Mengapa tubuh kita membutuhkan unsur logam?

 

Saya mendengar bahwa tubuh kita membutuhkan sedikit unsur logam. Akan tetapi, tubuh kita terutama terdiri dari senyawa organik. Mengapa tubuh kita membutuhkan unsur logam?Bagaimana unsur logam bekerja dalam tubuh kita?

Jawaban:
Dr. Eiichiro Ochiai, seseorang yang sedang mempelajari kimia bioanorganik, bersedia menjawab pertanyaan di atas. Secara singkat, ia berbicara tentang istilah umum kebutuhan unsur logam dalam organisme dan menggambarkan kegunaan biologis unsur logam dengan salah satu unsur logam yang paling banyak digunakan, besi (Fe). Jadi cerita berikut ini diberi judul “Sebuah Kisah Tentang Besi” (© Eiichiro Ochiai).
Sebagai makhluk hidup, kita terdiri dari, secara kimiawi, kebanykan senyawa organik seperti protein, asam nukleat, karbohidrat, vitamin dan sejenisnya. Senyawa organik terdiri dari atom karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) dan nitrogen (N). Sejumlah senyawa organik juga bisa mengandung sulfur (S) atau fosfor (P). Itu saja; tidak ada yang lain. Dapatkah kita hidup dengan baik hanya dengan senyawa organik? Kebanyakan orang-orang tahu bahwa jawabannya adalah tidak. Tulang dan gigi kita terbuat dari senyawa kalsium (Ca), yang tergolong “zat anorganik”. Darah mengandung besi (Fe), sebuah unsur anorganik. Semua orang tahu bahwa kita membutuhkan garam (natrium khlorida, NaCl) meski mereka tidak tahu mengapa. Bahkan, sekitar 30 unsur diketahui sangat dibutuhkan untuk menjalankan fungsi makhluk hidup yang layak. Seperti yang telah Anda ketahui, Hanya ada 100 unsur saja yang ada di alam ini, dan satu pertiga dari unsur tersebut sangat penting bagi makhluk hidup. Unsur yang penting di antaranya adalah (selain dari yang sudah disebutkan): magnesium (Mg), silikon (Si), kalium (K), mangan (Mn), kobal (Co), tembaga (Cu), seng (Zn), molibdenum (Mo), iod (I), selenium (Se), nikel (Ni), dan boron (B). Sebuah bidang penelitian baru kini sedang dikembangkan, yang mempelajari peranan unsur-unsur yang berbeda ini dan peranan senyawanya dalam sistem biologis; ilmu ini disebut “kimia bioanorganik”. Terlalu panjang lebar bila hal ini dibahas dalam forum kali ini; sebab itu, saya memilihkan unsur tertentu dan menggambarkan bidang ilmu yang disebut kimia bioanorganik. Bagian pertama “Pembentukan unsur Besi” bukanlah topik yang pas dari kimia bioanorganik, tapi ditambahkan di sini untuk memberitahu Anda tentang peranan besi yang sangat penting.
Saya yakin setiap orang tidak asing dengan logam besi. Mobil dan mesin sebagian besar terbuat dari besi. Besi adalah salah satu unsur yang tersedia sangat melimpah di alam dan logam yang paling menarik, sebagai satu dari unsur krusial untuk makhluk hidup. Berikut adalah kisah mengenai besi.

Pembentukan unsur besi

Berdasarkan sebuah teori yang dikembangkan saat ini , pada mulanya terdapat bola api dengan suhu yang luar biasa tinggi (yang merupakan energi tinggi) yang tidak bisa Anda bayangkan. Bola api ini meledak di awal penciptaan alam semesta ini. Peristiwa ini dikenal sebagai “Ledakan Bahsyat” (Big Bang). Ketika area ledakan meluas, suhu mulai turun. Saat itu belum ada material yang kita ketahui, dan ledakan itu adalah ledakan energi; waktu itu belum ada apa-apa, tidak ada matahari, tidak ada galaksi, membiarkan gajah dan manusia sendirian. Ketika suhu turun semakin jauh, energi berpindah ke materil.
