LIPID, MEMBRAN, TRANSPOR, DAN PENSINYALAN
CH 3 (CH 2 ) 5 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH Asam palmitoleat
7. SIFAT LIPID DALAM AIR
Dari definisinya diketahui bahwa lipid tidak larut dalam air. Namun kenyataannya lipid terdapat dalam lingkungan air, sehingga sifatnya di dalam air sangat penting dalam sistem biologis. Banyak tipe lipid yang bersifat amfifilik, yang berarti terdiri atas dua bagian yakni daerah hidrokarbon yang nonpolar dan daerah yang polar atau ionik atau keduanya. Istilah amfifilik ini menggantikan istilah amfifatik yang digunakan sebelumnya.
Lipid-lipid seperti asam lemak, TAGs, dan kolesterol bukanlah amfifilik karena kepolaran molekul-molekul ini sangat lemah. Sedangkan lipid-lipid seperti ion asilat, fosfogliserida, fosfosfingolipid, dan glikosfingolipid merupakan amfifilik, karena senyawa-senyawa ini memiliki setidaknya satu muatan formal atau banyak gugus hidroksil di salah satu bagian molekulnya. Ketika molekul amfifilik terdispersi dalam air, bagian hidrofobnya (yakni rantai hidrokarbon) memisah dari pelarut dan menyatu dengan bagian-bagian hidrofob molekul lainnya. Hasil pengumpulan ini dise- but micelle (untuk kumpulan yang terdispersi dalam air) dan mono- layer (untuk yang mengumpul pada perbatasan air-udara). Gambar 4-1 menunjukkan bagaimana suatu amfifil membentuk suatu monolayer pada permukaan air (molekul amfifilik digambarkan dengan O–– , dengan O merupakan bagian polar dan –– merupakan ekor hidrokar- bon). Kepala polar bersentuhan dengan air yang polar, sehingga me-mastikan bahwa ekor nonpolar berada sejauh mungkin dari air.
Lipid, Membran, Transpor, dan Pensinyalan
Gambar 4-1 Suatu amfifil membentuk suatu monolayer pada permukaan air
Kecenderungan rantai hidrokarbon untuk menjauh dari pelarut polar (yakni air) dikenal sebagai efek hidrofob. Hidrokarbon tidak membentuk ikatan hidrogen dengan air, dan suatu hidrokarbon yang dikelilingi oleh air akan memudahkan pembentukan ikatan hidrogen di antara molekul-molekul air itu sendiri. Kumpulan air akan lebih terstruktur daripada tanpa adanya hidrokarbon. Tanpa hidrokarbon, air akan kehilangan entropi sehingga secara termodinamika keadaannya kurang disukai. Keadaan seperti ini diubah oleh adanya hidrokarbon yang tersusun sedemikian rupa sehingga menjauh dari air, menyebabkan molekul-molekul air yang ada di dekatnya menjadi lebih tak teratur. Efek hidrofob seperti ini dikatakan sebagai diarahkan secara entropi (entropically driven).
Hanya sejumlah kecil dari lipid amfifilik terdispersi dalam air yang dapat membentuk suatu monolayer (kecuali air menyebar berupa lapisan yang sangat tipis). Sebagian besar kumpulan lipid akan membentuk micelle. Micelle bisa berbentuk macam-macam, semuanya memuaskan efek hidrofobnya. Gambar 4-2 menunjukkan salah satu bentuk micelle, yakni micelle bentuk bola. Bentuk micelle lain yang dapat terbentuk adalah elips, diskoidal, serta silinder.
Gambar 4-2 Satu bentuk micelle, yakni micelle bentuk bola
H2O
H2O
H2O H2O
Gambar 4-1 Suatu amfifil membentuk suatu monolayer pada permukaan air
Bab Lipid, Membran, Transpor, dan Pensinyalan 11 Kecenderungan rantai hidrokarbon untuk menjauh dari pelarut polar (yakni air) dikenal sebagai efek hidrofob. Hidrokarbon tidak membentuk ikatan hidrogen dengan air, dan suatu hidrokarbon yang dikelilingi oleh air akan memudahkan pembentukan ikatan hidrogen di antara molekul-molekul air itu sendiri. Kumpulan air akan lebih terstruktur daripada tanpa adanya hidrokarbon. Tanpa hidrokarbon, air akan kehilangan entropi sehingga secara termodinamika keadaannya kurang disukai. Keadaan seperti ini diubah oleh adanya hidrokarbon yang tersusun sedemikian rupa sehingga menjauh dari air, menyebabkan molekul-molekul air yang ada di dekatnya menjadi lebih tak teratur. Efek hidrofob seperti ini dikatakan sebagai diarahkan secara entropi (entropically driven).
