Kehidupan​—Serangkaian Rantai yang Mengagumkan

PERNAHKAH terpikir oleh Anda bahwa tubuh kita adalah sekumpulan rantai mikroskopis? Barangkali tidak. Tetapi, dalam kenyataannya, ”pada tingkat komponen penting yang terkecil dari tubuh”, kata buku The Way Life Works (Cara Kerja Kehidupan), kehidupan menggunakan ”rantai sebagai dasar pengorganisasiannya”. Oleh karena itu, satu saja cacat kecil pada beberapa rantai ini dapat berdampak besar terhadap kesehatan Anda. Apa saja rantai ini? Bagaimana mereka berfungsi? Dan, bagaimana mereka mempengaruhi kesehatan dan kesejahteraan Anda?

Pada dasarnya, mereka adalah molekul-molekul mirip rantai yang dibagi menjadi dua kategori utama. Molekul yang akan kita bahas dalam artikel ini adalah protein. Yang satunya lagi adalah molekul yang menyimpan dan meneruskan keterangan genetis​—DNA dan RNA. Tentu saja, kedua kelompok ini saling berkaitan erat. Malah, salah satu fungsi kunci DNA dan RNA adalah menghasilkan jajaran besar protein untuk kehidupan.

Katalis, Penjaga, dan Tiang

Protein adalah molekul besar yang paling beraneka ragam dalam kehidupan. Keluarga protein mencakup antibodi, enzim, pembawa pesan, protein struktural, dan pengangkut. Beragam antibodi, atau imunoglobulin, mempertahankan diri dari penyusup asing seperti bakteri dan virus. Globulin lain membantu menambal pembuluh darah yang rusak karena cedera.

Enzim berfungsi sebagai katalis, mempercepat reaksi kimia, seperti reaksi dalam proses pencernaan. Sesungguhnya, ”tanpa enzim, Anda akan segera kelaparan, karena  untuk mencerna makanan biasa butuh waktu 50 tahun”, jelas buku The Thread of Life (Benang Kehidupan). Enzim bekerja dengan sistem perakitan ban berjalan, masing-masing melakukan tugas yang spesifik. Misalnya, enzim maltase menguraikan maltosa, semacam gula, menjadi dua molekul glukosa. Laktase menguraikan laktosa, atau gula susu. Enzim lain menggabungkan atom dan molekul untuk membentuk produk baru. Dan, mereka bekerja secepat kilat. Satu molekul enzim dapat mengkatalisasi ribuan reaksi kimia per detik!

Beberapa protein digolongkan sebagai hormon dan bertindak sebagai pembawa pesan. Sewaktu dilepaskan ke aliran darah, mereka merangsang atau memperlambat kegiatan bagian lain tubuh. Misalnya, insulin merangsang sel untuk menyerap glukosa, sumber energi mereka. Protein struktural seperti kolagen dan keratin adalah komponen utama tulang rawan, rambut, kuku, dan kulit. Semua protein ini ”bagaikan tiang, palang, papan, semen, dan paku dalam sel”, kata The Way Life Works.

Protein pengangkut dalam membran sel berfungsi seperti pompa dan terowongan, memungkinkan bahan-bahan masuk atau keluar dari sel. Sekarang, marilah kita lihat dari apa protein dibuat dan bagaimana strukturnya yang seperti rantai berkaitan dengan fungsinya.

Rumit tapi Dasarnya Sederhana

Abjad adalah unsur dasar dari banyak bahasa. Dari sederetan huruf, kata-kata pun tersusun. Selanjutnya, kata-kata membentuk kalimat. Pada tingkat molekuler, kehidupan menggunakan prinsip yang serupa. ”Abjad” utama disediakan oleh DNA. Yang menakjubkan adalah bahwa ”abjad” ini hanya terdiri dari empat huruf​—A, C, G, dan T, yang merupakan lambang basa kimia adenin, sitosin (cytosine), guanin, dan timin. Dari empat basa ini, DNA melalui RNA perantara menghasilkan asam-asam amino, yang dapat disamakan dengan kata-kata. Namun, tidak seperti kata-kata biasa, semua asam amino memiliki jumlah huruf yang sama, yakni tiga. ”Mesin-mesin perakit protein”, yang disebut ribosom, mengaitkan asam-asam amino. Rantai yang dihasilkannya, atau protein, dapat disamakan dengan kalimat. Sebuah protein biasa bisa memuat sekitar 300 hingga 400 asam amino, jauh lebih banyak daripada jumlah kata dalam kalimat lisan atau tulisan.