Waktu itu terjadilah pembentukan material; material muncul dari energi tersebut. Proses ini masuk akal jika mengacu pada persamaan Einstein: E = mc2. “E” mewakili energi, dan “m” adalah massa yang diwakili oleh zat dan material. Persamaan ini berakibat bahwa energi dan massa adalah sebanding; jadi energi dapat berubah menjadi material dan material dapat berubah menjadi energi. Zat pertama yang ada pertama kali adalah zat yang paling sederhana: proton (inti atom hidrogen dengan simbol H); sebenarnya adalah material pertama yang muncul adalah partikel dasar yang disebut quarks. Gabungan tertentu dari tiga quarks ini membentuk proton. Selanjutnya, penggabungan quarks yang berbeda tapi serupa memunculkan nukleon yang disebut neutron. Kita hanya berbicara partikel mendasar yang terkait dengan bahasan kita. Satu proton dan satu neutron bergabung membentuk inti atom hidrogen yang lain yang disebut air berat atau deuterium (simbol kimia = D). Proton membawa satuan muatan listrik, di mana neutron sama sekali tidak bermuatan atau netral. Secara bersamaan jenis partikel mendasar lainnya, elektron, juga terbentuk. Sebuah elektron membawa satuan muatan listrik yang sama dengan proton, tapi dengan arah yang berlawanan. Tanda muatan listrik sebuah proton adalah positif, sehingga elektron memiliki tanda negatif. Ketika suhu alam semesta terus menurun lebih jauh lagi, proton bergabung dengan elektron, membentuk sebuah atom hidrogen. Deuterium juga terbentuk. Atom hidrogen dan deuterium datang bersama (dengan adanya gaya gravitasi) dan membentuk bintang seperti matahari, dan awan partikel menjadi sangat rapat sehingga suhu kembali naik. Ketika suhu cukup tinggi, inti atom hidrogen/deuterium mulai bergabung dengan sesamanya. Salah satu hal yang penting dalam situasi tersebut adalah pembentukan helim (He) dari hidrogen/deuterium. Helium memiliki inti atom yang terdiri dari dua proton dan dua neutron. Hal luar biasa ini terjadi di matahari kita. Total massa dua proton dan dua neutron menjadi semakin kecil ketika mereka saling bergabung (yang dikenal sebagai “reaksi fusi nuklir” untuk membentuk helium. Kehilangan massa dalam proses ini kembali berubah menjadi energi dengan persamaan yang sama yakni E = mc2.
Cerita di atas adalah garis besar bagian awal proses pembentukan unsur di alam semesta. Kita harus berdiskusi lebih jauh untuk memahami pembentukan unsur di alam, tapi itu bukan tujuan kita sekarang. Cukup untuk dikatakan, bahwa atom besi terbentuk melalui reaksi nuklir yang lebih rumit lagi di bintang.
Seuah atom besi memiliki inti atom yang terdiri dari 26 proton dan 30 neutron. Tapi ini belum semuanya; ada beberapa atom besi yang memiliki jumlah proton yang sama tapi memiliki jumlah neutron yang berbeda. Atom ini disebut isotop unsur besi. Isotop yang memiliki 26 proton dan 30 neutron (secara tekhnis ditulis 26Fe56 ; 56 = jumlah total proton dan neutron) adalah isotop yang utama (yang ditemukan paling berlimpah). (Anda pun akan menyadari dari penjelasan ini bahwa hidrogen dan deuterium adalah isotop). Kita akan membahas isotop ini (26Fe56 )mulai sekarang.
Energi ikatan inti per nukleon (NBEPN) didefinisikan sebagai energi yang dilepaskan dalam pembentukan inti atom dari proton dan neutron yang terpisah, dibagi dengan jumlah total proton dan neutron; energi NBEPN ini menunjukkan tingkat kestabilan inti atom. NBEPN telah ditetapkan untuk semua inti yang ada di alam semesta. Diketahui bahwa isotop 26Fe56 adalah atom yang paling stabil di alam. Atom stabil lainnya dalam hal ini termasuk helium (2He4), carbon (6C12), oksigen (8O16), silikon (14Si28). Unsur-unsur ini yang ditemukan paling berlimpah di alam selain oksigen. Sangat menarik untuk dicatat bahwa unsur-unsur inilah yang menyusun material utama di alam: H/He di matahari dan bintang lainnya, C/O/H dalam makhluk hidup di bumi, dan Si/fe dalam bebatuan di bumi. Sekitar 90% atau lebih semua meteorit yang jatuh ke bumi adalah terbuat dari besi dan nikel. Nikel terutama teridiri dari isotop 28Ni58 dan 28Ni60 yang cukup berlimpah di alam (tidak terlalu banyak di bumi), karena NBEPN nikel cukup tinggi (meski tidak setinggi Fe). Anda akan memperhatikan bahwa ada Co di ntara Fe dan Ni dalam tabel periodik. Unsur Co tidak teralu berlimpah di alam bila dibandingkan dengan tetangganya yakni Fe dan Ni. Bhkan, unsur dengan julah proton dan neutron genap terdapat lebih banyak dibandingkan unsur tetangganya yang memiliki jumlah proton yang ganjil (dan neutron secara umum).