Hanya sejumlah kecil dari lipid amfifilik terdispersi dalam air yang dapat membentuk suatu monolayer (kecuali air menyebar berupa lapisan yang sangat tipis). Sebagian besar kumpulan lipid akan membentuk micelle. Micelle bisa berbentuk macam-macam, semuanya memuaskan efek hidrofobnya. Gambar 4-2 menunjukkan salah satu bentuk micelle, yakni micelle bentuk bola. Bentuk micelle lain yang dapat terbentuk adalah elips, diskoidal, serta silinder.
Lipid, Membran, Transpor, dan Pensinyalan
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul 163
Gambar 4-1 Suatu amfifil membentuk suatu monolayer pada permukaan air
Kecenderungan rantai hidrokarbon untuk menjauh dari pelarut polar (yakni air) dikenal sebagai efek hidrofob. Hidrokarbon tidak membentuk ikatan hidrogen dengan air, dan suatu hidrokarbon yang dikelilingi oleh air akan memudahkan pembentukan ikatan hidrogen di antara molekul-molekul air itu sendiri. Kumpulan air akan lebih terstruktur daripada tanpa adanya hidrokarbon. Tanpa hidrokarbon, air akan kehilangan entropi sehingga secara termodinamika keadaannya kurang disukai. Keadaan seperti ini diubah oleh adanya hidrokarbon yang tersusun sedemikian rupa sehingga menjauh dari air, menyebabkan molekul-molekul air yang ada di dekatnya menjadi lebih tak teratur. Efek hidrofob seperti ini dikatakan sebagai diarahkan secara entropi (entropically driven).
Hanya sejumlah kecil dari lipid amfifilik terdispersi dalam air yang dapat membentuk suatu monolayer (kecuali air menyebar berupa lapisan yang sangat tipis). Sebagian besar kumpulan lipid akan membentuk micelle. Micelle bisa berbentuk macam-macam, semuanya memuaskan efek hidrofobnya. Gambar 4-2 menunjukkan salah satu bentuk micelle, yakni micelle bentuk bola. Bentuk micelle lain yang dapat terbentuk adalah elips, diskoidal, serta silinder.
Gambar 4-2 Satu bentuk micelle, yakni micelle bentuk bola
H2O
H2O
H2O H2O
Gambar 4-2 Satu bentuk micelle, yakni micelle bentuk bola
Selain micelle dan monolayer, lipid amfifilik dalam air juga bisa membentuk struktur bilayer berupa bola berongga yang tertutup (Gambar 4-3-a). Struktur seperti ini disebut vesicle. Vesicle yakni dua lapis lipid yang rantai-rantai hidrokarbonnya terletak saling berlawnan (Gambar 4-3-b). Bilayer berbentuk lembaran tidak terdapat dalam air,
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul
1
karena ekor hidrokarbon akan berada di pinggir-pinggir lembaran. Hal ini diatasi dengan melingkarnya lembaran membentuk bola berongga yang menutup sendiri.
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul 164
Selain micelle dan monolayer, lipid amfifilik dalam air juga bisa membentuk struktur bilayer berupa bola berongga yang tertutup (Gambar 4-3-a). Struktur seperti ini disebut vesicle. Vesicle yakni dua lapis lipid yang rantai-rantai hidrokarbonnya terletak saling berlawnan (Gambar 4-3-b). Bilayer berbentuk lembaran tidak terdapat dalam air, karena ekor hidrokarbon akan berada di pinggir-pinggir lembaran. Hal ini diatasi dengan melingkarnya lembaran membentuk bola berongga yang menutup sendiri.
Gambar 4-3 Bentuk-bentuk lipid bilayer
Struktur micelle maupun bilayer terbentuk melalui gaya-gaya yang bekerja berlawanan, yakni: (1) gaya tarik antara rantai-rantai hidrokarbon (gaya van der Waals) yang disebabkan oleh efek hidrofob; dan (2) gaya tolakan antara gugus-gugus kepala polar.
