MODUL III. APLIKASI BIOLOGI MOLEKULER 1. Teknologi Rekombinan DNA
KOMPOSISI DARAH
3. Lemak. Fungsi Lipid
a.Sumber energi potensial b.Bantalan organ dalam / luar c.Cadangan energi
d.Mempertahankan suhu tubuh / penyekat panas (subcutan) e.Penyekat listrik (selubung myelin pada syaraf)
f. Struktur membran biologis g.Struktur : susunan saraf h.Pelarut Vitamin : A, D, E, K
Sifat Umum Lipid
a. Relatif tidak larut dalam air.
b. Larut dalam pelarut organik (pelarut lemak): benzena, eter, aseton, kloroform, karbon tetraklorida.
c. Mengandung unsur C, H, O, kadang-kadang nitrogen dan fosfor. d. Hidrolisis gliserida/ester menghasilkan asam lemak.
e. Berperan pada metabolisme tumbuhan dan binatang.
a. Berwujud cair atau padatan non kristal pada suhu kamar.
b. Lemak murni dan minyak murni, tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. c. Bahan-bahan asing terabsorpsi dan larut khas.
d. Penghantar listrik dan panas yang jelek.
e. Lemak dan minyak lebih ringan dari air BD. 0,8. f. Lemak dan minyak tidak terdifusi melalui membran.
g. Tidak larut dalam air, tetapi dapat membentuk emulsi sementara.
Alat Transpor Lipid
Alat Transport Lipid Dlm Darah : Lipoprotein, strukturnya terdiri dari - Lemak polar : Fosfolipid
- Lemak agak polar : Kholesterol Bebas - Lemak NonPolar :TG, Kholesterol Ester - Protein : Apoporotein
Fungsi lipoprotein :
• Pengangkut lipid eksogen (Khilomikron) • Pengangkut lipid endogen (VLDL, IDL, LDL)
• Pengangkut balik kholesterol jaringan ke hati (HDL, VLDL, LDL)
VLDL = Very Low Density Lipoprotein IDL = Intermediate Density Lipoprotein LDL = Low Density Lipoprotein HDL = High Density Lipoprotein Metabolisme Lemak
Pemecahan lemak menjadi asam lemak, monogliserida, kolin dan sebagainya, terjadi hampi semuanyasecara eksklusif dalam duodenum dan jejunum, melalui kerja sama antara
gara-garam empedu dan lipase pancreas, dalam lingkungan pH yang lebih tinggi yang disebabkan oleh sekresi bikarbonat.
Asam-asam lemak, monogliserida, fosfat, kolesterol bebas dan bahan penyusun lain dari lemak yang terbenuk olah proses pencernaan, diserapke dalam sel mukosa intestine. Penyerapan terjadi dengan jalan difusi pasif, terutama dalam setengah bagian atas usus kecil. Garam-garam empedu yang disekresi untuk menolong pencernaan dan penyerapan akan diserap kembali dalam saluran pencernaan bagian bawah.
Setelah masuk ke dalam mukosa intestin, trigliserida, fosfolipid dan ester kolesterol disintesis kembali, di bungkus dengan sedikit protein kemudian disekresikan ke dalam kilomikron ke dalam ruang ekstraselular, memasuki lacteal system limfe.
Bagian terbesar dari lemak makanan yang telah memasuki system limfe secara perlahan memasuki aliran darah (sebagai kiomikron) melalui ductus turachicus jadi mencegah perubahan besar kadar lemak darah permukaan. Masuknya darah ke dalam darah dari limfe terus selama berjam-jam setelah makan banyak lemak. Kilomikron dan VLDL terutama diproses oleh sel-sel adipose dan urat daging. Apoprotein di permukaan mengaktifkan lipase lipoprotein (LPL) yang terikat pada permukaan pembuluh darah kecil dan kapiler dalam jaringan-jaringan tersebut. Ini menyebabkan pembebasan secara local asam lemak bebas yang secara cepat diserap an digunakan untuk energy atau diinkoporasikan kembali menjadi trigliserida untuk digunakan kemudian. Kelebihan fosfolipid permukaan dan beberapa kolesterol dan protein dipindahkan ke HDL. Sisa trigliserida yang terdeplesi dalam kilomikron, dengan ester kolesterol memasuki hati melalui reseptor khusus.
