ISBN : 978-602-5872-05-1
BIOKIMIA KEDOKTERAN GIGI
(FUNGSI DAN STRUKTUR GIZI MAKRO)
UNMAS PRESS
Oleh :
I GUSTI AYU ARI AGUNG
I GUSTI NGURAH ALIT WISWASTA
I GUSTI AYU MAHADEWI
BIOKIMIA KEDOKTERAN GIGI
( FUNGSI DAN STRUKTUR GIZI MAKRO)
Disusun oleh :
I GUSTI AYU ARI AGUNG
I GUSTI NGURAH ALIT WISWASTA I GUSTI AYU MAHADEWI
ISBN : 978-602-5872-05-1 Editor : Ida Bagus Ari Arjaya Penerbit : UNMAS PRESS
Redaksi : Universitas Mahasaraswati Denpasar Jl. Kamboja 11A Denpasar 80233 Tlp/Fax (0361) 227019
Web.www.unmas.ac.id Cetakan pertama : Oktober 2018
Hak Cipta © 2018, pada penulis Hak Publikasi pada Unmas Press
Dilindungi Undang-Undang dilarang memperbanyak karya tulis ini dalam bentuk dan nama apapun tanpa ijin dari penerbit.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadapan Tuhan Yang Maha Esa atas karuniaNya, penulis dapat menyelesaikan penerbitan buku dengan judul “Biokimia Kedokteran Gigi (Fungsi dan Struktur Gizi Makro).
Buku Biokimia Kedokteran Gigi (Fungsi dan Struktur Gizi Makro) ini merupakan buku penting yang diperlukan oleh para mahasiswa, para peneliti, dan dosen perguruan tinggi. Buku ini diilhami oleh keinginan penulis untuk berbagi kepada mahasiswa, dosen dan penulis lainnya untuk dapat memperhatikan Ilmu Biokimia Gizi Makro. Buku ini diharapkan dapat sebagai literatur pendukung untuk mata kuliah Biokimia dan Ilmu Gizi di Fakultas Kedokteran Gigi.
Ucapan terimakasih dan penghargaan tinggi penulis sampaikan kepada semua pihak yang mendukung penerbitan buku ini. Semoga buku yang sederhana ini bisa berguna utamanya bagi dunia pendidikan, serta bisa membantu mahasiswa dalam proses perkuliahan. Kritik dan saran yang membangun, demi kesempurnaan buku ini penulis selalu tunggu dengan senang hati.
Denpasar, Oktober 2018
Penulis
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... ii
DAFTAR TABEL ... iv
DAFTAR GAMBAR ... v
BAB 1 PENGANTAR BIOKIMIA ... 1
1.1 Ciri-Ciri Zat Hidup ... 3
1.2 Biokimia dalam Zat Hidup... 3
1.3 Biomolekul dalam Zat Hidup ... 3
1.4 Transformasi Energi ... 4
Rangkuman ... 6
Latihan... 6
BAB 2 BIOKIMIA DALAM ILMU KEDOKTERAN GIGI ... 7
2.1 Biokimia dalam Semua Ilmu Pengetahuan tentang Kehidupan ... 7
2.2 Biokimia dalam Ilmu Kedokteran Gigi ... 8
Rangkuman ... 11
Latihan ... 12
BAB 3 KOMPOSISI DAN FRAKSINASI SEL ... 13
3.1 Organisasi dan Komposisi Sel Eukariotik ... 14
3.2 Komposisi Sel ... 15
3.3 Fungsi dan Fraksinasi Sel ... 16
Rangkuman ... 22
Latihan ... 22
BAB 4 GIZI MAKRO ... 23
Rangkuman ... 24
Latihan ... 25
BAB 5 PROTEIN ... 26
5.1 Peran Protein dalam Kesehatan Gigi dan Mulut... 26
5.2 Peran Biomedis ... 27
5.3 Struktur dan Sifat Protein ... 28
5.4 Klasifikasi dan Fungsi Protein ... 30
5.5 Metabolisme Protein ... 34
5.6 Kelainan yang Terjadi Akibat Gangguan Metabolisme Protein ... 39
Rangkuman ... 39
Latihan ... 40
BAB 6 LIPID ... 41
6.1 Peran Lipid dalam Kesehatan Gigi dan Mulut ... 41
6.2 Peran Biomedis ... 41
6.3 Struktur dan Sifat Lipid... 44
6.4 Klasifikasi dan Fungsi Lipid ... 45
6.5 Metabolisme Lipid... 48
6.6 Kelainan yang Terjadi Akibat Gangguan Metabolisme Lemak ... 52
Rangkuman ... 53
Latihan 54
BAB 7 KARBOHIDRAT ... 55
7.1 Peran dalam Kesehatan Gigi dan Mulut ... 55
7.2 Peran Biomedis ... 56
7.3 Struktur dan Sifat karbohidrat ... 57
7.4 Klasifikasi dan Fungsi Karbohidrat ... 59
