Respirasi Sel

Respirasi Sel (Katabolisme)

Respirasi Sel (Katabolisme) + Video Lengkap

Metabolisme adalah suatu reaksi kimia yang berlangsung dalam tubuh makhluk hidup (reaksi biokimia). Pengertian ini mencakup dua hal yaitu katabolisme dan anabolisme.

Katabolisme

Katabolisme disebut juga respirasi, merupakan proses pemecahan bahan organik menjadi bahan anorganik dan melepaskan sejumlah energi (reaksi eksergonik). Energi yang lepas tersebut digunakan untuk membentuk adenosin trifosfat (ATP), yang merupakan sumber energi untuk seluruh aktivitas kehidupan.
Pada prinsipnya katabolisme merupakan reaksi reduksi-oksidasi (redoks), karena itu dalam reaksi tersebut diperlukan akseptor elektron untuk menerima elektron dari reaksi oksidasi bahan organik. Akseptor elektron tersebut diantaranya adalah:

• NAD (nikotinamida adenin dinukleotida)
• FAD (flavin adenin dinukleotida)
• Ubikuinon
• Sitokrom
• Oksigen

Ada empat langkah dalam proses respirasi, yaitu: glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, daur Krebs, dan rantai transpor elektron.
1.    Glikolisis
Glikolisis berlangsung di sitosol, merupakan proses pemecahan molekul glukosa yang memiliki 6 atom C menjadi dua molekul asam piruvat yang memiliki 3 atom C. Reaksi yang berlangsung di sitosol ini menghasilkan 2 NADH dan 2 ATP.


2.    Dekarboksilasi Oksidatif

Dekarboksilasi oksidatif berlangsung di matriks mitokondria, sebenarnya merupakan langkah awal untuk memulai langkah ketiga, yaitu daur Krebs. Pada  langkah ini 2 molekul asam piruvat yang terbentuk pada glikolisis masing-masing diubah menjadi Asetil-KoA (asetil koenzim A) dan menghasilkan 2 NADH.
3.    Daur Krebs
Daur Krebs yang berlangsung di matriks mitokondria disebut juga daur asam sitrat atau daur asam trikarboksilat dan berlangsung pada matriks mitokondria. Asetil-KoA yang terbentuk pada dekarboksilasi oksidatif, memasuki daur ini. Pada akhir siklus dihasilkan 6 NADH, 2 FADH, dan 2 ATP. (lihat skema di bawah)


4.    Rantai Transpor Elektron

Rantai transpor elektron berlangsung pada krista mitokondria. Prinsip dari reaksi ini adalah: setiap pemindahan ion H (elektron) yang dilepas dari dua langkah pertama tadi antar akseptor dihasilkan energi yang digunakan untuk pembentukan ATP.



Setiap satu molekul NADH yang teroksidasi menjadi NAD akan melepaskan energi yang digunakan untuk pembentukan 3 molekul ATP. Sedangkan oksidasi FADH menjadi FAD, energi yang lepas hanya bisa digunakan untuk membentuk 2 ATP. Jadi, satu mol glukosa yang mengalami proses respirasi dihasilkan total 38 ATP.
Tabel berikut menjelaskan perhitungan pembentukan ATP per mol glukosa yang dipecah pada proses respirasi.

Proses	ATP	NADH	FADH
Glikolisis Dekarboksilasi oksidatif Daur Krebs Rantai transpor elektron	2 - 2 34	2 2 6 -	- - 2 -
Total	38	10	2

Respirasi Anaerob

Oksigen diperlukan dalam respirasi aerob sebagai penerima H yang terakhir dan membentuk H2O. Bila berlangsung aktivitas respirasi yang sangat intensif seperti pada kontraksi otot yang berat akan terjadi kekurangan oksigen yang menyebabkan berlangsungnya respirasi anaerob. Contoh respirasi anaerob adalah fermentasi asam laktat pada otot, dan fermentasi alkohol yang dilakukan oleh jamur Sacharromyces (ragi).
1.    Fermentasi asam laktat


Asam piruvat yang  terbentuk pada glikolisis tidak memasuki daur Krebs dan rantai transpor elektron karena tak ada oksigen sebagai penerima H yang terakhir. Akibatnya asam piruvat direduksi karena menerima H dari NADH yang terbentuk saat glikolisis, dan terbentuklah asam laktat yang menyebabkan rasa lelah pada otot. Peristiwa ini hanya menghasilkan 2 ATP untuk setiap mol glukosa yang direspirasi.

CH3.CO.COOH + NADH —–> CH3.CHOH.COOH + NAD + E
(asam piruvat)                           (asam laktat)
2.    Fermentasi alkohol



Pada fermentasi alkohol asam piruvat diubah menjadi asetaldehid yang kemudian menerima H dari NADH sehingga terbentuk etanol. Reaksi ini juga menghasilkan 2 ATP.
CH3.CO.COOH —–> CH3.CHO + NADH —–> C2H50H + NAD + E
(asam piruvat)           (asetaldehid)                             (etanol)

Sintesis Protein

Langkah-langkah proses Sintesis Protein

Secara garis besar, ADN sebagai bahan genetis mengendalikan sifat individu melalui proses sintesis protein. Ada dua kelompok protein yang dibuat ADN, yaitu protein struktural dan protein katalis. Protein struktural akan membentuk sel, jaringan, dan organ hingga penampakan fisik suatu individu. Inilah yang menyebabkan ciri fisik tiap orang berbeda satu sama lain. Protein katalis akan membentuk enzim dan hormon yang berpengaruh besar terhadap proses metabolisme, dan akhirnya berpengaruh terhadap sifat psikis, emosi, kepribadian, atau kecerdasan seseorang.
Proses sintesis protein dapat dibedakan menjadi dua tahap. Tahap pertama adalah transkripsi yaitu pencetakan ARNd oleh ADN yang berlangsung di dalam inti sel. ARNd inilah yang akan membawa kode genetik dari ADN. Tahap kedua adalah translasi yaitu penerjemahan kode genetik yang dibawa ARNd oleh ARNt.
Sebelum saya jelaskan prosesnya, sebaiknya pahami ini:

