Rancangan Menakjubkan​—Molekul Hemoglobin yang Luar Biasa

”Bernapas sepertinya sangat sederhana, tetapi tampaknya manifestasi kehidupan yang mendasar ini hanya dimungkinkan karena interaksi antara berbagai jenis atom dalam sebuah molekul raksasa yang sangat rumit.”​—Max F. Perutz, salah seorang pemenang Hadiah Nobel pada 1962 untuk penelitian molekul hemoglobin.

BERNAPAS adalah hal yang sangat wajar. Kebanyakan dari kita jarang memikirkannya. Namun, yang membuat kita tetap hidup bukanlah sekadar bernapas, melainkan karena ada molekul hemoglobin manusia, mahakarya molekuler yang sangat rumit yang dirancang oleh Pencipta kita. Hemoglobin dalam masing-masing dari 30 triliun sel darah merah kita mengangkut oksigen dari paru-paru ke berbagai jaringan di seluruh tubuh. Tanpa hemoglobin, kita akan mati seketika.

Bagaimana molekul hemoglobin dapat mengambil molekul-molekul oksigen yang sangat kecil pada saat yang tepat, menahannya dengan aman sampai saat yang tepat, dan melepaskannya pada saat yang tepat pula? Jawabannya berkaitan dengan beberapa prestasi rekayasa molekuler yang menakjubkan.

”Taksi-Taksi” Molekuler

Anda dapat membayangkan setiap molekul hemoglobin dalam sel sebagai taksi kecil empat-pintu, dengan ruang untuk persis empat ”penumpang”. Taksi molekuler ini tidak membutuhkan sopir, karena taksi ini menumpang dalam sel darah merah, yang dapat digambarkan sebagai wadah bergerak yang sarat dengan molekul-molekul hemoglobin ini.

Perjalanan molekul hemoglobin dimulai ketika sel-sel darah merah tiba di alveoli paru-paru, yang dapat diibaratkan dengan ”bandara”. Sewaktu kita menghirup udara ke dalam paru-paru kita, serombongan besar molekul oksigen tiba dan segera mencari taksi untuk ditumpangi. Molekul-molekul itu segera berdifusi ke dalam sel-sel darah merah, atau ”wadah”. Saat ini, pintu-pintu taksi hemoglobin di dalam setiap sel masih tertutup. Tetapi, tak lama kemudian, sebuah molekul oksigen di antara keramaian menerobos masuk dan duduk di dalam taksi hemoglobin.

Lalu, terjadilah sesuatu yang sangat menarik. Di dalam sel darah merah, molekul hemoglobin mulai berubah bentuk. Keempat ”pintu” taksi hemoglobin mulai terbuka secara otomatis saat penumpang pertama masuk, sehingga ketiga penumpang lainnya bisa masuk dengan lebih mudah. Proses ini, yang disebut kooperativitas, begitu efisien sehingga dalam satu tarikan napas, 95 persen ”kursi” dari semua taksi dalam sebuah sel darah merah ditempati. Secara keseluruhan, lebih dari seperempat miliar molekul hemoglobin dalam satu sel darah merah dapat mengangkut sekitar satu miliar molekul oksigen! Segera, sel darah merah yang berisi semua taksi ini berangkat mengantarkan pasokan oksigen yang berharga ke berbagai jaringan tubuh yang membutuhkannya. Tetapi, Anda mungkin bertanya, ’Apa yang menahan atom-atom oksigen di dalam sel agar tidak keluar sebelum waktunya?’

Jawabannya adalah bahwa di dalam setiap molekul hemoglobin, molekul-molekul oksigen menempel ke atom-atom besi yang sudah menunggu. Anda mungkin pernah melihat apa yang terjadi ketika besi terkena oksigen di dalam air. Biasanya, hasilnya adalah oksida besi, atau karat. Saat besi berkarat, oksigen terkunci secara permanen dalam kristal. Jadi, bagaimana molekul hemoglobin dapat memadukan dan juga memisahkan zat besi dan oksigen dalam lingkungan berair di dalam sel darah merah tanpa menyebabkan karat?

Melihat Lebih Dekat Lagi

Untuk menjawab pertanyaan itu, marilah kita amati lebih dekat lagi molekul hemoglobin. Molekul ini terdiri atas sekitar 10.000 atom hidrogen, karbon, nitrogen, sulfur, dan oksigen yang secara cermat dirakit di sekeliling 4 atom besi saja. Mengapa empat atom besi membutuhkan penopang sebanyak itu?

Pertama, keempat atom besi itu bermuatan listrik dan harus dikendalikan dengan cermat. Jika sampai lepas, atom-atom bermuatan listrik, yang disebut ion, dapat mengakibatkan kerusakan besar di dalam sel. Jadi, masing-masing dari keempat atom besi itu diamankan di tengah-tengah semacam pelat yang kaku.a Kemudian, keempat pelat itu dipasang dengan cermat dalam molekul hemoglobin sedemikian rupa sehingga molekul-molekul oksigen dapat masuk ke dalam ion besi, tetapi molekul-molekul air tidak dapat. Tanpa air, kristal karat tidak dapat terbentuk.