7.5 Metabolisme Karbohidrat ... 67
7.6 Kelainan yang Terjadi Akibat Gangguan Metabolisme Karbohidrat... 70
DAFTAR PUSTAKA……… … 71
vi
DAFTAR TABEL
5.1 Protein Konyugasi………. 31
6.1 Beberapa Asam Lemak Jenuh……… 47
6.2 Beberapa Asam Lemak Tidak Jenuh………. 48
vii
DAFTAR GAMBAR
3.1 Organel-Organel dalam Sel Eukariotik……….. 14
5.1 Struktur Dasar Protein……… 30
5.2 Proses Pembentukan Protein………... 37
5.3 Proses Perombakan protein………. 38
6.1 Sruktur Asam Lemak……….. 46
6.2 Jalur β-Oksidasi Lemak……….. 50
6.3 Proses Katabolisme Asam Lemak……… 50
6.4 Jalur Metabolisme Lemak……….. 52
7.1 Sruktur Dasar Karbohidrat………. 55
7.2 Struktur Kimia Glukosa……….. 60
7.3 Struktur Kimia Fruktosa………. 60
7.4 Struktur Kimia Galaktose……… 61
7.5 Jalur Utama Metabolisme Karbohidrat……… 69
BAB 1
PENGANTAR BIOKIMIA
Biokimia dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan tentang dasar kimiawi kehidupan (Murray et al., 2012). Biokimia adalah ilmu yang berkaitan dengan mempelajari berbagai molekul yang terjadi pada sel dan organisme hidup, reaksi kimia individu dan katalis enzim dan ekspresi dan pengaturan setiap proses metabolisme. Karena kehidupan tergantung pada reaksi biokimia, biokimia menjadi bahasa dasar dari semua Ilmu Biologi (Rodwel et al., 2015). Biokimia merupakan suatu disiplin ilmu yang khusus mengkaji reaksi-reaksi kimia atau interaksi molekul di dalam zat hidup. Sel adalah unit struktural makhluk hidup.
Oleh karena biokimia juga dapat diartikan sebagai ilmu pengetahuan tentang kandungan kimiawi sel hidup serta reaksi dan proses yang dialami konstituen-konstituen tersebut. Biokimia merupakan suatu multidisipin ilmu yang didasari oleh konsep-konsep biologi, fisika dan matematika. Biokimia akan membantu dalam memahami hubungan antara struktur dan fungsi fraksi-fraksi zat hidup demikian rupa sehingga pada akhirnya nanti, akan mampu menerangkan berbagai misteri yang selama ini masih membingungkan, seperti :
1. Hakikat dari lingkungan sel,
2. Fungsi utama dari inti, mitokondria berserta enzimnya, mikrosoma dan membran sel
3. Arti dari kebutuhan nutrien, peran vitamin, ion anorganik, protein, lemak dan karbohidrat,
4. Kemampuan sel untuk mendayagunakan dan atau menyimpan energi potensial dalam senyawa kimia
1.1 Ciri-Ciri Zat Hidup
Zat hidup dapat dibedakan dari zat tak hidup karena zat hidup memiliki ciri-ciri sebagai berikut (Setiadi, 2007) :
1. Susunan molekulnya rumit tetapi terorganisasi secara rapih.
2. Setiap komponen zat hidup mempunyai fungsi khusus yang berlainan satu sama lainnya.
a. Struktur intraselular
1) Inti sel, mempunyai fungsi dalam biosintesis komponen lain yang terdapat dalam sel.
2) Membran sel, berperan dalam proses pengangkutan zat makanan dari dan keluar sel.
b. Senyawa kimia yang kompleks
Lipida sebagai pembentuk membran sel; karbohidrat berperan dalam penyimpanan energi; protein berfungsi dalam mempertahankan bentuk sel, juga sebagai enzim, yaitu protein aktif yang berperan dalam melangsungkan proses biokimia;
asam nukleat sebagai pembentuk gen dan substansi genetik.
3. Zat hidup memiliki kemampuan untuk mengambil energi dari sekelilingnya untuk mempertahankan struktur organisasi molekul penyusunnya; sebaliknya pada zat tak hidup energi yang diserap akan menyebabkan berkurangnya kemantapan zat tersebut sehingga dapat terjadi proses penguraian.