- Langkah sintesis protein - Tempat berlangsung - Perancang jenis protein - Pelaksana proses sintesis - Sumber energi - Bahan sintesis protein - Enzim yang diperlukan untuk transkripsi

: Transkripsi dan Translasi : Ribosom : ADN : ARNd, ARNt, dan ARNr : Adenosin Tri Phosphat (ATP) : asam amino : ARN polimerase

1. Transkripsi
Langkah transkripsi berlangsung sebagai berikut:

1. Sebagian rantai ADN membuka, kemudian disusul oleh pembentukan rantai ARNd. Rantai ADN yang mencetak ARNd disebut rantai sense/template. Pasangan rantai sense yang tidak mencetak ARNd disebut rantai antisense.
2. Pada rantai sense ADN didapati pasangan tiga basa nitrogen (triplet) yang disebut kodogen. Triplet ini akan mencetak triplet pada rantai ARNd yang disebut kodon. Kodon inilah yang disebut kode genetika yang berfungsi mengkodekan jenis asam amino tertentu yang diperlukan dalam sintesis protein. Selanjutnya boleh dikatakan bahwa ARNd atau kodon itulah yang merupakan kode genetika. Lihat daftar kodon dan asam amino yang dikodekannya di bawah ini.
3. Setelah terbentuk, ARNd keluar dari inti sel melalui pori-pori membran inti menuju ke ribosom dalam sitoplasma.

Untuk setiap satu molekul protein yang dibentuk akan selalu dimulai dengan kodon inisiasi atau kodon start yaitu AUG yang mengkodekan asam amino metionin. Jika satu molekul protein telah terbentuk akan selalu diakhiri dengan tanda berupa kodon stop atau kodon terminasi, yaitu UGA, UAA, atau UAG (lihat daftar di atas).
Lihat video mengenai transkripsi berikut.

Proses transkripsi

Konsep penting:

Pasangan tiga basa nitrogen disebut triplet. Triplet yang terdapat pada rantai sense ADN yang mencetak ARNd disebut kodogen. Triplet yang terdapat pada ARNd disebut kodon. Triplet yang terdapat pada ARNt disebut antikodon.

2. Translasi
Pahami dulu konsep ini:

ARNt memiliki triplet yang merupakan pasangan kodon dan disebut antikodon. Setiap ARNt hanya dapat mengikat satu jenis asam amino sesuai yang dikodekan oleh kodon. Jadi dalam translasi terjadi penerjemahan kode genetik yang dibawa ARNd (kodon) oleh ARNt (antikodon) dengan cara ARNt mengikat satu asam amino yang sesuai.

Setelah ARNd keluar dari dalam inti, selanjutnya ia bergabung dengan ribosom dalam sitoplasma. Langkah berikutnya adalah penerjemahan kode genetik (kodon) yang dilakukan oleh ARNt. Caranya, ARNt akan mengikat asam amino tertentu sesuai yang dikodekan oleh kodon, lalu membawa asam amino tersebut dan bergabung dengan ARNd yang telah ada di ribosom. Langkah tersebut dilakukan secara bergantian oleh banyak ARNt yang masing-masing mengikat satu jenis asam amino yang lain.
Mungkinkah ARNt keliru membawakan jenis asam amino sehingga tidak sesuai dengan kodon? Kecuali terjadi mutasi, kemungkinan hal ini sangat kecil terjadi. Karena setiap ARNt yang membawa asam amino akan berpasangan tepat sama dengan ARNd membentuk pasangan kodon – antikodon. Dengan cara demikian kecil kemungkinan ARNt ‘salah membawa’ asam amino.
Setelah asam amino dibawa ARNt bergabung dengan ARNd di ribosom, selanjutnya akan terjadi ikatan antar asam amino membentuk polipeptida. Protein akan terbentuk setelah berlangsung proses polimerisasi.
Perhatikan video mengenai proses translasi berikut ini:

Proses translasi

Simpulan singkat langkah sintesis protein berlangsung sebagai berikut:

ADN mencetak ARNd dalam proses transkripsi yang berlangsung di dalam inti.
ARNd keluar dari dalam inti bergabung dengan ribosom di sitoplasma.
Datang ARNt membawa asam amino yang sesuai dengan kodon.
Terjadi ikatan antar asam amino sehingga terbentuk protein.

Agar lebih jelas dan bisa membayangkan proses sintesis protein secara keseluruhan, silahkan lihat video animasi berikut ini.

Proses sintesis protein

Blogger Labels: antisense,sense,antikodon,kodogen,kodon,translasi,transkripsi,Sintesis protein

Asal-usul kehidupan

Asal-usul kehidupan :

1. Biogenesis versus Abiogenesis

Sampai sekarang belum ada seorangpun yang berhasil memecahkan masalah bagaimana asal kehidupan di bumi ini. Banyak teori atau faham yang diajukan, tapi sampai sekarang belum memberikan jawaban yang memuaskan. Usaha manusia untuk mengetahui bagaimana dan darimana asal kehidupan sudah dimulai sejak jaman Yunani kuno, tetapi kebanyakan hanya berupa mitos.
Beberapa teori yang pernah diajukan untuk menjawab permasalahan tersebut diantaranya adalah:

1. Teori Kreasi Khas (Special Creation) : menyatakan bahwa kehidupan diciptakan oleh suatu zat supranatural
2. Teori Mantap : menyatakan bahwa kehidupan tidak berasal-usul (keadaan mantap)
3. Teori Kosmozoan : menyatakan bahwa kehidupan berasal dari spora kehidupan yang datangnya dari luar angkasa
4. Teori Generatio Spontanea : menyatakan bahwa makhluk hidup tercipta secara mendadak (spontan).
5. Teori Abiogenesis : menyatakan bahwa makhluk hidup berasal dari benda tak hidup. (Teori ini sering rancu dengan Generatio Spontanea, sehingga sering dikatakan bahwa menurut teori Abiogenesis makhluk hidup berasal dari benda tak hidup yang terjadi secara spontan. Sebenarnya ini dua teori yang berbeda)
6. Teori Biogenesis : menyatakan bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk hidup sebelumnya
7. Teori Naturalistik/Evolusi Organik/Neoabiogenesis/Oportunistik : menyatakan bahwa kehidupan tercipta melalui proses evolusi kimia dan evolusi biologi berdasarkan pada konsep biologi modern.