Di dalam molekul hemoglobin, atom besi sendiri tidak dapat mengikat dan melepaskan oksigen. Namun, tanpa keempat atom besi yang bermuatan listrik, bagian selebihnya dari molekul hemoglobin tidak akan ada gunanya juga. Hanya jika ion-ion besi ini dengan sempurna dipasangkan pada molekul hemoglobin barulah pengangkutan oksigen ke seluruh aliran darah bisa berlangsung.

Melepaskan Oksigen

Seraya sel darah merah meninggalkan arteri dan bergerak ke kapiler-kapiler halus jauh di dalam jaringan tubuh, lingkungan di sekitar sel darah merah berubah. Sekarang, lingkungannya lebih hangat daripada di paru-paru, dan di situ ada lebih sedikit oksigen dan keasamannya lebih tinggi karena adanya karbon dioksida di sekeliling sel. Sinyal-sinyal ini memberi tahu molekul hemoglobin, atau taksi, di dalam sel bahwa sudah saatnya melepaskan penumpang mereka yang berharga, oksigen.

Sewaktu keluar dari molekul hemoglobin, molekul oksigen berubah bentuk lagi. Perubahannya hanya cukup untuk ”menutup pintu” dan membiarkan oksigen berada di tempat yang paling membutuhkannya, yakni di luar. Pintu itu juga perlu ditutup guna mencegah hemoglobin mengangkut oksigen kembali ke paru-paru. Sebaliknya, hemoglobin siap mengangkut karbon dioksida dalam perjalanan pulang.

Tak lama kemudian, sel-sel darah merah yang tak beroksigen itu kembali ke paru-paru, di mana molekul-molekul hemoglobin akan melepaskan karbon dioksida dan diisi kembali oleh oksigen penopang kehidupan​—proses ini diulangi ribuan kali selama jangka hidup sel darah merah, yakni sekitar 120 hari.

Jelaslah, hemoglobin bukanlah molekul biasa. Seperti disebutkan di awal artikel ini, hemoglobin adalah ”molekul raksasa yang sangat rumit”. Kita pasti terpukau dan bersyukur kepada Pencipta kita atas rekayasa mikro yang cemerlang dan teliti yang memungkinkan adanya kehidupan!

[Catatan Kaki]

[Kotak/​Tabel di hlm. 28]

RAWATLAH HEMOGLOBIN ANDA!

”Darah yang kekurangan zat besi”, ungkapan yang sering diucapkan di beberapa tempat, sebetulnya memaksudkan darah yang kekurangan hemoglobin. Tanpa keempat atom besi yang sangat penting dalam molekul hemoglobin, ke-10.000 atom lainnya di dalam molekul itu tidak ada gunanya. Jadi, sangatlah penting untuk memperoleh cukup zat besi dengan menyantap makanan sehat. Beberapa bahan yang kaya zat besi tercantum dalam bagan.

Selain mengonsumsi makanan yang kaya akan zat besi, kita harus mengindahkan nasihat berikut: 1. Lakukan olahraga yang tepat secara rutin. 2. Jangan merokok. 3. Hindari asap rokok orang lain. Mengapa rokok dan berbagai bentuk lain dari tembakau sangat berbahaya?

Alasannya karena asap itu sarat karbon monoksida, racun yang juga terdapat dalam emisi kendaraan bermotor. Karbon monoksida adalah penyebab dari kematian yang tidak disengaja dan juga digunakan beberapa orang untuk bunuh diri. Dibandingkan dengan oksigen, karbon monoksida 200 kali lebih mudah terikat dengan atom besi di dalam hemoglobin. Jadi, pengaruh asap rokok terhadap seseorang sangat cepat dan kuat karena mengurangi asupan oksigen.

[Tabel]

MAKANAN PORSI ZAT BESI (mg)

Molase murni 1 sendok makan 5,0

Tahu mentah 1/2 cangkir 4,0

Miju 1/2 cangkir 3,3

Sampil sapi 3 ons 3,2

Peach kering 5 belahan 2,6

Kacang merah 1/2 cangkir 2,6

Germ (lembaga) gandum 1 ons (1/4 cangkir) 2,6

Kacang arab 1/2 cangkir 2,4

Brokoli 1 batang ukuran sedang 2,1

Daging ayam hitam 3 ons 2,0

Bayam 1 cangkir, mentah 0,8

[Diagram/​Gambar di hlm. 26]

(Untuk keterangan lengkap, lihat publikasinya)

Struktur protein

Oksigen

Atom besi

Heme

Dalam lingkungan paru-paru yang kaya akan oksigen, molekul oksigen akan terikat ke hemoglobin

Setelah molekul oksigen pertama terikat, terjadilah sedikit perubahan bentuk hemoglobin yang memungkinkan tiga lagi molekul oksigen terikat dengan cepat

Hemoglobin mengangkut molekul oksigen dari paru-paru lalu melepaskannya di tempat yang membutuhkannya di dalam tubuh