4. Zat hidup berkemampuan untuk mereplikasi diri, yaitu menghasilkan zat yang memiliki bentuk, struktur dan massa yang identik dengan zat aslinya.
1.2 Biokimia dalam Zat Hidup
Kehidupan terdiri dari unsur-unsur zat tidak hidup yang saling berinteraksi sedemikan rupa sehingga membentuk senyawa-senyawa yang lebih kompleks sampai terjadinya beberapa kombinasi unik yang mempunyai kemampuan mereplikasi diri sehingga menjadi suatu kehidupan.
Biokimia mempelajari proses kimia yang terjadi dalam zat hidup.
Semua hukum kimia dan fisika yang berlaku dalam proses kimia, juga berlaku dalam zat hidup. Molekul kimia yang terdapat dalam zat hidup tidak hanya bercampur dan bereaksi membentuk biomolekul dan berbagai komponen zat kimia lainnya, tetapi juga mengadakan interaksi satu sama lainnya mengikuti prinsip lain dari hukum kimia dan fisika, prinsip ini disebut asas logika molekul zat hidup.
1.3 Biomolekul dalam Zat Hidup
Fungsi biomolekul-biomolekul dalam zat hidup (Setiadi, 2007) : a.
Protein : berfungsi sebagai enzim, yang berperan sebagai katalisator dalam berbagai reaksi biokimia; sebagai alat transport zat
makanan (hemoglobin); sebagai bentuk racun; sebagai antibodi; sebagai hormon; dan sebagai pembentuk membran sel.
b. Asam nukleat : terutama berfungsi sebagai substansi genetik (ADN); sebagai senyawa ko-enzim, sebagai molekul pembawa (penyimpan) energi; sebagai senyawa yang berperan dalam sintesis protein.
c. Polisakarida : berfungsi sebagai sumber energi; sebagai energi cadangan dalam bentuk molekul glikogen; sebagai komponen dalam struktur membran sel dan dinding sel.
d. Lipida : berfungsi sebagai pembentuk struktur membran sel, sebagai hormon, sebagai sumber energi.
Biomolekul yang ada dalam zat hidup berbeda dengan molekul di sekelilingnya. Berat molekulnya jauh lebih besar dan strukturnya jauh lebih kompleks meskipun unsur-unsur yang membentuknya tidak berbeda.
1.4 Transformasi Energi
Setiap proses kimia fisik yang terjadi di alam cenderung untuk menyebabkan kenaikan ketidakteraturan suatu sistem (Hukum Termodinamika II).
Untuk mempertahankan struktur di dalamnya, sel hidup menyerap energi dari sekelilingnya, mengubah dan melepaskannya dalam bentuk energi lain. Dengan perkataan lain, sistem sel hidup itu tetap. Sistem sel hidup merupakan suatu sistem terbuka yang di dalamnya terjadi pertukaran, baik materi maupun energi antara sistem dengan lingkungan di sekelilingnya.
Sel hidup dapat diidentikkan dengan sebuah mesin diesel yang sangat efektif dalam mengambil energi dan mengubahnya menjadi tenaga. Perbedaannya dari mesin diesel, sel hidup berupa mesin kimia isotermal yang tak tahan suhu, keasaman, dan kebasaan yang tinggi.
Berdasarkan cara pengambilan energinya, sel hidup dibedakan ke dalam dua golongan besar, yaitu sel fotosintetik dan sel heterotropik. Sel fotosintetik memakai sinar matahari atau cahaya sebagai sumber energinya. Sel heterotropik mendapatkan energi dari oksidasi senyawa kimia organik yang terdapat dalam medium di sekelilingnya.
Pada sel fotosintetik, partikel klorofil yang ada pada membran sel menyerap energi matahari kemudian mengubahnya menjadi energi kimia Adenosin-trifosfat (ATP), dalam proses fotosintesis. Selanjutnya energi ini dipakai untuk mereduksi CO2 dan karbohidrat (amilum).
Pada sel heterotropik, sumber energi didapat dari oksidasi senyawa kimia organik yang ada di sekelilingnya. Berbagai senyawa kimia organik tersebut masuk ke dalam sel melalui proses penyerapan kemudian dioksidasi menjadi CO2 dan H2O, dan energi yang tersimpan di dalam senyawa tersebut diubah menjadi senyawa kimia (ATP).
Di dalam sel makhluk hidup terjadi berbagai aktivitas kimia sebagai berikut (Setiadi, 2007) :
a. Pemakaian energi kimia dalam berbagai proses biosintesa komponen sel
b. Transformasi energi kimia menjadi energi listrik dalam berbagai proses di dalam otak dan sistem saraf
c. Transformasi energi kimia menjadi energi mekanik dalam berbagai proses pergerakan otot
d. Transformasi energi kimia menjadi energi osmosis dalam berbagai proses penyerapan (absorpsi) di dalam membran sel ginjal.
