Cahaya kunang-kunang merupakan contoh bioluminesensi yang menarik, yaitu fenomena alam yang terjadi saat organisme hidup menghasilkan cahaya melalui reaksi kimia. Proses ini tidak hanya menjadi bahan keingintahuan ilmiah, tetapi juga memiliki aplikasi praktis di berbagai bidang. Reaksi bioluminesensi pada kunang-kunang melibatkan interaksi kompleks antara molekul dan enzim tertentu, yang menghasilkan produksi cahaya yang efisien. Artikel ini membahas mekanisme biokimia, variasi, dan aplikasi bioluminesensi kunang-kunang.
Mekanisme Biokimia Bioluminesensi Kunang-kunang
Bioluminesensi pada kunang-kunang terutama didorong oleh reaksi antara luciferin, substrat, dan luciferase, enzim, dengan adanya oksigen, ATP, dan ion magnesium. Reaksi ini menghasilkan produksi cahaya, yang dikenal sebagai “cahaya dingin,” karena efisiensinya yang tinggi dalam mengubah energi kimia menjadi energi cahaya, dengan produksi panas yang minimal (Marinko et al., 2024) (Yu & Liu, 2021). Proses ini dimulai dengan oksidasi enzimatik luciferin, yang melibatkan transfer elektron tunggal ke oksigen, yang membentuk zat antara yang reaktif. Reaksi ini berlangsung melalui beberapa keadaan transisi dan zat antara, yang pada akhirnya menghasilkan keadaan tereksitasi oksilusiferin, yang memancarkan cahaya saat kembali ke keadaan dasar (Yu & Liu, 2021). Warna cahaya yang dipancarkan dapat bervariasi tergantung pada luciferase spesifik yang terlibat dan kondisi lingkungan, seperti pH dan suhu. Variasi ini dikaitkan dengan berbagai bentuk oksilusiferin dan interaksinya dengan lingkungan sekitar (Al-Handawi et al., 2022) (Hirano, 2016).
Variasi dan Pengaruh pada Bioluminesensi
Berbagai spesies kunang-kunang menunjukkan variasi dalam warna dan intensitas bioluminesensinya. Perbedaan ini dipengaruhi oleh enzim luciferase spesifik dan lingkungan kimia tempat reaksi terjadi (Al-Handawi et al., 2022) (Rabha et al., 2020). Faktor-faktor seperti polaritas pelarut, interaksi antarmolekul, dan efek elektronik memainkan peran penting dalam menentukan spektrum emisi bioluminesensi kunang-kunang. Faktor-faktor ini berkontribusi pada keragaman warna cahaya yang diamati pada berbagai spesies kunang-kunang (Al-Handawi et al., 2022). Perubahan suhu juga dapat memengaruhi bioluminesensi, seperti yang terlihat pada spesies kunang-kunang musim dingin India, di mana peningkatan suhu menyebabkan pergeseran merah pada panjang gelombang puncak, kemungkinan karena denaturasi enzim (Rabha et al., 2020).
Aplikasi Bioluminesensi Kunang-kunang
Bioluminesensi kunang-kunang telah dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi, khususnya di bidang bioteknologi dan pencitraan medis. Sistem luciferin-luciferase banyak digunakan dalam pencitraan bioluminesensi (BLI) untuk mempelajari proses fisiologis dan patologis secara in vivo (Saito-Moriya et al., 2021) (Yang et al., 2022). Para peneliti telah mengembangkan analog luciferin dan mutan luciferase untuk menciptakan sistem bioluminesensi multi warna, yang meningkatkan resolusi dan sensitivitas teknik pencitraan (Saito-Moriya et al., 2021) (Ono et al., 2022). Efisiensi dan spesifisitas tinggi dari reaksi bioluminesensi kunang-kunang menjadikannya alat yang berharga untuk metode analitis, termasuk kuantifikasi sel tumor dan ekspresi gen pada model hewan (Paramo, 2019) (Hirano, 2016). Meskipun aspek fundamental bioluminesensi kunang-kunang dipahami dengan baik, penelitian yang sedang berlangsung terus mengeksplorasi detail yang lebih baik dari mekanisme reaksi dan aplikasi potensialnya. Sifat interdisipliner dari penelitian ini, yang menggabungkan pendekatan teoritis dan eksperimental, menjanjikan untuk mengungkap wawasan dan inovasi baru dalam penggunaan bioluminesensi. Meskipun ada tantangan dalam mempelajari fenomena ini, seperti terhentinya emisi cahaya saat menangkap kunang-kunang, kemajuan teknologi dan metodologi membuka jalan bagi pemahaman yang lebih dalam dan aplikasi yang lebih luas (Marinko et al., 2024) (Al-Handawi et al., 2022).
Fradhika Maulidina, S.Pd.
Guru Kimia
Daftar Pustaka :
Katia, Marinko., Gašper, Tavčar., Marko, Jeran. (2024). 1. The Secret of the Biochemical Reaction in the Abdomen of the Beetle: Bioluminescence of the Firefly. doi: 10.55295/psl.2024.d4
Mohan, Yu., Yajun, Liu. (2021). 3. A QM/MM Study on the Initiation Reaction of Firefly Bioluminescence-Enzymatic Oxidation of Luciferin.. Molecules, doi: 10.3390/MOLECULES26144222
Ryohei, Saito-Moriya., Jun, Nakayama., Genta, Kamiya., Nobuo, Kitada., Rika, Obata., Shojiro, Maki., Hiroshi, Aoyama. (2021). 4. How to Select Firefly Luciferin Analogues for In Vivo Imaging. International Journal of Molecular Sciences, doi: 10.3390/IJMS22041848
Marieh, B., Al-Handawi., Srujana, Polavaram., Anastasiya, Kurlevskaya., Patrick, Commins., Stefan, Schramm., César, Carrasco-López., Nathan, M., Lui., Kyril, M., Solntsev., Sergey, P., Laptenok., Isabelle, Navizet., Panče, Naumov. (2022). 2. Spectrochemistry of Firefly Bioluminescence.. Chemical Reviews, doi: 10.1021/acs.chemrev.1c01047