Asal-usul kehidupan

Teori Abiogenesis

Teori yang dikemukakan Aristoteles ini menyatakan bahwa makhluk hidup tercipta dari benda tak hidup yang berlangsung secara spontan (generatio spontanea). Misalnya cacing dari tanah, ikan dari lumpur, dan sebagainya. Teori ini dianut oleh banyak orang selama beberapa abad.
Aristoteles (384-322 SM), adalah seorang filsuf dan tokoh ilmu pengetahuan Yunani Kuno. Sebenarnya dia mengetahui bahwa telur-telur ikan yang menetas akan menjadi ikan yang sifatnya sama seperti induknya. Telur-telur tersebut merupakan hasil perkawinan dari induk-induk ikan. Walau demikian, Aristoteles berkeyakinan bahwa ada ikan yang berasal dari Lumpur.
Menurut penganut paham abiogenesis, makhluk hidup tersebut terjadi begitu saja secara spontan. Itu sebabnya, teori abiogenesis ini disebut juga generation spontanea. Bila pengertian abiogenesis dan generation spontanea digabung, maka konsepnya menjadi: makhluk hidup yang pertama kali di bumi berasal dari benda mati / tak hidup yang terjadinya secara spontan (sebenarnya ini adalah dua teori yang berbeda, tetapi orang sudah kadung salah kaprah).

Paham abiogenesis bertahan cukup lama, yaitu semenjak zaman Yunani Kuno (ratusan tahun sebelum Masehi) hingga pertengahan abad ke-17, dimana Antonie Van Leeuwenhoek menemukan mikroskop sederhana yang dapat digunakan untuk mengamati makhluk-makhluk aneh yang amat kecil yang terdapat pada setetes air rendaman jerami. Oleh para pendukung paham abiogenesis, hasil pengamatan Antonie Van Leeuwenhoek ini seolah-olah memperkuat pendapat mereka tentang abiogenesis. Hasil pengamatan Anthoni ditulisnya dalam sebuah catatan ilmiah yang diberi judul “Living in a drop of water“. Tokoh lain pendukung teori ini adalah John Needham.

Teori Biogenesis

Teori ini bertentangan dengan teori abiogenesis, karena menganggap bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk hidup yang sudah ada sebelumnya. Tiga tokoh terkenal pendukung teori ini adalah Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani, dan Louis Pasteur.
1. Francesco Redi

Redi merupakan orang pertama yang melakukan eksperimen untuk membantah teori abiogenesis. Dia melakukan percobaan dengan menggunakan bahan daging segar yang ditempatkan dalam labu dan diberi perlakuan tertentu.

• Labu I    :  diisi daging segar dan dibiarkan terbuka
• Labu II   :  diisi daging segar dan ditutup dengan kain kasa
• Labu III  :  diisi daging segar dan ditutup rapat

Ketiga labu diletakkan di tempat yang sama selama beberapa hari. Hasilnya adalah sebagai berikut:

• Labu I    :  dagingnya busuk, banyak terdapat belatung
• Labu II   :  dagingnya busuk, terdapat sedikit belatung
• Labu III  :  dagingnya tidak busuk, tidak terdapat belatung

Menurut Redi belatung yang terdapat pada daging berasal dari telur lalat. Labu ke III tidak terdapat belatung karena tertutup rapat sehingga lalat tidak bisa masuk. Sayangnya, meskipun tertutup rapat ternyata pada labu tersebut bisa muncul belatung. Ini disebabkan karena Redi tidak melakukan sterilisasi daging pada disain percobaannya.
2. Lazzaro Spallanzani

Spallanzani juga melakukan percobaan untuk membantah teori abiogenesis, tetapi menggunakan bahan kaldu. Disainnya sebagai berikut:

• Labu I   : diisi kaldu lalu dipanaskan dan dibiarkan terbuka
• Labu II  : diisi kaldu, lalu ditutup dengan gabus yang disegel dengan lilin, kemudian dipanaskan

Setelah dingin kedua labu diletakkan di tempat yang sama. Beberapa hari kemudian hasilnya sebagai berikut.

• Labu I   : berubah busuk dan keruh, banyak mengandung mikroba (bakteri)
• Labu II  : tetap jernih, tidak mengandung mikroba

Menurut Spallanzani mikroba yang tumbuh dan menyebabkan busuknya kaldu berasal dari mikroba yang beraada di udara. Pendukung paham abiogenesis keberatan dengan disain Spallanzani karena menurut anggapan mereka, labu yang tertutup menyebabkan gaya hidup (elan vital) dari udara tidak dapat masuk, sehingga tidak memungkinkan munculnya makhluk hidup (mikroba).
3. Louise Pasteur



Pasteur menyempurnakan percobaan Redi dan Spallanzani. Ia menggunakan kaldu dalam labu yang  disumbat dengan gabus. Selanjutnya gabus tersebut ditembus dengan pipa berbentuk leher angsa (huruf S), kemudian dipanaskan. Setelah dingin dibiarkan beberapa hari kemudian diamati. Ternyata air kaldu tetap jernih dan tidak ditemukan mikroba.
Disain pipa yang berbentuk leher angsa tersebut memungkinkan masuknya gaya hidup dari udara, tetapi ternyata tidak didapati makhluk hidup dalam kaldu. Menurut Pasteur, mikroorganisme yang tumbuh dalam kaldu berasal dari udara. Mereka tidak bisa masuk karena terhambat oleh bentuk pipa. Hal ini bisa dibuktikan bila labu dimiringkan sedemikian rupa sehingga kaldu mengalir melalui pipa dan menyentuh ujung pipa, ternyata beberapa hari kemudian menyebabkan busuknya kaldu.
Dengan demikian Pasteur telah membuktikan bahwa teori biogenesislah yang benar. Muncullah ungkapan :

“ omne vivum ex ovo, omne ovum ex vivo, omne vivum ex vivo”

yang artinya: makhluk hidup berasal dari telur, telur berasal dari makhluk hidup, makhluk hidup berasal dari makhluk hidup.