 Menurut sebuah karya referensi, ada ratusan asam amino yang dihasilkan di alam, tetapi hanya sekitar 20 jenis yang terdapat dalam kebanyakan protein. Asam-asam amino ini dapat disusun dengan kombinasi yang nyaris tak terbatas. Pikirkan: Jika 20 asam amino saja digunakan untuk membentuk sebuah rantai sepanjang 100 asam amino, rantai itu bisa disusun dengan lebih dari 10¹⁰⁰ cara yang berbeda​—yakni 1 diikuti oleh 100 nol!

Bentuk dan Fungsi Protein

Bentuk sebuah protein sangat menentukan perannya dalam sel. Bagaimana sebuah rantai asam amino mempengaruhi bentuk protein? Tidak seperti ikatan longgar pada sebuah rantai logam atau plastik, asam-asam amino saling terikat pada sudut tertentu, membentuk pola yang teratur. Beberapa pola ini mirip kumparan pada kabel telepon atau berlipat-lipat seperti lipatan pada kain. Pola-pola ini kemudian ”dilipat”, atau dibentuk, untuk menghasilkan struktur tiga-dimensi yang lebih rumit. Bentuk sebuah protein tidaklah sembarangan. Sesungguhnya, bentuk sebuah protein sangat menentukan fungsinya, dan hal ini tampak jelas sewaktu terjadi kesalahan dalam rantai asam amino.

Kalau Ada Cacat pada Rantai

Sewaktu protein mengalami cacat dalam rantai asam amino atau bila ada kesalahan dalam lipatannya, hal ini dapat mengakibatkan sejumlah penyakit, termasuk anemia sel sabit, dan fibrosis kistik. Anemia sel sabit adalah penyakit genetis yang penderitanya mengalami kelainan molekul hemoglobin dalam sel darah merahnya. Sebuah molekul hemoglobin terdiri dari 574 asam amino yang diatur dalam empat rantai. Perubahan satu asam amino saja pada dua dari keempat rantai itu dapat mengubah hemoglobin normal menjadi jenis sel sabit. Kebanyakan kasus fibrosis kistik diakibatkan oleh protein yang tidak memiliki  asam amino fenilalanin di posisi kunci pada rantai asam amino. Antara lain, cacat ini mengganggu keseimbangan garam dan air yang dibutuhkan dalam membran-membran yang melapisi perut dan paru, sehingga lendir yang melapisi permukaan ini menjadi terlalu kental dan lengket.

Apabila protein tertentu jumlahnya kurang atau tidak ada, hal ini dapat mengakibatkan penyakit seperti albinisme dan hemofilia. Dalam bentuknya yang paling umum, albinisme, defisiensi pigmen, terjadi sewaktu sebuah protein penting yang disebut tirosinase cacat atau hilang. Hal ini mempengaruhi produksi melanin, pigmen cokelat yang biasanya terdapat di mata, rambut, dan kulit manusia. Hemofilia terjadi kalau protein-protein penting yang membantu darah menggumpal kadarnya sangat rendah atau tidak ada. Penyakit lain yang diakibatkan oleh protein yang cacat termasuk intoleransi laktosa, distrofi otot, dan masih banyak lagi.

Sebuah Teori tentang Proses Timbulnya Penyakit

Pada tahun-tahun belakangan ini, para ilmuwan telah memusatkan perhatian pada sebuah penyakit yang menurut beberapa orang diakibatkan oleh bentuk abnormal sebuah protein yang disebut prion. Teorinya adalah bahwa penyakit timbul sewaktu prion yang cacat terikat pada protein prion yang normal sehingga protein normal itu mengalami kesalahan lipatan. Akibatnya adalah ”reaksi berantai yang menyebarluaskan penyakit itu dan menghasilkan bahan penular yang baru”, kata jurnal Scientific American.

Barangkali, pertama kalinya penyakit akibat prion ini menarik perhatian publik adalah pada tahun 1950-an di Papua Nugini. Beberapa suku terasing melakukan semacam kanibalisme untuk alasan religius, dan hal ini mengakibatkan penyakit yang disebut kuru, dengan gejala yang mirip penyakit Creutzfeldt-Jakob. Segera setelah suku itu menghentikan ritus ini, kasus kuru merosot tajam dan kini hampir tak dikenal lagi.

Rancangan yang Mengagumkan!

Namun, syukurlah, protein biasanya terlipat dengan benar dan melakukan tugas mereka dengan kerja sama, efisiensi, dan keakuratan yang mengagumkan. Hal ini luar biasa mengingat ada lebih dari 100.000 jenis protein dalam tubuh manusia, semuanya adalah rantai rumit yang tersusun dalam ribuan jenis lipatan.