Batas bawah ukuran micelle ditentukan oleh efek hidrofob. Terdapat jumlah minimum rantai-rantai hidrokarbon yang harus bersatu sebelum kontak air-hidrokarbon bisa dihilangkan. Proses penyatuan ini merupakan suatu kerjasama, sehingga micelle memiliki ukuran minimum. Batas atas ukuran micelle ditentukan oleh tolakan kepala-kepala polar. Jika terdapat dua rantai hidrokarbon di tiap gugus kepala polar, maka volume nonpolar di setiap gugus kepala adalah dua kali lipat dari suatu lipid amfifilik yang hanya memiliki satu rantai hidrokarbon. Lipid amfifilik dengan satu rantai hidrokarbon memiliki gaya tolakan yang lebih besar, yang mencegah molekul-molekul lipid berkumpul
H2O H2O H2O H2O H2O H2O
(a) Bentuk lapisan berongga (b) Bentuk lembaran (sheet)
Gambar 4-3 Bentuk-bentuk lipid bilayer
Struktur micelle maupun bilayer terbentuk melalui gaya-gaya yang bekerja berlawanan, yakni: (1) gaya tarik antara rantai-rantai hidrokarbon (gaya van der Waals) yang disebabkan oleh efek hidrofob; dan (2) gaya tolakan antara gugus-gugus kepala polar.
Batas bawah ukuran micelle ditentukan oleh efek hidrofob. Terdapat jumlah minimum rantai-rantai hidrokarbon yang harus bersatu sebelum kontak air-hidrokarbon bisa dihilangkan. Proses penyatuan ini merupakan suatu kerjasama, sehingga micelle memiliki ukuran minimum. Batas atas ukuran micelle ditentukan oleh tolakan kepala-kepala polar. Jika terdapat dua rantai hidrokarbon di tiap gugus kepala polar, maka volume nonpolar di setiap gugus kepala adalah dua kali lipat dari suatu lipid amfifilik yang hanya memiliki satu rantai hidrokarbon. Lipid amfifilik dengan satu rantai hidrokarbon memiliki gaya tolakan yang lebih besar, yang mencegah molekul-molekul lipid berkumpul terlalu dekat sehingga akan membentuk micelle berukuran kecil. Gaya tolakan yang lebih kecil dan volume hidrokarbon yang lebih besar menyebabkan terbentuknya struktur yang jauh lebih besar,
Bab Lipid, Membran, Transpor, dan Pensinyalan 1 Panjang rantai hidrokarbon relatif terhadap ukuran gugus kepala polar suatu amfifilik mempengaruhi apakah akan terbentuk micelle atau vesicle di dalam pelarut polar seperti air. Ion asilat dan lisofosfogliserida akan membentuk micelle kecil. Fosfogliserida, fosfosfingolipid, plasma-logen, glikogliserolipid, dan glikosfingolipid akan membentuk vesicle dan bilayer.
Lipid yang memiliki rantai hidrokarbon lebih panjang akan mem-bentuk micelle berukuran lebih besar. Hal ini dikarenakan perband-ingan volume hidrokarbon terhadap kepala akan lebih besar sehingga gaya tarik antara ekor-ekor (gaya van der Waals) lebih besar daripada gaya tolak ionik antara gugus-gugus kepala.
Peningkatan kekuatan ion pada medium cair akan menyebabkan terbentuknya micelle yang lebih besar. Kekuatan ionik yang lebih besar ini akan menurunkan gaya tolak ionik antara gugus-gugus kepala sehingga lebih banyak molekul lipid yang akan menyatu.
Micelle tidak akan terbentuk pada konsentrasi amfifil yang sangat rendah. Transisi dari molekul yang terpisah-pisah menjadi suatu micelle terjadi pada interval konsentrasi yang sempit yang dikenal sebagai konsentrasi micelle kritis.
Kolesterol tidak akan membentuk micelle karena (1) bukan meru-pakan amfifilik, dan (2) strukturnya berbentuk cincin fusi yang datar dan kaku, sehinggal lebih membentuk suatu padatan daripada cairan, padahal fasa hidrokarbon yang bergerak bebas diperlukan dalam pem-bentukan micelle. Akan tetapi kolesterol dapat membentuk micelle campuran dengan lipid amfifilik serta dapat memasuki monolayer.