2. Evolusi Organik

Teori Evolusi Organik

Louise Pasteur berhasil menumbangkan teori abiogenesis dan mengukuhkan teori biogenesis. Tetapi ia belum berhasil menjelaskan kapan dan darimana sel yang pertamakali terbentuk. Para ahli seperti Alexander Ivanovich Oparin dari Rusia, Harold Urey dan Stanley Miller dari Amerika yang pertamakali mengajukan hipotesa tentang terbentuknya sel hidup yang pertama berdasarkan konsep biologi modern, terutama biokimia.

Kondisi awal mula kehidupan : Big Bang !

Mengenai teori terbentuknya bumi dan planet-planet lain ada dua teori yang terkenal yaitu teori kabut asal (nebula) dan teori dentuman besar (big bang).Teori nebula menyatakan bahwa bermilyar tahun yang lalu bintang-bintang di angkasa yang tidak stabil meledak. Debu dan gas hasil ledakan ini lalu membentuk kabut yang disebut kabut asal (nebula). Kabut asal kemudian memadat lalu meledak, menghasilkan bintang dan planet baru termasuk bumi.
Bumi pada mulanya diperkirakan berupa gumpalan gas dan debu yang tersusun dari berbagai unsur seperti oksigen, nitrogen, karbon, silikon, besi, nikel, dan aluminium. Unsur-unsur tersebut kemudian mencair. Unsur yang lebih berat mengendap dan yang ringan akan membentuk atmosfir. Kondisi saat itu diperkirakan amat panas dengan suhu 4000⁰ C – 8000⁰ C. Ketika mulai mendingin, karbon dan beberapa logam mengembun dan membentuk inti bumi, sedangkan permukaannya mungkin gersang, tandus, dan tidak datar. Oleh kegiatan vulkanik permukaan bumi yang masih lunak itu bergerak dan berkerut terus menerus, dan ketika mendingin kulit bumi tampak berlipat dan pecah.
Keadaan atmosfer juga berbeda dengan keadaan atmosfer sekarang. Gas ringan seperti hidrogen, helium, nitrogen, oksigen, dan argon lepas meninggalkan bumi karena medan gravitasi bumi yang sebagian mengembun itu tidak dapat menahan gas tersebut. Namun senyawa sederhana yang mengandung unsur tersebut di atas ditahan, seperti air dalam bentuk uap, amonia, hidrogen, dan metana. Ketika suhu turun di bawah 100⁰ C berlangsunglah proses pendinginan, air di atmosfer mengembun dan hujan turun, akhirnya terbentuklah sungai yang mengandung mineral yang larut dari lapisan bumi menuju ke laut.

Evolusi Kimia

Dalam kondisi awal bumi seperti di atas Alexander Ivanovich Oparin mengajukan hipotesis, bahwa pada atmosfer purba bumi waktu itu terdapat senyawa air (H₂O), hidrogen (H₂), amonia (NH₃), dan metana (CH₄). Dengan bantuan energi yang ada pada saat itu misalnya energi panas bumi, sinar matahari, sinar ultra violet, sinar kosmis, maupun loncatan petir, menyebabkan bahan-bahan tersebut terurai dan terbentuklah molekul-molekul organik. Molekul organik yang terbentuk terkumpul pada permukaan perairan baik laut, danau, sungai, maupun kolam. Kumpulan bahan organik yang terdapat di perairan tersebut dinamakan sup purba atau sup primordial. Di sinilah diperkirakan tempat kehidupan pertamakali muncul.

Meskipun telah mengajukan hipotesis, tetapi Oparin tetap berpendapat sangat sulit mempertimbangkan mekanisme transformasi molekul organik sebagai benda tak hidup ke benda hidup. Percobaan yang dilakukan A.L. Herrera untuk membuktikan hipotesis Oparin, menghasilkan asam amino dan suatu pigmen. Tetapi seperti halnya Oparin, dia gagal mengkorelasikan pendapatnya dengan masalah asal mula terjadinya kehidupan.
Mirip dengan hipotesis yang diajukan Oparin, seorang ahli kimia Amerika, Harold Clayton Urey, menyatakan bahwa pada suat saat atmosfer bumi kaya akan molekul metana, hidrogen, uap air, dan amonia. Karena pengaruh radiasi sinar kosmis dan aliran listrik halilintar terjadilah reaksi yang menghasilkan zat hidup. Menurut Urey zat hidup pertama tersebut selama berjuta-juta tahun mengalami perkembangan menjadi berbagai jenis makhluk hidup seperti sekarang ini.

Stanley Miller, mahasiswa Urey di Chicago University, merancang alat yang digunakan untuk membuktikan hipotesis Urey. Ke dalam alat yang diciptakannya Miller memasukkan gas hidrogen, metana, amonia, dan air, kemudian dipanaskan selama seminggu sehingga gas-gas tersebut dapat bercampur di dalamnya. Sebagai pengganti energi listrik halilintar, ia mengaliri perangkat tersebut dengan loncatan listrik tegangan tinggi. Berberapa waktu kemudian dilakukan pemeriksaan terhadap air yang tertampung, ternyata terdapat senyawa organik sederhana seperti asam amino, adenin, dan gula sederhana seperti ribosa.
Eksperimen Miller tersebut banyak dikaji ulang oleh para ahli lain dan ternyata memberikan hasil yang lebih mantap. Bila ke dalam perangkat tersebut dimasukkan senyawa fosfat, ternyata dapat dibentuk ATP. Lembaga penelitian lain menyatakan dalam percobaannya dapat dihasilkan nukleotida yang merupakan penyusun utama DNA dan RNA yang berfungsi mengendalikan aktivitas sel dan penurunan sifat.