Inti yang yang harus dicatat di sini adalah besi merupakan unsur yang paling berlimpah di alam dan juga di bumi.

Kebutuhan Unsur Anorganik

Kita akan mendiskusikan hal berikut secara singkat: mengapa senyawa anorganik sangat dibutuhkan untuk sistem biologis yang berfungi dengan baik? Mengapa senyawa organik saja tidak cukup?
Dalam satuan berat, sekitar 70% tubuh kita adalah air, dan 30% sisanya adalah zat padat. Persentase ini bervariasi dari jenis makhluk hidup yang satu dengan yang lain dan juga tergantung pada kondisinya.
Sangatlah benar bila bagian utama dari zat padat adalah senyawa organik sebagaimana yang disebutkan di awal. Protein menyediakan untuk kita otot dan senyawa bio lainnya yang penting yang disebut enzim, asam nukleat seperti DNA dan RNA menyediakan bahan genetik, dan karbohidrat merupakan sumber energi. Senyawa-senyawa ini berperan penting dalam makhluk hidup. Jadi, apakah mereka cukup?
Senyawa-senyawa tersebut berperan melalui reaksi kimia. Sebagai contoh, karbohidrat harus dimetabolisme agar diubah menjadi sumber energi untuk kita. Metabolisme terdiri dari sejumlah tahap reaksi kimia yang banyak.Mulanya, protein akan dicerna di perut; protein dicacah menjadi ukuran yang lebih kecil. Secara tekhnis proses ini disebut reaksi hidrolisis. Sebuah ribonukleotida harus diubah menjadi deoksiribonukleotida yang sesuai. Empat jenis deoksiribonukleotida yang bergabung membentuk urutan rantai linear; rantai yang dihasilkan disebut “DNA” (asam deoksiribonukleat), atau gen. Secara umum, semua konversi kimia ini, misalnya reaksi kimia, tidak dapat terjadi begitu saja. Mereka membutuhkan zat yang dapat mempercepat reaksi kimia; yang dikenal sebagai “katalis”. Semua reaksi kimia biologis membutuhkan katalis jenis tertentu, yang disebut enzim. Kebanyakan enzim merupakan protein. Beberapa asam ribonukleat (RNA) telah ditemukan beberapa tahun terakhir ini , bersifat menunjukkan efek katalitik, RNA yang mampu bersifat katalitik seperti ini disebut “ribozim”.
Baik enzim dan ribozim adalah senyawa organik. Bahkan kebanyakan dari senyawa-senyawa tersebut hanya terdiri dari karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, sulfur dan fosofor. Senyawa ini bisa memberikan efek katalitik. Namun, sejumlah besar enzim/ribozim, bahkan sekitar 30% dari seluruh senyawa yang ada, tidak hanya membutuhkan senyawa organik. Senyawa-senyawa ini juga membutuhkan unsur logam yang ditambahkan untuk aktivitas katalitik dengan baik. Penyebabnya adalah yang bisa dilakukan unsur C, H, O, N, S, dan P sangatlah terbatas (dalam masalah reaksi kimia).
Secara garis besar ada dua jenis reaksi kimia (seperti halnya biokimia): yang pertama adalah “asam-basa” dan yang lain adalah “oksidasi-reduksi”. Sebuah senyawa katalis harus bisa membantu salah satu dari dua reaksi ini; sementara, katalis itu sendiri harus merupakan asam (atau basa) maupun zat oksidator (maupun zat reduktor). Senyawa organik memiliki kemampuan terbatas baik sebagai asam (atau basa) maupun zat oksidator (maupun reduktor).