Rangkuman
Biokimia dapat didefinisikan sebagai ilmu pengetahuan tentang dasar kimiawi kehidupan. Biokimia adalah ilmu yang berkaitan dengan mempelajari berbagai molekul yang terjadi pada sel dan organisme hidup, reaksi kimia individu dan katalis enzim, dan ekspresi dan pengaturan setiap proses metabolisme. Karena kehidupan tergantung pada reaksi biokimia, biokimia menjadi bahasa dasar dari semua Ilmu Biologi.
Di dalam sel makhluk hidup terjadi berbagai aktivitas kimia sebagai berikut :
a. Pemakaian energi kimia dalam berbagai proses biosintesa komponen sel
b. Transformasi energi kimia menjadi energi listrik dalam berbagai proses di dalam otak dan sistem saraf
c. Transformasi energi kimia menjadi energi mekanik dalam berbagai proses pergerakan otot
d. Transformasi energi kimia menjadi energi osmosis dalam berbagai proses penyerapan (absorpsi) di dalam membran sel ginjal.
Latihan
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan biokimia ?
2. Jelaskan berbagai aktivitas kimia yang terjadi di dalam sel makhluk hidup ?
BAB 2
BIOKIMIA DALAM ILMU KEDOKTERAN GIGI
Biokimia dan Ilmu Kedokteran Gigi memiliki hubungan yang erat. Kesehatan bergantung pada keseimbangan harmonis berbagai reaksi kimia di dalam tubuh, dimana suatu penyakit mencerminkan kelainan dalam biomolekul, reaksi biokimia atau proses biokimia. Kemajuan pengetahuan biokimia telah menjelaskan banyak bidang dalam Ilmu Kedokteran, dan pengkajian penyakit kerapkali mengungkap aspek-aspek biokimia yang tidak diketahui sebelumnya. Berbagai pendekatan biokimia acapkali menjadi landasan dalam menerangkan penyebab penyakit dan merancang terapi yang tepat (Murray et al., 2012).
2.1 Biokimia dalam Semua Ilmu Pengetahuan tentang Kehidupan Fisiologi adalah suatu ilmu tentang fungsi tubuh, hampir seluruhnya berkaitan dengan biokimia. Imunologi menggunakan berbagai teknik biokimia, dan berbagai pendekatan imunologik telah digunakan secara luas oleh para ahli biokimia. Farmakologi sangat bergantung pada pengetahuan Ilmu Biokimia. Sebagian besar obat dimetabolisme oleh reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Pendekatan biokimiawi kini semakin sering digunakan untuk mempelajari aspek-aspek dasar patologi (ilmu tentang penyakit), misalnya peradangan, cedera sel, dan lain lain.
Zoologi, mikrobiologi dan botani menggunakan pendekatan biokimiawi hampir secara eksklusif, oleh karena kehidupan bergantung pada reaksi dan proses biokimia (Murray et al., 2012).
2.2 Biokimia dan Kedokteran Gigi
Hubungan antara Ilmu Kedokteran Gigi dan Biokimia memiliki dampak penting bagi Ilmu Kedokteran Gigi. Selama ini terapi medis memiliki dasar biokimia dan ilmu dasar lainnya yang kuat, praktek kedokteran gigi akan memiliki dasar rasional yang dapat diadaptasikan untuk mengakomodasi pengetahuan baru.
Pada minggu ke-4 dalam pertumbuhan janin terjadi penebalan epitel dari calon gigi dalam proses pembentukan email, terdapat amilogenin dan amiloblastin yang merupakan bentukan dari protein.
Amilogenin akan dikalsifikasi menjadi sekitar 90% bahan anorganik. Bila protein tidak mencukupi email akan mudah rapuh (Ramadhan, 2012).
Kekurangan vitamin A cukup besar pengaruhnya terhadap perkembangan gigi anak. Vitamin A berperan dalam penyusunan struktur email, sehingga kekurangan vitamin A dapat menyebabkan pertumbuhan email yang tidak sempurna (Ramadhan, 2012).
