Sumber ilustrasi: freepik
22 Mei 2025 11.45 WIB – Umum
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Desanomia [22.5.2025] Oksigen sering diasosiasikan dengan kehidupan dan kesegaran. Namun secara kimia, unsur ini sangat reaktif. Meskipun demikian oksigen justru menjadi komponen vital bagi hampir seluruh bentuk kehidupan di Bumi yang memunculkan pertanyaan: mengapa oksigen dipilih oleh alam sebagai unsur utama dalam proses pernapasan?
Donald Canfield, geobiolog dari University of Southern Denmark, menyebut bahwa terdapat ribuan jenis metabolisme, namun hampir semua eukariot (organisme dengan inti sel) dan banyak prokariot (organisme tanpa inti sel) menggunakan oksigen dalam proses metabolisme mereka. Ia merujuk pada organisme heterotrof, termasuk manusia, yang memperoleh energi dengan mengonsumsi materi organik lainnya.
Meski tidak semua organisme sepenuhnya heterotrof, seperti tumbuhan yang mengambil karbon dari CO₂ di atmosfer, banyak organisme memanfaatkan oksigen dalam rantai transpor elektron. Dalam proses ini, elektron dari makanan dilepaskan dan ditransfer melalui enzim di membran mitokondria. Oksigen, dengan elektronegativitas tinggi, menjadi penerima akhir elektron dan membentuk air setelah mengikat dua proton.
Proses tersebut menciptakan cadangan proton yang kemudian mengalir kembali melalui saluran protein di membran, seperti bendungan mikro yang menghasilkan energi. Protein ini berputar dan menghasilkan energi dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat), yang kemudian digunakan oleh sel atau disalurkan ke seluruh tubuh.
Oksigen dinilai sebagai penerima elektron paling efisien dibandingkan alternatif lain seperti sulfat, nitrat, atau besi. Menurut David Catling dari University of Washington dalam jurnal Astrobiology, reduksi oksigen menghasilkan pelepasan energi bebas tertinggi per transfer elektron, hanya kalah dari fluorin dan klorin. Namun, fluorin sangat berbahaya karena dapat meledak saat bersentuhan dengan materi organik.
Selain itu, klorin dan fluorin bersifat beracun, sehingga oksigen menjadi pilihan yang lebih aman. Respirasi aerobik dengan oksigen hanya menghasilkan air dan karbon dioksida, tanpa senyawa beracun. Meskipun begitu, jika oksigen menumpuk dalam jaringan tubuh maka bisa merusak DNA dan protein dan oleh sebab itulah mengapa antioksidan penting bagi tubuh dalam kadar yang moderat.
Oksigen juga lebih melimpah dibandingkan fluorin, klorin, dan penerima elektron lainnya. Meskipun mudah bereaksi dengan unsur lain, fotosintesis terus menghasilkan oksigen dalam jumlah besar, memungkinkan akumulasinya di atmosfer dan air, serta memudahkan penyebarannya ke seluruh makhluk hidup.
Namun, mengapa nitrogen, unsur terbanyak di atmosfer Bumi, tidak digunakan dalam proses respirasi? Menurut Canfield, nitrogen memiliki ikatan rangkap tiga yang sangat kuat, sehingga sulit dipecah. Meskipun penting sebagai bagian dari senyawa biologis, hanya organisme tertentu yang mampu memprosesnya melalui mekanisme berenergi tinggi.
Keistimewaan oksigen, kata Nick Lane dari University College London, terletak pada sifat kuantumnya. Oksigen dalam keadaan dasar hanya bisa menerima elektron dengan spin yang sama satu per satu, bukan berpasangan seperti dalam reaksi kimia umum. Ini memungkinkan oksigen tetap stabil dalam jumlah besar dan sekaligus menghasilkan energi besar saat menerima elektron.
Dengan demikian, oksigen berada dalam posisi ideal antara reaktivitas dan kestabilan. Ia tidak terlalu reaktif seperti halogen, tidak terlalu terikat kuat seperti nitrogen, namun jauh lebih efisien dibandingkan alternatif lain. Ditambah lagi, proses respirasi yang melibatkan oksigen tidak menghasilkan senyawa berbahaya dan dapat dilakukan secara efisien oleh tubuh makhluk hidup.
Buah Pikiran
Keunggulan oksigen sebagai bahan bakar utama dalam proses pernapasan menunjukkan bagaimana evolusi memilih jalur efisien dan aman untuk menopang kehidupan. Dari sudut pandang kimia dan fisika, oksigen menawarkan keseimbangan sempurna antara reaktivitas yang cukup untuk menghasilkan energi dan kestabilan yang memungkinkan akumulasi tanpa bahaya besar. Ini menjelaskan mengapa sebagian besar makhluk hidup, dari manusia hingga mikroorganisme, sangat bergantung pada gas ini.
Lebih jauh lagi, artikel ini juga menekankan peran penting fotosintesis sebagai penyokong utama kehidupan aerobik. Tanpa pasokan oksigen dari tumbuhan dan alga, kehidupan seperti yang kita kenal mungkin tak akan pernah berkembang. Oleh karena itu, menjaga kelestarian lingkungan dan ekosistem penghasil oksigen menjadi aspek yang sangat krusial dalam mempertahankan keseimbangan biologis planet kita. (NJD)
Sumber: Livescience
Link: https://www.livescience.com/chemistry/why-does-nearly-all-life-breathe-oxygen