Reaksi “Oksidasi reduksi” melibatkan pertukaran elektron. Sebagai contoh, besi akan mengalami karat di udara; ini merupakan reaksi oksidasi. Yang terjadi adalah sebagai berikut. Atom besi terdiri dari 26 elektron dan karenanya muatan listrik atom besi adalah nol; atau secara tekhnis dinyatakan sebagai Fe(0), dan dikatakan berada dalam bilangan oksidasi “0”. Oksigen di udara adalah zat oksidator, dan menghilangkan elektron dari unsur Fe(0). Ketika atom besi kehilangan elektron, misalkan dua elektron (berarti sekarang hanya memiliki 24 elektron), maka atom besi akan bermuatan listrik +2; dinyatakan sebagai Fe(II) (atau Fe2+). (atom yang telah bermuatan listrik secara umum disebut “ion”). Bilngan oksidasi atom ini sekrang adalah +2 atau II. Atom bisa kehilangan elektron lebih banyak lagi, dan berubah menjadi Fe(III). Sementara itu, oksigen mendapatkan elektron dari besi dan berubah menjadi 2O2-.
Bilangan oksidasi dari oksigen ini adalah -2. Karat terutama terdiri dari Fe2O3 yang merupakan hasil reaksi oksidasi ini. Sebagaimana yang dibahas di sini, Fe(II) bisa diubah menjadi Fe(III) dan inilah alasan utama kegunaan besi dalam reaksi biokimia. Yakni, besi dapat mengubah bilangan oksidasinya dengan mudah sehingga dapat mengambil atau memberikan elektron. Sejumlah besar reaksi biokimia, khususnya reaksi yang terdapat dalam produksi energi, melibatkan oksidasi-reduksi, dan atom besi adalah salah satu katalis terbaik yang dapat membantu reaksi semacam ini. Unsur anorganik lainnya seperti mangan, tembaga dan molibden juga sangat baik dalam membantu reaksi oksidasi-reduksi biokimia.
Ion logam seperti Zn(II) (Zn2+) dan Mg(II) menyediakan enzim dengan kemampuan asam yang baik.
Karenanya sejumlah enzim untuk reaksi jenis asam-basa menggunakan Zn(II) atau Mn(II) sebagai pusat aktif mereka (di mana reaksi terjadi).
Ion natrium Na+ dan ion kalium K+ membuat potensial listrik untuk memasuki membran sel, karena distribusi mereka yang tidak seimbang antara di dalam membran dan di luar membran sehingga menimbulkan perbedaan muatan listrik di dalam dan di luar. Inilah yang secara tepat dikatakan sebagai potensial listrik. Potensial listrik untuk memasuki membran sel saraf adalah dasar dari sinyal saraf. Ion kalsium Ca2+ memainkan sejumlah peranan dalam fisiologi sel. Sebagai contoh, ketika sinyal saraf tiba di jaringan otot, terjadi induksi pelepasan muatan kalsium ke dalam sel, dan ini memicu kontraksi sel.
Pendarahan yang terjadi ketika Anda terluka akan segera berhenti karena penggumpalan darah. Proses penggumpalan darah ini, tidak akan terjadi tanpa adanya Ca2+. Ini adalah dua contoh di mana Ca2+ memainkan peranan yang sangat penting. Bukan berlebihan bahwa sel dan fungsi terkaitnya tidak akan bisa tanpa kalsium.
Senyawa organik tidak pernah kuat secara mekanis. Senyawa anorganik memiliki kekuatan mekanis pada makhluk hidup. Cangkang telur adalah kalsium karbonat (CaCO3), tulang dan gigi terutama terbuat dari kalsium fosfat Ca3(PO4)2. Beberapa organisme (tanaman dan binatang laut) menggunakan silika SiO2 untuk tujuan yang sama. Ini merupakan peranan utama yang dimainkan oleh senyawa anorganik dalam sistem biologis dan saya harap Anda dapat melihat bahwa senyawa organik tidak mampu memberikan fungsi-fungsi tersebut.

Kelebihan Besi dalam sistem Biologis

Telah ditunjukkan di awal bahwa logam selain besi dapat memainkan peranan katalitik dalam reaksi oksidasi-reduksi. Lantas mengapa makhluk hidup mengambil dan menggunakan besi bukannya tembaga, misalkan? Ada dua alasan. Alasan yang sama adalah alasan yang kita gunakan ketika memilih bahan bangunan, sebagai contoh. Anda akan memilih material berdasarkan dua kriteria berikut: (1) Kecocokan (apakah material yang digunakan sesuai dengan tujuan) dan (2) nilai ekonomi (mudah didapat, termasuk harga?). Alasan pertama agak sulit, kesulai Anda sudah mengetahui banyak hal tentang kimia. Tapi cukup dikatakan bahwa kebanyakan fungsi yang dilakukan besi tidak dapat dilakukan oleh tembaga.