Evolusi Biologi

Miller telah membuktikan bahwa interaksi antar metana, amonia, air, dan hidrogen, ternyata membentuk asam amino yang merupakan substansi dasar sel hidup. Dengan demikian teori evolusi kimia telah berhasil dibuktikan secara eksperimental. Akan tetapi sampai sekarang belum diketahui bagaimana proses munculnya sel hidup yang pertama. Namun demikian para ahli sepakat menyusun skenario sebagai berikut:
Bahan organik yang terdapat di perairan (sup purba) akan saling berinteraksi membentuk makromolekul. Ini dibuktikan oleh Sydney W. Fox dengan mencampur berbagai asam amino dan juga berbagai monomer atau subunit seperti glukosa dan kemudian memanaskannya. Ternyata makromolekul-makromolekul memang dapat terbentuk. Makromolekul yang telah terbentuk cenderung membentuk agregat atau koaservat. Koaservat berbentuk bulatan atau tetesan kecil di dalam air dan dibatasi dari medium luarnya oleh lapisan membran tipis. Fox dalam percobaannya juga menunjukkan bahwa molekul protein yang terbentuk dengan pemanasan juga membentuk koaservat. Koaservat-koaservat memiliki membran yang memisahkannya dari medium di sekelilingnya. Bahkan Fox juga menunjukkan bila koaservat tersebut dimasukkan de dalam larutan yang hipertonik, mereka akan menyusut. Ini menunjukkan bahwa koaservat mempunyai sifat dapat melakukan osmosis seperti halnya sel hidup.

Tahapan dalam evolusi kehidupan menurut hipotesis Oparin: 1. Bumi primitif. Atmosfir mengandung hidrogen, air, metana dan amonia. 2. Sintesis dari campuran organik sederhana: alkohol, gliserin, asam organik, purin, dan pirimidin. 3. Sintesis dari makromeolekul: karbohidrat, lemak, protein, enzim, nukleotida, dan asam nukleat. 4 Gabungan dari berbagai makromolekul membentuk partikel-partikel besar dan kompleks. 5. Membran membungkus organisme-organisme heterotrof primitif yang melakukan fermentasi. 6. Permulaan duplikasi dan reproduksi molekular. 7. Fotosintesis dan respirasi.

Koaservat satu dengan yang lain lalu berinteraksi membentuk koaservat yang lebih besar. Ini memungkinkan terbentuknya berbagai campuran molekul-molekul berbeda di dalam satu koaservat. Terbentuknya membran primitif akan disusul oleh terbentuknya membran yang sesungguhnya. Membran tersebut akan melindungi makromolekul-makromolekul yang ada di dalamnya. Disamping itu juga mendekatkan antar molekul tersebut agar dapat lebih mudah berasosiasi atau meningkatkan kesempatan mereka melakukan reaksi-reaksi kimia.
Koaservat dengan membran akan berkembang menjadi lebih kompleks bila di dalam reaksi kimia selanjutnya dapat membentuk asam nukleat yang dapat memegang peranan penting dalam pengendalian aktivitas koaservat, termasuk kegiatan pembentukan keturunan yang harus memiliki struktur dan komposisi molekul-molekul yang  sama dengan koaservat induknya. Fase inilah yang dianggap sebagai tahap sel hidup pertama (sel primitif).
Transformasi bahan organik hasil evolusi kimia menjadi sel hidup yang pertama, berlangsung melalui evolusi biologi, dan berlangsung sampai sekarang hingga tercipta seluruh makhluk hidup yang ada saat ini.

Evolusi

Evolusi : 

1. Pemahaman teori dan bukti evolusi

Biologi Media Centre – Evolusi merupakan proses perubahan makhluk hidup secara lambat dalam waktu yang sangat lama, sehingga berkembang menjadi berbagai spesies baru yang lebih lengkap struktur tubuhnya. Menurut teori evolusi, makhluk hidup yang sekarang berbeda dengan makhluk hidup jaman dahulu. Nenek moyang makhluk hidup sekarang yang bentuk dan strukturnya (mungkin) berbeda mengalami perubahan-perubahan baik struktur maupun genetis dalam waktu yang sangat lama, sehingga bentuknya jauh menyimpang dari struktur aslinya dan akhirnyamenghasilkan berbagai macam spesies yang ada sekarang. Jadi tumbuhan dan hewan yang ada sekarang bukanlah makhluk hidup yang pertamakali berada di bumi, tetapi berasal dari makhluk hidup di masa lampau.

Evolusi : Pemahaman teori dan bukti evolusi

Ada dua macam evolusi, yaitu evolusi progressif dan evolusi regressif. Evolusi progressif merupakan proses evolusi yang menuju kemungkinan dapat bertahan hidup sehingga menghasilkan spesies baru. Evolusi regressif merupakan evolusi menuju kemungkinan mengalami kepunahan.

Teori Darwin dan Lamarck

Charles Darwin dianggap sebagai pencetus teori evolusi sekalipun telah banyak ahli sebelum Darwin yang mengemukakan gagasannya mengenai evolusi, antara lain Anaximander, Empeclodes, Erasmus Darwin, Count de Buffon, dan Lamarck. Hal itu disebabkan karena dalam mengemukakan pendapatnya Darwin menyertakan bukti dan alasan yang dapat diterima di dunia ilmiah.