Kekurangan vitamin B2 dapat mengakibatkan terjadinya luka pada sudut mulut (angular cheilitis), luka pada bibir (cheilitis), radang pada ujung dan bagian samping lidah, lidah tampak berwarna merah jambu dan licin. Kekurangan asupan vitamin B12 dapat mengakibatkan anemia yang bermanifestasi dalam rongga mulut dengan tanda-tanda lidah halus, mengkilat dan terasa sakit, mukosa mulut tampak pucat. Kepekaan terhadap rasa makanan berkurang, luka pada sudut bibir. Vitamin C berperan sebagai senyawa pembentuk kolagen yang merupakan protein penting penyusun jaringan dentin gigi. Vitamin C diperlukan untuk hidroksilasis prolin dan lisin menjadi hidroksiprolin, bahan penting dalam pembentukan kolagen. Kekurangan asupan vitamin C dapat
menimbulkan kelainan pada gusi, gusi meradang dan mudah berdarah, jika terjadi luka penyembuhannya sangat lambat, pembentukan gigi menjadi terganggu (Sunita, 2013; Yuniastuti, 2008). Vitamin D berfungsi pada waktu absorbsi dan metabolisme kalsium dalam pembentukan tulang gigi (Ramadhan, 2012). Sedikitnya sinar matahari di negara- negara bagian utara, mengakibatkan sintesa vitamin D di kulit berkurang, menyebabkan kerusakan gigi pada anak-anak. Salah satu tanda-tanda pertama kekurangan vitamin K adalah pendarahan gusi dan hematuria.
Seseorang yang memiliki kekurangan vitamin K akan mengalami gusi berdarah setiap kali menyikat gigi. Jika kekurangan flour pada gigi akan mengakibatkan gigi menjadi rapuh dan mudah terserang karies karena fungsi flour adalah sebagai pelindung gigi dari serangan bakteri. USA telah berhasil menurunkan karies pada anak-anak hingga 70% dengan pemberian flourisasi. Fungsi flour adalah mencegah karies gigi dengan meningkatkandaya tahan email, remineralisasi lesi-lesi karies dini dan sebagai bahan anti bakteri (Ramadhan, 2012).
Kekurangan asupan Fe dapat mengakibatkan anemia, gangguan pada lidah dan luka pada sudut bibir. Gejalanya berupa penipisan papilla pada tepi-tepi lidah, serta penipisan mukosa mulut secara menyeluruh sehingga pasien rentan terhadap stomatitis aptosa (sariawan), dan warna mukosa menjadi pucat (Ramadhan, 2012). Fungsi utama dari kalsium, fosfor, dan magnesium adalah penyusun utama dalam pembentukan tulang dan gigi, serta merupakan mineral yang terbanyak di dalam tubuh.
Dampak dari kekurangan asupan kalsium, fosfor, dan magnesium adalah :
a. Mineralisasi tulang dan gigi menjadi terganggu sehingga tulang dan gigi mudah patah
b. Gigi rapuh sehingga rentan terhadap karies
c. Pertumbuhan tulang dan gigi pada anak-anak menjadi terganggu.
Email gigi adalah jaringan yang paling termineralisasi dan merupakan struktur kristal yang terdiri dari komponen anorganik 93- 95%, komponen organik 1% dan air sekitar 4% yang diukur dari beratnya. Keseluruhan korona dentis dilapisi dengan email. Email merupakan bahan yang paling keras pada tubuh manusia (Mary, 2011;
Ramadhan, 2012). Secara mikroskopis, sebagian besar struktur email tersusun oleh kristalit anorganik yaitu kristal hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) dengan pola orientasi yang khas. Komposisi ini membuat sifat email gigi mirip seperti keramik. Secara rinci Carlstom (1964) menyusun komposisi mineral anorganik dalam jumlah terbesar yaitu Ca, PO4, CO2, Na, Mg, Cl dan K, sedangkan dalam jumlah kecil yaitu F, Fe, Mn, Ag, Zn. Ion kalsium dan fosfat merupakan komponen anorganik yang penting dalam kristal hidroksiapatit. Sifat fisik email yang berupa kekerasan dan ketahanan kimia sangat berbeda dari dentin, tulang dan sementum. Secara mikroskopis struktur email terlihat berpori, karena itu email mampu dilewati oleh ion dan molekul tertentu misalnya zat warna dari makanan atau minuman. Ion-ion saliva dapat berdifusi masuk ke dalam email sehingga bertambah umur pasien, maka semakin keras emailnya. Sifat fisik email yang berupa kekerasan dan ketahanan kimia sangat berbeda dari dentin, tulang dan sementum. Walaupun empat jaringan ini termineralisasi dengan hidroksiapatit, akan tetapi terdapat dua perbedaan antara email dan jaringan lain. Pertama : tulang, dentin dan sementum terdiri dari 20% kolagen sedang email hanya 0,6%.