Alasan kedua sangat mudah dijelaskan. Sebagaimana kita telah sebutkan di awal (lihat bagian “Pembentukan Logam Besi”, besi adalah salah satu unsur yang paling melimpah di alam dan juga di bumi.
Inilah sebabnya. Ok, besi memang berlimpah di alam, tapi apa sudah siap pakai?Sangat menarik untuk dicatat bahwa hari ini di bumi ini, makhluk hidup cenderung kekurangan besi. Kita sering mengkonsumsi suplemen besi. Banyak organisme telah berusaha keras untuk mendapatkan besi dari lingkungan. Hal ini menunjukkan bahwa besi tidak tersedia siap pakai. Sekali lagi, hal ini juga benar. Jadi apa yang sedang terjadi?
Kebenaran bahwa ketersediaan besi (bukan jumlahnya) telah berubah secara dramatis setelah melewati sejarah panjang bumi ini. Hal ini terkait dengan kandungan oksigen di atmosfer. Hal ini membutuhkan bahasan panjang, tapi cukup dicatat bahwa oksigen di atmosfer nyaris nol hingga 2.2 milyar tahun yang lalu. Oksigen bebas di udara dihasilkan oleh fotosintesis penguraian air, pertama oleh sianobakteria, kemudian oleh mikroorganisme seperti fitoplankton, dan akhirnya oleh tumbuhan hijau yang ada di darat.
Dipercayai oleh para ahli bahwa fotosintesis oleh sianobakteri terkadang timbul sekitar 3 milyar tahun yang lalu. Ketika atmosfer kekurangan oksigen, air laut mengandung banyak besi dalam bentuk Fe(II), karena sifatnya yang mudah larut dalam air. Namun bagaimanapun, ketika oksigen tersedia di udara lewat fotosintesis, Fe(II) teroksidasi menjadi Fe(III) (membentuk karat, ingat?). Fe(III) tidak mudah larut dalam air, keluar dari air sebagai Fe(OH)3. Kemudian, Fe(OH)3 berubah menjadi bijih besi Fe2O3, dan inilah bijih besi yang paling utama ditemukan di bumi saat ini. Semakin banyak oksigen yang dihasilkan oleh fotosintesis mikroorganisme maka semakin banyak bijih besi oksida yang dihasilkan, sehingga semua besi di lautan keluar semuanya. Kemudian oksigen di udara meningkat dengan cepat. Ketika besi mengendap sebagai hidroksida padat atau yang lain, besi menjadi tidak mudah didapat oleh organisme, karena organisme hanya dapat mengambil besi yang terlarut dalam air. Hal ini penting terjadi selama sejarah panjang bumi. Di zaman purba, air laut mengandung banyak besi sehingga organisme yang berkembang pun dapat menggunakan besi yang sangat bermanfaat an mudah didapat. Setelah itu, semua organisme yang berkembang kemudian harus menggunakan mekanisme konsumsi besi di zaman purba, akibatnya semua makhluk hidup yang ada di bumi menggunakan besi. Tapi sekarang kandungan oksigen diudara sangat tinggi sehingga besi menjadi sangat sulit didapat, karena kebanyakan terdapat sebagai Fe(OH)3 atau Fe2O3 yang padat.
Jadi, sekarang Anda bisa lihat mengapa tubuh manusia sebagai contoh, memiliki mekanisme yang panjang lebar untuk mengeluarkan besi yang langka dari makanan, dan menjaga bersiklus di dalam tubuh. Tubuh kita menggunakan energi untuk menyerap banyak besi, dan dapat menyimpan besi bila besi terdapat berlebihan di dalam tubuh. Banyak hal yang menarik dalam kimia terkait hal ini, tapi kita tidak dapat membahasnya terlalu rumit di sini.