Teori evolusi menurut Jean Baptiste de Lamarck

Menurut Lamarck, bagian tubuh makhluk hidup dapat berubah baik ciri, sifat, dan karakternya karena pengaruh lingkungan hidupnya. Jika bagian tubuh dari makhluk hidup selalu atau sering digunakan, maka bagian tersebut makin lama dapat berubah sehingga sesuai untuk digunakan pada lingkungan tersebut. Sebaliknya bagian tubuh yang tidak pernah atau jarang digunakan lagi makin lama akan menghilang (rudimenter). Bagian tubuh yang telah mengalami perubahan dan sudah sesuai dengan lingkungannya dikatakan bagian yang telah beradaptasi pada lingkungan. Bagian yang telah beradaptasi tersebut memiliki ciri atau karakter yang berbeda dengan aslinya. Bagian ini dinamakan ciri atau karakter atau sifat perolehan. Sifat perolehan tersebut akan diwariskan kepada keturunannya dari generasi ke generasi. Demikianlah seterusnya sehingga suatu saat nanti muncul makhluk hidup yang lebih maju daripada moyangnya. Teori yang dikemukakan Lamarck tersebut dikenal dengan ‘use and disuse’.

Pendapat Lamarck mengenai panjang leher jerapah

Lamarck mengambil contoh mengenai panjang leher jerapah. Menurutnya nenek moyang jerapah dahulu berleher pendek. Pada suatu ketika terjadilah bencana kekeringan sedemikian rupa sehingga jerapah hanya dapat memperoleh makanan dengan mengambil daun-daun yang ada di pepohonan. Karena sering mengambil daun-daun dipohon untuk dimakan, akibatnya leher jerapah tertarik, makin lama makin panjang. Akhirnya sifat perolehan yang baru yaitu leher panjang diwariskan pada generasi-generasi berikutnya sehingga jerapah sekarang berleher panjang.

Teori evolusi menurut Charles Darwin

Charles Darwin adalah seorang naturalis berkebangsaan Inggris. Ia menyatakan bahwa evolusi berlangsung karena adanya proses seleksi alam (natural selection). Yang dimaksud seleksi alam adalah: proses pemilihan yang dilakukan oleh alam terhadap variasi makhluk hidup di dalamnya. Hanya makhluk hidup yang memiliki variasi sesuai dengan lingkungan yang bisa bertahan hidup, sedang yang tidak sesuai akan punah. Organisme yang bisa hidup inilah yang selanjutnya akan mewariskan sifat-sifat yang sesuai dengan lingkungan pada generasi berikutnya.

Pendapat Darwin mengenai penjang leher jerapah
Sebagai pembanding dengan teori Lamarck, panjang leher jerapah dapat dijelaskan dengan teori Darwin sebagai berikut. Nenek moyang jerapah punya variasi panjang leher, ada yang berleher pendek dan ada yang berleher panjang. Karena terjadi bencana kekeringan, lingkunganpun berubah dan, berlangsunglah proses seleksi alam. Jerapah berleher pendek tidak dapat mencari makan dengan menjangkau daun-daun di pohon sehingga tidak bisa bertahan hidup. Sebaliknya jerapah berleher panjang tetap dapat memperoleh makanan dari daun-daun di pohon sehingga dapat bertahan hidup. Karena mampu bertahan hidup maka jerapah tersebut mampu berbiak dan mewariskan sifat adaptif yaitu leher panjang pada generasi berikut. Itulah sebabnya semua jerapah sekarang berleher panjang.
Teori yang di kemukakan Darwin sangat dipengaruhi oleh hal-hal berikut:

1. Ekspedisinya ke kepulauan Galapagos (Galapagos = kura-kura raksasa). Di tempat ini Darwin menemukan berbagai macam bentuk paruh burung Finch. Terjadinya keanekaragaman ini disebabkan oleh perbedaan jenis makanannya.
2. Pendapat Charles Lyell  dalam bukunya “Principles of Geology“ yang menyatakan bahwa batuan, pulau, dan benua selalu mengalami perubahan. Menurut Darwin peristiwa ini kemungkinan dapat mempengaruhi makhluk hidup.
3. Pendapat Thomas Robert Malthus dalam bukunya “An Essay on the Principle of Population”  yang menyatakan adanya kecenderungan kenaikan jumlah penduduk lebih cepat daripada kenaikan produksi pangan. Hal ini menurut Darwin menimbulkan terjadinya suatu persaingan untuk  kelangsungan hidup.

Berdasarkan tiga hal tersebut akhirnya Darwin menulis bukunya “On the Origin of Species by Means of Natural Selection” yang berisi dua hal pokok:

• spesies yang ada sekarang ini berasal dari spesies yang hidup di masa lampau, dan
• evolusi terjadi melalui proses seleksi alam

Contoh-contoh konsep yang mendukung teori Darwin

1.    Percobaan August Weismann
Untuk membuktikan apakah lingkungan menyebabkan perubahan sifat yang menurun (teori Lamarck) Weismann melakukan percobaan dengan memotong ekor tikus, lalu mereka dikawinkan. Ternyata anak tikus yang lahir tetap berekor panjang. Lalu anak tikus tersebut dipotong lagi ekornya dan dikawinkan lagi, ternyata keturunan selanjutnya tetap berekor panjang. Langkah itu dilakukan sampai dengan 21 generasi dan keturunan yang lahir ternyata tetap berekor panjang.
Dari apa yang dilakukan, Weismann mengambil kesimpulan bahwa perubahan sel tubuh karena pengaruh lingkungan tidak akan diwariskan kepada  keturunannya. Evolusi adalah proses yang menyangkut seleksi alam terhadap faktor genetika. Individu yang memiliki variasi genetik yang sesuai dengan lingkungan yang akan lestari dan memiliki kesempatan mewariskan gen yang adaptif pada generasi berikut.
2.    Kupu-kupu Biston betularia