Kedua : Kristal apatit di email adalah kira-kira sepuluh kali lebih besar dan lebih tebal daripada yang dikalsifikasi kolagen sehingga volume kristal di email setidaknya 1000 kali lebih besar. Meskipun email merupakan struktur yang sangat keras dan padat, namun email dapat larut ketika berkontak dengan asam, sehingga larutnya sebagian atau keseluruhan mineral email akan menurunkan kekerasannya (Ramadhan, 2012). Garam-garam mineral organik tersusun dalam bentuk jaringan- jaringan kecil yang terdiri dari :
a. Keratin : C4H9N3O2
b. Protein : enamelins, amelogenins dan albumin
Dentin merupakan struktur penyusun gigi terbesar, atap bagi rongga pulpa, menyerupai struktur tulang, komposisinya adalah mineral 69,3%, organik 17,5%, air 13,2% (FKG UI, 2010). Dentin mengandung air lebih banyak 12%, kolagen 18%, dan hidroksiapatit 70%.
Pembentukan dentin dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu :
a. Mensintesis dan mensejresi matriks anorganik b. Memasukkan komponen anorganik ke dalam
matriks dentin yang baru terbentuk dan c. Menciptakan suatu lingkungan yang
memungkinkan mineralisasi matriks.
Rangkuman
Biokimia dan Ilmu Kedokteran Gigi memiliki hubungan yang erat. Kesehatan bergantung pada keseimbangan harmonis berbagai reaksi kimia di dalam tubuh, dimana suatu penyakit mencerminkan kelainan dalam biomolekul, reaksi biokimia atau proses biokimia. Kemajuan
pengetahuan biokimia telah menjelaskan banyak bidang dalam Ilmu Kedokteran, dan pengkajian penyakit kerapkali mengungkap aspek-aspek biokimia yang tidak diketahui sebelumnya. Berbagai pendekatan biokimia acapkali menjadi landasan dalam menerangkan penyebab penyakit dan merancang terapi yang tepat
Pada minggu ke-4 dalam pertumbuhan janin terjadi penebalan epitel dari calon gigi dalam proses pembentukan email, terdapat amilogenin dan amiloblastin yang merupakan bentukan dari protein.
Amilogenin akan dikalsifikasi menjadi sekitar 90% bahan anorganik. Bila protein tidak mencukupi email akan mudah rapuh.
Latihan
1. Jelaskan bagaimana peran biomedis biokimia pada Kedokteran Gigi ! 2. Jelaskan bagaiman dampak kekurangan gizi makro pada kesehatan
gigi !
BAB 3
KOMPOSISI DAN FRAKSINASI SEL
Sel merupakan bagian terkecil dari zat hidup yang dapat melakukan aktivitas biologis. Salah satu teori mengemukakan bahwa kehidupan bermula dengan terjadinya interaksi kimia seperti karbon, oksigen, nitrogen, hidrogen, fosfor, dan sulfur. Senyawa-senyawa tersebut berinteraksi sedemikian rupa membentuk senyawa-senyawa baru yang lebih kompleks sampai terjadi beberapa kombinasi unik yang mempunyai kemampuan reproduksi sendiri, sehingga menjadi suatu kehidupan seperti sekarang. Kehidupan yang paling sederhana terjadi pada ruang yang dikelilingi oleh membran, yang biasa disebut dengan sel. Komposisi senyawa kimia dan struktur sel makin lama makin kompleks.
Salah satu bagian yang sangat penting dalam sel adalah membran luar yang biasa disebut dengan membran plasma, dan memisahkan lingkungan luar dengan lingkungan dalam sel. Membran sel berfungsi untuk memisahkan dengan variabel lingkungan luar.
Sel hidup dikatagorikan menjadi dua kelompok besar, berdasarkan pada perbedaan mikroskopik dan aspek-aspek biokimianya, yakni sel eukariotik dan sel prokariotik. Sel prokariotik (meliputi bakteri, alga) tidak mempunyai anatomi intrasellular yang kompleks. Struktur intraselular sel terjadi karena adanya sistem membran subselular. Dengan adanya sistem membran ini bagian dalam sel dapat dilihat di bawah mikroskop dalam kondisi yang tepat. Kromosom atau ADN (Asam deoksiribonukleat) sel prokariotik sering terpisah dalam masa
yang deskrit tetapi tidak dikelilingi oleh membran atau kapsul. Dalam sistem ini (prokariotik) belum ada subselular yang jelas.
