sangat diperlukan adanya suatu wawasan yang luas. Misalnya dalam mengajarkan ilmu kimia, maka pengetahuan kita tentang biokimia akan sangat membantu dalam memberikan contoh-contoh yang dapat menarik perhatian para anak didik. Wawasan yang luas tentang masalah lingkungan hidup tentu akan meningkatkan gairah qalam proses belajar-mengajar dan hal ini akan membantu upaya kita dalarn menjaga kelestarian lingkungan yang sehat.
Istilah Biokimia diperkenalkan oleh seorang ahli kimia asal Jerman Karl Neuberg (1903) yang mengungkap penelitian ahli kimia Swedia yang bernama Karl Wilhelm Scheele tentang susunan kimia jaringan pada hewan dan tumbuhan. Para peneliti tersebut juga telah mampu mengisolasi asam oksalat, asam laktat, asam sitrat, serta ester dan kasein dari sejumlah bahan yang ditemukan di alam.
Biokimia sendiri berasal dari kata Yunani, yaitu “bios” yang berarti kehidupan dan kata “chemis” yang bermakna kimia. Biokimia secara istilah didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari berbagai dasar-dasar kimia dan reaksi-reaksi kimia kehidupan serta interaksi molekul dalam sel makhluk hidup.
Di awal abad ke-19, Friedrich Wohler menjadikan Biokimia sebagai sebuah bidang studi. Hal ini dibuktikan dengan penelitian Wohler yang mengungkap keberadaan urea dalam urine manusia. Urea sendiri dapat dibuat di dalam laboratorium. Caranya adalah dengan memanaskan alkali sianat dan dicampur dengan garam amonium.
Perkembangan Biokimia dilanjutkan dengan penemuan dua bersaudara Eduard dan Hans Buchner yang menyatakan bahwa sel-sel ragi yang telah mati masih mampu untuk menyebabkan terjadinya proses fermentasi gula menjadi alkohol.
Penemuan dua bersaudara ini membuka cakrawala baru dalam Biokimia, yaitu adanya kemungkinan dilakukannya analisis reaksi Biokimia dan proses Biokimia dengan alat laboratorium (in vitro), tanpa perlu menggunakan organisme hidup (in vivo). Penemuan ini dilanjutkan dengan terobosan biokatalis, yaitu katalisator alami yang mampu mempercepat reaksi biokimia.
J.B Sumner (1926) berhasil membuat penemuan lain, yaitu melakukan proses kristalisasi urease dan aplikasinya untuk senyawa organik lainnya. Penemuan Sumner memperkuat indikasi bahwa enzim pada tubuh makhluk hidup meskipun mempunyai struktur yang sangat kompleks ternyata dapat dipelajari dan diteliti walaupun dengan skala laboratorium sekalipun.
Perkembangan Biokimia
Perkembangan Biokimia tidak hanya didominasi oleh ahli-ahli kimia semata. Para ahli Biologi juga menunjukkan perannya. Robert Hooke di awal ke-17 telah melakukan penelitian terhadap sel menggunakan mikroskop. Hal ini sangat membantu observasi untuk meningkatkan pemahaman terhadap struktur sel yang sanagt kompleks.
Di pertengahan abad ke-20, mikroskop electron telah dikembangkan sebagai salah satu alat yang paling berpengaruh terhadap pengamatan sel dan strukturnya. Dengan adanya mikroskop electron, organel-organel yang terdapat di dalam sel seperti mitokondria, retikulum endoplasma, ribosom, kloroplas dan lainnya dapat teramati dengan jelas.
Hal ini sangat berpengaruh terhadap Biokimia, semakin banyak ilmuwan yang berupaya menguak fungsi masing-masing organel tersebut. Meski sampai saat ini masih banyak proses kimia kehidupan yang belum mampu dijelaskan secara ilmiah.
Ahli Biologi lainnya yang menginpirasi para ilmuwan Biokimia adalah Gregor Mendel. Hal ini tak terlepas atas jasa-jasa Mendel terhadap ilmu genetika. Gregor Mendel-lah yang pertama kali mengemukakan tentang pewarisan sifat. Di pertengahan abad ke-19. Di awal abad ke-20 diketahui bahwa pembawa sifat itu adalah gen yang terdapat di dalam kromosom dan diketahui bahwa kromosom terdiri atas protein dan asam nukleat.
Pada 1869, Friedrich Miescher telah berhasil mengisolasi asam nukelat. Isolasi ini dilanjutkan oleh James Watson dan Francis Crick (1953) di abad ke-20 yang berhasil membuktikan bahwa asam deoksiribonukleat (DNA) adalah senyawa pembawa informasi genetika untuk penurunan sifat makhluk hidup.
Mereka berdua juga telah mengungkap struktur DNA yang dobel heliks. Perkembangan selanjutnya adalah ditemukannya RNA untuk proses replikasi DNA, serta proses rekayasa genetika tentu membutuhkan sumbangan besar dari Biokimia.