Sebagian besar dunia protein masih belum terselidiki. Untuk mempelajari lebih banyak hal lagi, para peneliti kini merancang program komputer yang canggih yang dapat memprediksi bentuk protein dari urutan asam aminonya. Namun, sekalipun hanya sedikit hal yang kita ketahui tentang protein, hal ini meneguhkan dengan jelas bahwa ”rantai kehidupan” ini tidak hanya memiliki pengorganisasian tingkat tinggi, tetapi juga mencerminkan kecerdasan yang tak terselami.

[Kotak/Gambar di hlm. 27]

”Kode Pos” untuk Protein

Untuk mempercepat pengiriman surat, banyak kantor pos mengharuskan si pengirim mencantumkan kode pos dalam alamat setiap surat. Sang Pencipta menggunakan konsep yang mirip untuk memastikan bahwa protein menemukan jalurnya di dalam sel. Hal ini sangat penting mengingat sel adalah tempat yang sangat sibuk, menampung hingga satu miliar protein. Namun, protein yang baru terbentuk selalu menemukan jalur menuju tempat kerjanya, berkat ”kode pos” molekuler—sepenggal rantai khusus asam amino dalam protein itu.

Biolog sel Günter Blobel memenangkan hadiah Nobel pada tahun 1999 karena menemukan konsep yang mengagumkan ini. Namun, Blobel hanyalah penemu. Tidakkah sang Pencipta sel hidup dan jajaran molekulnya yang mengagumkan pantas menerima kemuliaan yang lebih besar?​—Penyingkapan 4:11.

[Bagan/Gambar di hlm. 24, 25]

(Untuk keterangan lengkap, lihat publikasinya)

Bagaimana protein dibuat?

Sel

1 Di dalam inti sebuah sel, DNA memuat instruksi untuk setiap protein

DNA

2 Sebuah bagian DNA terbuka, dan informasi genetis dibuat menjadi RNA pembawa pesan

RNA Pembawa Pesan

3 Ribosom​—”pembaca pesan, perakit protein”—​melekat ke RNA

4 RNA transfer membawa asam amino ke ribosom

Asam-asam amino tunggal

RNA transfer

Ribosom

5 Seraya ribosom ”membaca” RNA, ia menghubungkan asam-asam amino tunggal menurut urutan tertentu untuk membentuk rantai​—protein

Protein terbuat dari asam-asam amino

6 Protein yang seperti rantai harus terlipat dengan tepat agar dapat berfungsi. Bayangkan, sebuah protein biasa panjangnya lebih dari 300 ”mata rantai”!

Protein

Dalam tubuh kita, ada lebih dari 100.000 jenis protein. Semuanya vital untuk kehidupan

Antibodi

Enzim

Protein struktural

Hormon

Pengangkut

[Bagan/Gambar di hlm. 25]

(Untuk keterangan lengkap, lihat publikasinya)

Bagaimana DNA ”mengeja” setiap protein?

DNA G T C T A T A A G

DNA menggunakan empat ”huruf” saja: A, T, C, G

A T C G

”Ejaan” DNA disalin ke bentuk RNA. RNA menggunakan U (urasil) sebagai ganti T

A U C G

Setiap urutan tiga-huruf ”dieja” menjadi ”kata” tertentu, atau asam amino. Misalnya:

G U C = valin

U A U = tirosin

A A G = lisin

Dengan cara ini, masing-masing dari ke-20 asam amino umum dapat ”dieja”. ”Kata” demi ”kata” dirangkai untuk membentuk rantai, atau ”kalimat”​—protein

[Bagan/Gambar di hlm. 26]

(Untuk keterangan lengkap, lihat publikasinya)

Bagaimana protein ”terlipat”?

Asam-asam amino tunggal dirangkai untuk . . .

1 membentuk rantai, lalu . . .

2 membentuk pola, seperti kumparan atau lipatan, lalu . . .

Kumparan

Lipatan

3 terlipat menjadi struktur tiga-dimensi yang lebih rumit, yang adalah . . .

4 satu subunit saja dari suatu protein yang rumit

[Gambar di hlm. 26]

Model komputer sebuah bagian dari protein ribosom ini menggunakan warna untuk menandaskan bentuk tiga dimensinya. Pola struktural ditunjukkan oleh spiral (kumparan) dan panah (lipatan pendek)

[Keterangan]

The Protein Data Bank, ID: 1FFK; Ban, N., Nissen, P., Hansen, J., Moore, P.B., Steitz, T.A.: The Complete Atomic Structure of the Large Ribosomal Subunit at 2.4 A Resolution, Science 289 pp. 905 (2000)

[Keterangan Gambar di hlm. 24]

Adapted drawings: From THE WAY LIFE WORKS by Mahlon Hoagland and Bert Dodson, copyright ©1995 by Mahlon Hoagland and Bert Dodson. Used by permission of Times Books, a division of Random House, Inc.