Di dalam hati, ester kolesterol akan mendapat proses esterifikasi dan bersama asam-asam lemak memasuki pool hati yang ada. Kolesterol diekskresikan ke dalam empedu atau diesterifikasi dan diinkoporasikan ke dalam VLDL untuk nanti diangkut lebih lanjut. Asam-asam lemak terbentuk terutama dari kelebihan karbohidrat yang tidak dibutuhkan secara local untuk enegi atau membrane sel diinkorporasikan kembali ke dalam trigliserida. Dan bersama fosfolipid, koleserol dan protein dikemas dalambentuk VLDL hati memasuki aliran darah dan melalui lintasan yang sama dengan VLDL-intestin.yaitu khilangan komponen trigliserida sampai lipase lipoprotein. Tetapi umumnya, lebih lama dalam plasma daripada kilomikron.
Hampir semua asam lemak memasuki jaringan lemak atau urat daging untuk disimpan dalam bentuk trigliserida. Lipoprotein yang tinggal itu menjadi LDL atas pertolongan HDL dan Lechithin-Cholsterol Acyl Transferase (LCAT) yang mengesterifikasi kolesterol
dengan asam lemak poli tidak jenuh dari posisi 2 pada lesitin. LDL yang pada prinsipnya terdiri dari inti ester kolesterol, protein dan fosfolipid permukaan kemudian diambil oleh hampir semua jaringan permukaan. Pengambilan LDL secara normal juga tergantung ikatannya pada reseptor terutama pada membrane sel. Reseptor-reseptor tesebut bisa tidak mempunyai atau mengandung secara tidak sempurna salah satu atau lebih bentuk-bentuk hiperkolesterolemia yang sehubungan. Kalau LDL plasma meningkat, peningkata katabolisme terjadi atas pertolongan makrofag-makrofag retikuloendotelial atau peningkatan pengambilan yang tidak spesifik.
Jaringan lemak melepas asam lemak bebas dan gliserol ke dalam darah, dimana asam lemak tersebut diangkut dengan albumin ke hamper semua organ. Di lain pihak, gliserol berjalan terutama ke dalam hati dan sedikit ke dalam ginjal, hanya jaringan-jaringan ini tempatnya dapat digunakan. Langkah pertama memerlukan proses fosforilasi oleh asam alfa gliserol kinasne, yang tidak didapatkan dalam jaringan lain. Tidak adanya enzim ini dalam jaringan lemak mungkin dapat menolong mencegah agar sikus pembentukan dan pemecahan trigliserida dalam tubuh tidak sia-sia, karena pembentukan alfa gliserol fosfat dalam jaringan lemak akan menyebabkan tersintesisnya kembali trigliserida. Sintesis trigliserida dalam jaringan lemak tergantung pada pembentukan alfa gliserol fosfat dari glukose dan dalam kondisi dimana lemak dibutuhkan untuk energy dengan glucose tidak tersedia untuk proses ini.
Ada 3 fase:
1. β oksidasi 2. Siklus Kreb
3. Fosforilasi Oksidatif
Secara Keseluruhan Proses Oksidasi beta, berlangsung
• Tahap Pertama : Aktivasi asam lemak (sitoplasma) menjadi Asil-KoA dikatalisis enzim tiokinase
• Tahap Kedua : Dalam mitokondria, terjadi pemindahan Asil-KoA dari sitoplasma ke dalam mitokondria oleh “Sistem Transporter Karnitin”
Metabolisme Lemak Triagliser ol Steroid Esterifikasi Lipolisis Diet Asam Lemak Steroidogenesis Lipogenesis β-Oksidasi Asam Amino Asetil-KoA Kolesterologenesis Kolester ol Karbohid rat Ketogenesis Badan Keton 2O2 Siklus Asam Sitrat Proses Beta-Oksidasi
Fosforilasi Oksidatif
Energetika Oksidasi Asam Lemak
Contoh : Asam Palmitat, CH3(CH2)14COOH Mengalami 7 siklus
Tiap siklus menghasilkan 5 mol ATP 7 X 5 mol ATP = 35 mol ATP
Oksidasi 1 molekul Asetil KoA dlm Siklus TCA akan menghasilkan 12 mol ATP (Hasil oksidasi Asam Palmitat menghasilkan 8 molekul Asetil-KoA)
8 X 12 mol ATP = 96 mol ATP
Energi Bruto yang dihasilkan : 96 + 35 = 131 mol ATP Untuk aktivasi As. Lemak dibutuhkan : 2 mol ATP Energi Netto yang dihasilkan : 131 – 2 = 129 mol ATP
Sintesis Trigliserida dari Karbohidrat
Bila KH dalam asupan lebih banyak dari yang dibutuhkan → KH diubah jadi glikogen dan kelebihanya diubah jadi trigliserida → disimpan dalam jaringan adipose. Tempat sintesis di hati, kemudian ditransport oleh lipoprotein ke jaringan disimpan di jaringan adiposa sampai siap digunakan tubuh
Sintesis Trigliserida dari Protein
Banyak asam amino dapat diubah menjadi asetil koenzim-A. Dari asetil koenzim-A dapat diubah menjadi trigliserida. Jadi saat asupan protein berlebih, kelebihan asam amino disimpan dalam bentuk lemak di jaringan adipose.