  
Ada 2 jenis Biston betularia: bersayap terang dan bersayap gelap
  
Perhatikan perubahan lingkungan yang terjadi. Gambar kiri sebelum Revolusi industri, kupu bersayap gelap lebih gampang terlihat. Gambar kanan setelah Revolusi Industri, kupu bersayap terang yang lebih gampang terlihat. Ini mempengaruhi pergeseran peluang predasi.
Sekitar tahun 1850 yaitu masa sebelum berkembangnya revolusi industri di Inggris, kupu Biston berwarna cerah lebih banyak daripada yang berwarna gelap. Tetapi setelah berlangsungnya revolusi industri, ternyata kupu yang berwarna gelap lebih banyak daripada yang berwarna cerah. Hal ini dimungkinkan karena sebelum revolusi industri pohon di habitatnya masih bersih, sehingga kupu berwarna cerah lebih adaptif, akibatnya sulit untuk dilihat predator. Ketika berlangsung revolusi industri dan sesudahnya, pohon dan daun habitat kupu tersebut tertutup oleh jelaga. Ini berakibat kupu berwarna gelap lebih adaptif sehingga sulit dilihat predator.
3.    Seleksi alam berdasarkan resistensi

Evolusi dan adaptasi tidak selamanya membutuhkan waktu yang relatif lama. Bakteri yang resisten terhadap penicillin misalnya, dapat terbentuk dengan cepat. Kejadiannya juga diterangkan berdasar konsep seleksi alam. Dimana dalam suatu koloni bakteri, hanya sedikit bakteri yang bertahan hidup ketika penicillin diberikan. Namun beberapa lama kemudian koloni bakteri yang resisten terhadap penicillin menjadi banyak. Pada peristiwa ini penicillin hanya merupakan faktor pengarah terhadap perkembangan populasi bakteri yang resisten terhadap antibiotik.

Bukti Tentang Adanya Evolusi

Evolusi dapat dilihat dari dua segi yaitu sebagai proses historis dan cara bagaimana proses itu terjadi. Sebagai proses historis evolusi itu telah dipastikan secara menyeluruh dan lengkap sebagaimana yang telah dipastikan oleh ilmu tentang suatu kenyataan mengenai masa lalu yang tidak dapat disaksikan oleh mata. Hal ini berarti bahwa evolusi itu ada dan merupakan suatu kenyataan yang telah terjadi. Berikut ini merupakan bukti-bukti evolusi yang ada.
1.    Adanya variasi antar individu dalam satu keturunan
Di dunia ini tidak pernah dijumpai dua individu yang identik sama, bahkan anak kembar sekalipun pasti punya suatu perbedaan. Demikian pula individu yang termasuk dalam satu spesies. Misalnya perbedaan warna, ukuran, berat, kebiasaan, dan lain-lain. Jadi antar individu dalam satu spesies pun terdapat variasi. Variasi adalah segala macam perbedaan yang terdapat antar individu dalam satu spesies. Hal ini dapat terjadi karena pengaruh berbagai faktor seperti suhu, tanah, makanan, dan habitat.

Perhatikan bahwa dalam satu keturunan pun akan selalu memunculkan variasi. Ini disebabkan karena pada perkawinan selalu terjadi rekombinasi gen.
Seleksi yang dilakukan bertahun-tahun terhadap suatu spesies akan menyebabkan munculnya spesies baru yang berbeda dengan moyangnya. Oleh karena itu adanya variasi merupakan bahan dasar terjadinya evolusi yang menuju ke arah terbentuknya spesies baru.
2.    Pengaruh penyebaran geografis
Makhluk hidup yang berasal dari satu spesies yang hidup pada satu tempat setelah mengalami penyebaran ke tempat lain sifatnya dapat berubah. Perubahan itu terjadi karena di tempat yang baru makhluk hidup tersebut harus beradaptasi demi kelestariannya. Selanjutnya, adaptasi bertahun-tahun yang dilakukan akan menyebabkan semakin banyaknya penyimpangan sifat bila dibandingkan dengan makhluk hidup semula.  Dua tempat yang dipisahkan oleh pegunungan yang tinggi atau samudera yang luas mempunyai flora dan fauna yang berbeda sama sekali. Perbedaan susunan flora dan fauna di kedua tempat itu antara lain disebabkan adanya isolasi geografis.

Perkembangan variasi paruh burung Finch. Terjadi karena terseleksi secara alami oleh jenis makanan yang berbeda.
Contohnya adalah mengenai bentuk paruh burung Finch yang ditemukan Darwin di kepulauan Galapagos. Dari pengamatannya tampak burung-burung Finch tersebut memiliki bentuk paruh dan ukuran yang berbeda, dan menunjukkan mempunyai hubungan dengan burung Finch yang ada di Amerika Selatan. Mungkin karena sesuatu hal burung itu bermigrasi ke Galapagos. Mereka menemukan lingkungan yang baru yang berbeda dengan lingkungan hidup moyangnya. Burung itu kemudian berkembangbiak dan keturunannya yang mempunyai sifat sesuai dengan lingkungan akan bertahan hidup, sedang yang tidak akan mati. Karena lingkungan yang berbeda, burung-burung itu menyesuaikan diri dengan jenis makanan yang ada di Galapagos. Akhirnya terbentuklah 14 spesies burung Finch yang berbeda dalam bentuk dan ukuran paruhnya.
3.    Ditemukannya fosil di berbagai lapisan batuan bumi
Fosil adalah sisa tumbuhan atau hewan yang telah membatu atau jejak-jejak yang tercetak pada batuan. Darwin menyatakan bahwa fosil yang ditemukan pada lapisan batuan muda berbeda dengan fosil yang terdapat pada lapisan batuan yang lebih tua, dan menunjukkan suatu bentuk perkembangan.