Pada sel eukariotik (meliputi sel jamur, sel ragi, sel tumbuhan, dan sel hewan), mempunyai membran inti yang jelas serta mempunyai beberapa struktur intraselular dan beberapa organel. Adanya membran subselular, memungkinkan terjadinya reaksi-reaksi kimia yang memerlukan lingkungan yang berbeda secara simultan. Pada sel prokariotik tidak ditemukan protein histon, sedang dalam sel eukarotik protein ini bersenyawa dengan ADN kromosom. Perbedaan yang lain yaitu struktur molekul kompleks seperti protein ARN (Ribosom) yang bertanggung jawab dalam sintesa protein (Setiadi, 2007).
3.1 Organisasi dan Komposisi Sel Eukariotik
Alat mikroskop elektron, mendeteksi organel-organel subselular dalam sel eukariotik dapat kita lihat seperti inti, mitokondria, atau lisosom (Gambar 3.1).
Gambar 3.1 Organel-Organel dalam Sel Eukariotik (Setiadi, 2017)
Sifat semipermeabel dari membran sel dapat mencegah difusi molekul, terutama elektrolit dari satu sisi membran ke sisi yang lain.
Mekanisme transpor spesifik pada membran untuk translokasi senyawa- senyawa merupakan pengaturan kosentrasi senyawa-senyawa dalam sel.
Beberapa makromolekul seperti enzim dan asam nukleat tidak dapat menerobos melalui membran karena adanya pengendalian pada membran sel.
3.2 Komposisi Sel
Setiap bagian sel mengandung cairan tempat dimana beberapa ion, molekul organik dengan BM kecil, dan sejumlah protein dengan BM yang berbeda terlarut. Kation utama dalam cairan ekstraselular adalah Na+, pada cairan intraselular hanya ditemukan sedikit ion Na+. Sebaliknya ion K+ merupakan kation utama dalam cairan intraselular, sedangkan dalam cairan ekstraselular hanya terdapat sedikit ion K+. Ion Mg terdapat baik dalam cairan ekstraselular maupun cairan intraselular walaupun konsentrasinya jauh lebih kecil dibandingkan dengan ion Na+ dan K+. Anion utama dalam cairan ekstraselular adalah ion Cl dan HCO3+
. Ion fosfat dan sulfat dijumpai dalam cairan ekstraselular dalam konsentrasi yang lebih rendah. Hampir semua protein mempunyai muatan negatif pada pH 7,4 sehingga dalam cairan tubuh merupakan anion.
Fosfat anorganik, fosfat organik dan protein merupakan anion utama dalam cairan intraselular. Koenzim yang merupakan molekul organik diperlukan untuk aktivitas maksimum dari beberapa enzim.
3.3 Fungsi dan Fraksinasi Sel 3.3.1 Membran Plasma
Membran plasma menjaga integritas sel. Salah satu permukaan membran berinteraksi dengan lingkungan luar, yang bertanggung jawab untuk mengeluarkan dan memasukan beberapa senyawa. Aktivitas utama dari membran plasma adalah untuk memediasi transfer dari ion-ion dan senyawa-senyawa tak bermuatan baik dari dalam maupun dari luar sel.
Membran plasma juga penting untuk pengenalan dan gerakan-gerakan sel.
3.3.2 Inti (Nukleus)
Inti merupakan bagian subselular terbesar yang dikelilingi oleh membran ini. Sedangkan sitoplasma merupakan bagian sisanya.
Membran ini terdiri dari dua bagian membran yang biasa disebut dengan kapsul perinukler. Membran luar inti berhubungan dengan membran pada retikulum endoplasma.
Inti mempunyai subbagian yang terlihat dengan jelas pada mikroskop elektron, biasa disebut dengan anak inti (nukleolus). Hampir semua asam deoksiribonukleat (ADN) sel disimpan dalam inti yang membentuk kompleks ADN protein yang disebut kromatin. Kromatin bergabung satu dengan yang lainnya dan diorganisir menjadi kromosom.
ADN merupakan simpanan informasi genetik dari sel. Inti mempunyai peranan sangat penting dalam pembelahan sel dan untuk mengendalikan ekspresi fenotipik dari informasi genetik yang telah diketahui dengan baik. Inti juga bertanggung jawab atas terjadinya reaksi biokimia yang terlibat dalam replikasi ADN selama proses mitosis dan perbaikan
terhadap kerusakan ADN, serta transkripsi dari ADN menjadi asam ribonukleat(ARN).
Transkripsi ADN melibatkan sintesis ARN, yang selanjutnya diproses menjadi beberapa bentuk. Bagian dari proses ini terjadi dalam nukleolus yang sangat kaya akan ARN. Inti mungkin mempunyai aktivitas untuk sintesis protein yang berada dalam inti untuk menjalankan fungsinya, tetapi aktivitas ini sangat kecil dibandingkan dengan aktivitas sintesis protein dalam retikulum endoplasma.