4. Bioenergetika.
Bioenergetika adalah ilmu yang mempelajari tentang perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia (reaksi kimia pada organisme). Jenis reaksi kimiawi :
a. Reaksi eksotermis: reaksi yg menghasilkan panas b. Reaksi endotermis: reaksi yg memerlukan panas
Pada sistem biologis: manusia bersifat isotermis (suhu tubuh konstan). Manusia menggunakan panas yang Terbentuk pada suatu reaksi antara lain untuk Mempertahankan suhu tubuh tetapi tidak dapat Mengubahnya menjadi energi mekanik atau energi listrik, Sisa panas akan dibuang ke luar. Oleh karena itu yang lebih Penting diperhitungkan adalah bentuk energi kimia (atp Dll). Pada sistem biologis proses yg memerlukan energi Mendapatkannya dengan cara mengaitkan reaksi yg Perlu energi (reaksi endergonik) dengan dengan Reaksi yang menghasilkan energi (reaksi Eksergonik)
Senyawa kaya energi (~e) : atp: adenosin – p ~ p ~ p (adenosin trifosfat)
atp adalah suatu nukleotida yg dalam bentuk aktifnya Membentuk kompleks dengan mg++ Atau mn++. Peranan atp sbg pembawa energi terletak pada gugusan Trifosfat yg mengandung 2 ikatan fosfoanhidrid. Hidrolisis ikatan ini akan melepaskan banyak energi Bebas. Senyawa kaya energi (~ e ) lainnya misalnya : Fosfoenolpiruvat, kreatinfosfat ( ada simbol ikatan Bertenaga tinggi (~)
Mekanisme pembentukan energy : 3 tahap : b. Tahap 1 : mobilisasi asetil-koA
c. Tahap 2 : siklus krebs
d. Tahap 3 : fosforilasi oksidatif
5. Enzim
Enzim adalah suatu biokatalisator, yaitu suatu bahan yang berfungsi mempercepat reaksi kimia dalam tubuh makhluk hidup tetapi zat itu sendiri tidak ikut bereaksi karena pada akhir reaksi terbentuk kembali. Suatu reaksi kimia yang berlangsung dengan bantuan enzim memerlukan energi yang lebih rendah. Jadi enzim juga berfungsi menurunkan energi aktivasi.
Enzim berfungsi menurunkan energi aktivasi.
Enzim terdiri dari satu atau lebih rantai polipeptida, di samping itu terdapat pula bagian yang bukan protein yang penting untuk aktivitas katalitik. Bagian yang bukan protein ini disebut kofaktor. Koenzim adalah bentuk tertentu dari kofaktor yang merupakan senyawa organic. Kofaktor dapat dibagi dalam 3 macam, yaitu : gugus protetik, koenzim dan ion metal.
Gugus prostetik adalah senyawa organic yang berikatan secara kovalen dengan apoenzim (mengikat dengan kuat pada apoenzim). Sebagai contoh ialah peroksidase dan katalase, dimana hem adalah gugus prostetiknya yang terikat permanen pada tempat aktif.
Koenzim adalah senyawa organic yang berasosiasi dengan apoenzim dan bersifat sewaktu ( tidak permanen), biasanya pada saat berlangsung katalisis. Selanjutnya koenzim yang sama dapat menjadi kofaktor pada enzim yang berbeda. Pada umumnya koenzim tidak hanya membantu enzim memecah substrat tetapi juga bertindak sebagai aseptor sementara untuk produk yang terjadi.