Bagan yang menunjukkan perkembangan evolusi kuda
Dari sekian banyak fosil yang ditemukan, yang paling lengkap dan dapat digunakan sebagai petunjuk adanya evolusi adalah fosil kuda yang ditemukan oleh Marsh dan Osborn. Dari studi yang dilakukan dapat dicatat beberapa perubahan dari nenek moyang kuda (Eohippus) yang hidup 58 juta tahun yang lalu menuju ke bentuk kuda modern sekarang (Equus), yaitu:

• tubuh bertambah besar, dari sebesar kucing hingga sebesar kuda sekarang
• leher makin panjang, kepala makin besar, jarak antara ujung mulut hingga bagian mata menjadi makin jauh
• perubahan dari geraham depan dan belakang dari bentuk yang sesuai untuk makan daun menjadi bentuk yang sesuai untuk makan rumput
• bertambah panjangnya anggota tubuh hingga dapat dipakai untuk berlari cepat, tetapi bersamaan dengan itu kemampuan rotasi tubuh menurun.
• adanya reduksi jari kaki dari lima menjadi satu, yaitu jari ketiga yang selanjutnya memanjang, kemudian disokong teracak.

Untuk menetapkan umur fosil dapat dilakukan dengan dua cara : secara langsung dan tak langsung.  Secara langsung dengan menetapkan umur batuan tempat fosil ditemukan. Cara yang ini kurang valid. Secara tak langsung dengan carbon dating menggunakan isotop C¹⁴. Cara yang kedua ini lebih valid.

4.    Adanya homologi organ pada berbagai jenis makhluk hidup
Organ-organ berbagai makhluk hidup yang mempunyai bentuk asal sama dan kemudian berubah struktur sehingga fungsinya berbeda disebut organ yang homolog. Homologi organ menunjukkan tingkat kekerabatan makhluk yang bersangkutan. Makin banyak organ yang homolog kemungkinan kekerabatannya makin dekat, yang artinya nenek moyangnya mungkin sama.


Homologi organ: perhatikan bahwa anggota gerak pada makhluk di atas memiliki bentuk berbeda, tetapi pada dasarnya memiliki bagian yang sama. Perbedaan ini disebabkan karena perbedaan fungsi.
Contohnya: tangan manusia berfungsi untuk memegang adalah homolog dengan sirip depan paus yang digunakan untuk berenang, atau sayap kelelawar yang berguna untuk terbang homolog dengan tungkai depan kucing yang berguna untuk berjalan.
Lawan dari homolog adalah organ yang analog, yaitu organ-organ dari berbagai makhluk hidup yang fungsinya sama tanpa memperhatikan bentuk asalnya. Bisa juga diartikan organ-organ tubuh dari berbagai makhluk hidup yang fungsinya sama tetapi bentuk asalnya berbeda.
5.    Studi perbandingan embriologi
Perkembangan embrio berbagai spesies yang termasuk kelas vertebrata menunjukkan adanya persamaan pada fase tertentu yakni pada fase morulla, blastula, dan gastrula/awal embrio. Hal ini menunjukkan adanya hubungan kekerabatan di antara hewan-hewan sesama vertebrata, yang mungkin pula mereka memiliki satu nenek moyang.

Perbandingan perkembangan embrio pada ikan, ayam, babi, dan manusia. Mirip
Ernst Haeckel menyatakan dalam hukum Rekapitulasi yang dikemukakannya bahwa ontogeni suatu organisme merupakan rekapitulasi (ulangan singkat) dari filogeni. Ontogeni adalah sejarah perkembangan individu mulai zigot sampai dewasa. Filogeni adalah sejarah perkembangan makhluk hidup dari bentuk sederhana sampai dengan bentuk yang paling sempurna (evolusi).
6.    Studi perbandingan biokimia
Bila membandingkan makhluk hidup pada tingkat biokimia, ternyata hasilnya mendukung teori evolusi. Sebagai contoh, Hb manusia lebih mirip dengan simpanse atau gorilla daripada dengan anjing atau cacing tanah. Tingkat kemiripan ini menunjukkan manusia lebih dekat kekerabatannya dengan simpanse atau gorilla daripada dengan anjing atau cacing tanah.

2. Hukum Hardy–Weinberg

Biologi Media Centre – Godfrey Harold Hardy seorang matematikawan Inggris dan Wilhelm Weinberg seorang dokter dari Jerman secara terpisah menemukan suatu hubungan matematik dari frekuensi gen dalam populasi, yang kemudian dikenal dengan hukum Hardy-Weinberg. Hukum ini digunakan sebagai parameter untuk mengetahui apakah dalam suatu populasi sedang berlangsung evolusi ataukah tidak.

Harold Hardy dan Wilhelm Weinberg
Hukum ini menyatakan bahwa dalam suatu kondisi tertentu yang stabil, frekuensi gen dan frekuensi genotif akan tetap konstan dari satu generasi ke generasi dalam suatu populasi yang berbiak seksual, bila syarat berikut dipenuhi:

1. Genotif yang ada memiliki viabilitas (kemampuan hidup) dan fertilitas (kesuburan) yang sama
2. Perkawinan yang terjadi berlangsung secara acak
3. Tidak ada mutasi gen
4. Tidak terjadi migrasi
5. Tidak terjadi seleksi

Hukum Hardy-Weinberg ini berfungsi sebagai parameter evolusi dalam suatu populasi. Bila frekuensi gen dalam suatu populasi selalu konstan dari generasi ke generasi, maka populasi tersebut tidak mengalami evolusi. Bila salah satu saja syarat tidak dipenuhi maka frekuensi gen berubah, artinya populasi tersebut telah dan sedang mengalami evolusi.

Teori Evolusi : Hukum Hardy–Weinberg

Bila frekuensi gen yang satu dinyatakan dengan simbol p dan alelnya dengan simbol q, maka secara matematis hukum tersebut dapat ditulis sebagai berikut:

Contoh penggunaan hukum ini adalah sebagai berikut:
1.    Bila dalam suatu populasi masyarakat terdapat perasa kertas PTC 64% sedangkan bukan perasa PTC (tt) 36%,
a.    Berapa frekuensi gen perasa (T) dan gen bukan perasa (t) dalam populasi tersebut?
b.    Berapakah rasio genotifnya?

2.    Dalam masyarakat A yang berpenduduk 10.000 orang terdapat 4 orang albino. Berapa orang pembawa sifat albino pada masyarakat tersebut?