Sebuah kelanjutan yang menarik terkait dengan bahasan kita adalah bahwa tembaga tidak tersedia untuk organisme dalam air laut di zaman purba ketika oksigen di atmosfer sangat rendah. Oleh karena itu, hanya organisme yang baru muncul saat inilah (mungkin sekitar 1.8 milyar tahun yang lalu) yang dapat menggunakan tembaga; memang, tembaga ditemukan terutama dalam organisme yang berkembang, eukaryota, tetapi karena besi dan tembaga memiliki sifat kimia yang sangat berbeda; besi sangat mudah teroksidasi dan karenanya besi banyak terdapat dalam bentuk bijih oksida besi. Memang, kebanyakan bijih besi ditemukan di bumi dalam beragam bentuk oksida besi, seperti diungkapkan sebelumnya. Di sisi yang lain, tembaga bahkan terdapat dalam bentuk logam saat ini ( misal bentuk tereduksi), meskipun terdapat sejumlah bentuk oksida tembaga yang teroksidasi. Dengan kata lain, tembaga lebih sulit teroksidasi; Anda pun mungkin sudah memperhatikan bahwa pipa tembaga berkilau tahan lama. Atau bisa kita katakan bahwa logam tembaga lebih stabil daripada senyawa tembaga yang teroksidasi. Jadi untuk tembaga agar mudah tersedia untuk organisme; misal mudah larut dalam air (dalam bentuk Cu(II)), tingkat oksigen di atmosfer haruslah cukup tinggi.

Fungsi Biologis Besi

Fungsi biologis besi dapat dilihat secara singkat. Tubuh manusia dewasa rata-rata mengandung 4-5 gram besi. Hal ini tidak terdengar banyak, tapi kenyataannya jumlah ini cukup banyak. Seng adalah mikronutrien berikutnya yang berlimpah dalam tubuh manusia; dengan kandungannya sebanyak 2-3 gram dalam tubuh manusia. Kecuali untuk kalsium, magnesium, natrium, dan kalium, jumlah unsur anorganik esensial lainnya dalam tubuh hanyalah sebentar saja; unsur-unsur ini disebut “mikronutrien”.
Sebagain besar besi (60%-70%) dalam tubuh manusia terdapat dalam sel darah merah, walaupun tiap sel tunggal dalam tubuh manusia mengandung besi. Besi dalam sel darah merah sebnarnya terkandung dalam protein yang bernama hemoglobin. Hemogloin membawa oksigen melewati seluruh tubuh kita. Hemoglobin terdiri dari protein (yang bernama globin) dan sebuah gugus kecil bernama “hema” di mana besi berlokasi.
Hemoglobin adalah protein hema yang khas. Terdapat sejumlah protein yang mengandung hema dalam tubuh kita. Sebagai contoh termasuk mioglobin, sitokhrom a, sitokhrom b, sitokhrom c, sitokhrom c oksidase, katalase, dan sitokhrom P450. Semua fungsi mereka berjalan dengan mengubah bilangan oksidasi besi, terutama bilangan II dan III. Besi memberikan atau melepaskan electron ketika bilangan oksidasinya berubah antara II dan III. Sitokhrom a, b, c, dan lainnya kebanyakan terlibat dalam menyampaikan electron dari satu komponen ke komponen yang lain dalam sistem pernafasan di mana makanan akhirnya terbakar menjadi karbon dioksida dan air dan dihasilkan energy, dan juga sistem lainnya.
Mari kita lihat situasi hemoglobin. Ketika besi dalam hemoglobin memiliki bilangan +2, mka besi dapat mengikat oksigen (misalkan di paru-paru). Ketika hemoglobin dengan oksigen berikatan kemudian dibawa ke jaringan yang kekurangan oksigen, misalkan sel otot aktif, maka besi akan melepaskan oksigen. Dalam konteks reaksi kimia, pengikatan oksigen dengan hemoglobin dapat ditulis sebagai berikut:
O2 + Fe(II) (hemoglobin) ↔ O2–Fe(III) (hemoglobin)
Persamaan ini menunjukkan bahwa reaksi dapat berjalan kedua arah, ke depan dank e belakang, reaksi semacam ini disebut “reversible/bolak-balik”. Sementara itu, oksigen yang dilepaskan dari hemoglobin diterima oleh protein hema lainnya yaitu mioglobin dalam sel otot.
Besi dalam katalase dan sitokhrom P450 tampaknya mengambil bilangan oksidasi yang lebih tinggi ketika mereka bekerja, tapi hal ini merupakan cerita yang sangat panjang dan masih menjadi bahan perdebatan hingga saat ini. Secara sederhana, katalase adalah enzim yang ditemukan dalam darah. Anda mungkin pernah mengalami hal ini. Ketika jari Anda terluka dengan darah yang terus mengalir keluar, Anda akan mengoleskan larutan desinfektan pada luka itu. Larutan desinfektan ini mengandung senyawa yang disebut “hidrogen peroksida’ yang merupakan zat oksidator kuat dan mampu membunuh kuman. Anda pun mungkin sering memperhatikan gelembung yang keluar dari darah Anda setelahnya. Inilah yang dikerjakan katalase.Katalase menguraikan hidrogen peroksida dan melepaskan gas oksigen dalam bentuk gelembung.