Struktur enzim
Suatu enzim (holoenzim) tersusun atas bagian protein dan bukan protein. Bagian protein disebut apoenzim, dan bagian non protein disebut kofaktor. Kofaktor dapat berupa ion logam (Cu, Mg, K, Fe, Na), atau koenzim yang berupa bahan organik, misalkan vitamin B (B1, B2).
Sifat-sifat enzim
Sebagai suatu bahan yang penting dalam metabolisme, enzim memiliki sifat-sebagai berikut:
- Kerja enzim bersifat spesifik/khusus, artinya bahwa satu enzim hanya dapat bekerja pada satu substrat
- Enzim bekerja pada suhu tertentu
- Enzim berkerja pada derajat keasaman (pH) tertentu
- Kerja enzim dapat bolak-balik, artinya selain dapat memecah substrat juga dapat membentuk substrat dari penyusunnya
Hal-hal yang dapat mempengaruhi kerja enzim di antaranya adalah: - suhu
- derajat keasaman (pH) - konsentrasi enzim - jenis substrat
- penimbunan hasil akhir - pengaruh aktivator/penggiat - pengaruh inhibitor/penghambat Tata nama enzim
- Enzim diberi nama sesuai dengan nama substrat danreaksi yang dikatalisis - Biasanya ditambah akhiran “ase”
Klasifikasi Enzim
IUB membagi enzim menjadi 6 kelas
a. Oksidoreduktase; mengkatalisis reaksi oksidasi reduksi, dan biasanya menggunakan koenzim :biasanya menggunakan koenzim :
- NAD+ - NADP+ - FAD - Lipoat - Koenzim Q
Yang termasuk enzim ini, dengan nama trivial : - Dehidrogenase - Oksidase - Peroksidase - Reduktase - Hidroksilase - Oksigenase
b. Transferase ; mengkatalisis pemindahan gugus tertentu, seperti : - Gugus 1-karbon
- Gugus asli - Gugus glikosil - Gugus fosfat
- Gugus mengandung S
Yang termasuk enzim ini, dengan nama trivial : - Amino transferase
- Asil karnitin transferase - Transkarboksilase
- Transaldolase dan transketolase - Glukokinase
- Piruvatkinase
c. Hidrolase; meningkatkan pemecahan ikatan antara karbon dengan atom lainnya dengan penambahan air.
- Esterase - Amidase - Peptidase - Fosfatase - Glikosidase
d. Liase ; mengkatalisis pemecahan karbon, sulfur dan karbon-nitrogen. Yang termasuk enzim ini, dengan nama trivial :
- Dekarboksilase - Aldolase - Sintase
- Hidrase atau dehidrarase - Deaminase
- nuleotida siklase
e. Isomerase; mengkatalisis raseminase optic atau isomer geometric dan reaksi oksidase reduksi intramolekular tertentu. Yang termasuk enzim ini, dengan nama trivial :
- Epimerase - Rasemase - Mutase - Isomerase
f. Ligase ; Mengkatalisis pembentukan ikatan antara : - Karbon dengan karbon
- Karbo dengan sulfur - Karbon dengan nitrogen - Karbon dengan oksigen
Untuk pembentukan ikatan tersebut diperlukan energy yang berasal dari ATP. Yang termasuk enzim ini, dengan nama trivial :
- Sintetase - Karboksilase
Koenzim adalah senyawa organic yang berasosiasi dengan apoenzim dan bersifat sewaktu ( tidak permanen), biasanya pada saat berlangsung katalisis. Selanjutnya
koenzim yang sama dapat menjadi kofaktor pada enzim yang berbeda. Pada umumnya koenzim tidak hanya membantu enzim memecah substrat tetapi juga bertindak sebagai aseptor sementara untuk produk yang terjadi. Kebanyakan komponen kimia koenzim adalah vitamin. Sebagai contoh dapat dilihat pada klasifikasi enzim.
Cara kerja enzim
a. Teori gembok dan anak kunci (Lock and key theory)
Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk kompleks, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Di dalam kompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yang rendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskan produk serta membebaskan enzim.
Enzim bekerja berdasar prinsip ‘kunci dan anak kunci’ (lock and key) b. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)
Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisi aktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi melingkupi substrat membentuk kompleks. Ketika produk sudah terlepas dari kompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas. Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzim tersebut.
6. Makro dan Mikromineral, Tipe Vitamin serta Hubungan Vitamin dengan Koenzim.