Sitokhrom P450 mengandung enzim (dan banyak senyawa lainnya) yang sangat penting dalam metabolisme sejumlah besar zat seperti steroid, obat0obatan dan zat lain yang tidak ada hubungannya.
Fungsinya berjalan dengan memasukkan atom oksigen dari O2 ke dalam senyawa kimia (yang secara tekhnis diistilahkan sebagai substrat); ini merupakan contoh reaksi oksigenase.
Ada golongan senyawa besi lainnya yang terlibat dengan pemberian elektron. Senyawa ini disebut protein “besi-sulfur”. Salah satu contohnya yang utama adalah [Fe2S2] dan [Fe4S4]. Sejumlah protein yang mengandung gugus ini disebut “ferredoksin”. Satuan gugus [Fe2S2] memiliki struktur di mana dua atom Fe saling terhubung dengan jembatan ion S2-. Masing-masing dari Fe ini juga terikat dengan protein lewat ersidu asam amino (yang disebut sistein). Feeredoksin ini merupakan pembawa elektron yang penting dalam proses fotosintesis daun hijau. Gugus [Fe4S4] kira-kira menyerupai bentuk kubus, di mana 4 atom Fe dan 4 atom S2- berpasangan dalam posisi yang apikal. Kedua gugus ini baik [Fe2S2] dan [Fe4S4] memindahkan elektron dengan mengubah bilangan oksidasi Fe antara Fe(II) dan Fe (III). Namun diketahui bahwa protein besi-sulfur sendiri memiliki peranan selain transfer elektron. Sebagai contoh, sebuah enzim yang disebut akonitase mengandung gugus [Fe4S4] tapi fungsinya bukanlah untuk memindahkan elektron tapi lebih kepda peranan besi sebagai asam. Ada pula fungsi lainnya dari [Fe4S4] yakni untuk mengawasi tingkat kandungan oksigen dalam sel tertentu.
Salah satu enzim penting yang mengandung besi-sulfur adalah “nitrogenase”. Nitrogenase adalah enzim yang mengubah nitrogen (N2) di udara menjadi ammonia (NH3). Ammonia ini kemudian digunakan oleh tanaman. Proses ini disebut sebagai fiksasi (pengikatan) nitrogen yang dilakukan oleh mikrooganisme, dan merupakan komponen utama dalam sistem ekologi keseluruhan di bumi. Selain itu, enzim ini mengandung gugus yang lebih kompleks dengan unsur eksotis, molebden (Mo) yang terikat dengan gugus besi-sulfur jenis tertentu.
Ada beraneka ragam enzim yang mengandung besi yang tidak memiliki gugus khusus seperti heme atau besi-sulfur. Beberapa contoh akan dijelaskan. Enzim yang mengandung Fe(II) atau Fe(III) saja bereaksi dengan oksigen dan substrat, kemudian membawa baik satu maupun kedua atom oksigen dari O2 ke dalam substrat. Enzim ini secara umum disebut oksigenase, dan terlibat dalam metabolisme beraneka ragam senyawa organik. Contohnya adalah: katekhol dioksigenase, fenilalanin hidroksilase tergantung pada pterin, dan prolin monooksigenase yang tergantung pada ketoglutarat. Metana monooksigenase adalah enzim yang mengubah metana menjadi metanol dan mengandung 2 atom Fe yang diikat secara bersamaan.
Kita bisa membahas ini lebih lanjut, tapi mari kita selesaikan bahasan ini dengan memberikan sebuah contoh penggunaan senyawa besi oleh organisme yang cukup menarik. Bagaimanakah makhluk kecil mengatur arah pergerakan mereka? Apakah mereka memiliki navigator? Ya, diketahui bahwa beberapa dari mereka memiliki “navigator”. Bakteri bernama Magnetospirillum magneticum menggunkan jalinan zat magnetik yang disebut Fe3O4 (sejenis oksida besi, magnet kecil), pengganti jarum kompas. Sebagaimana Anda ketahui, jarum kompas termagnetisasi sehingga jarum akan mengikuti secara paralel ke mana medan magnet bumi, biasanya dari utara ke selatan.