3.3.3 Retikulum Endoplasma (RE)
Hampir semua sel eukariotik mempunyai jaringan dari membran- membran yang terhubung dan membentuk saluran tertutup. Jaringan ini menghubungkan kapsul polinuklear dari inti ke membran plasma.
Struktur subselular ini biasa disebut dengan retikulum endoplasma.
RE mempunyai membran dalam bentuk kasar dan membran dalam bentuk halus. Membran bentuk kasar disebabkan oleh adanya partikel ribonukleoprotein (ribosom) yang menempel pada sisi sitoplasma dari membran. Membran bentuk halus tidak mengandung ribosom.
Selama fraksinasi sel, jaringan RE terpecah, yang akan mengakibatkan penutupan membran serta menjadi partikel yang lebih kecil dan disebut mikrosom. Mikrosom ini dapat diisolasi dengan teknik sentrifugasi.
Mikrosom sebenarnya tidak dijumpai dalam sel.
Fungsinya RE halus (mengandung enzim) adalah : a. Biosintesis hormon-hormon steroid
b. Reaksi oksidasi dan transferase, untuk menghilangkan sifat racun dari suatu senyawa
c. Tempat sintesis lipid
d. Tempat metabolisme karbohidrat dan kalsium
e. Tempat melekatnya reseptor pada protein membran sel f. Bersama-sama dengan aparatur Golgi dalam pembentukan
organel-organel selular lainnya seperti lisosom dan peroksisom.
3.3.4 Kompleks Golgi (Aparatus Golgi)
Baru dalam dekade terakhir ini peranan biokimia dari kompleks Golgi mulai diketahui. Jaringan ini merupakan membran halus yang datar dan merupakan partikel yang berperan sebagai :
a. Mensekresi beberapa protein yang disimpan pada RE, dengan membentuk kantung (vesikula).
b. Mengkatalis pemindahan gugus glikosil ke protein, modifikasi ini diperlukan untuk transpor protein melalui membran plasma c. Tempat utama dalam pembentukan membran plasma, dimana
beberapa protein dan enzim dibungkus, yang kemudian dikeluarkan dari sel dengan isyarat-isyarat tertentu. Enzim pencernaan yang disintesis oleh pankreas disimpan dalam bentuk kapsul intraselular oleh kompleks Golgi dan dikeluarkan oleh sel bila diperlukan untuk proses pencernaan.
d. Menyortir dan memaket molekul-molekul untuk sekresi sel e. Membentuk organel-organel intraselular seperti lisosom dan
peroksisom
3.3.5 Mitokondria
Mitokondria telah dipelajari secara intensif karena keterlibatannya dalam metabolisme energi sel dan kemudahannya untuk diisolasi dari jaringan secara utuh. Dengan mikroskop elektron, mitokondria tampak
seperti bulatan halus dari serabut. Bagian dalamnya dikelilingi oleh dua membran yang berbeda jelas, baik bentuk maupun fungsi biokimianya.
Membran dalam dan membran luar mengandung beberapa set enzim yang berbeda, yang dapat digunakan untuk mengidentifikasikan mitokondria selama isolasinya.
Komponen dari rantai pernafasan dan mekanisme untuk mensintesis ATP merupakan bagian dari membran dalam. Disamping itu ruangan di antara dua membran yang biasa disebut dengan “matrik dalam” mengandung beberapa enzim. Jalur metabolisme utama yang termasuk dalam oksidasi karbohidrat, lipid, dan asam amino, serta jalur- jalur khusus seperti siklus urea dan pembentukan heme terletak dalam ruang matrik mitokondria.
Membran luar bersifat relatif permeabel, tetapi membran dalam sangat selektif permeabel dan mengandung sejumlah sistem transpor trans-membran. Membran bagian dalam memiliki sistem transpor spesifik yang memudahkan ion Ca2+ ke dalam dan ke luar matriks mitokondria. Sehingga mitokondria dianggap mempunyai peranan dalam menjaga konsentrasi ion Ca2+.
Mitokondria mengandung ADN spesifik, membawa informasi genetik mengkode beberapa protein yang berfungsi di mitokondria, tempat mensintesis beberapa protein.
3.3.6 Lisosom
Degradasi dari beberapa senyawa di dalam sel terjadi dalam struktur yang disebut lisosom. Organel selular ini hanya memiliki satu membran yang dapat menjaga tinggi rendahnya pH antara matriks lisosom dan sitosol. Lisosom memiliki beberapa enzim yang dapat
dikelompokan dalam kelas hidrolase, yang dapat mengkatalisa hidrolisis dari ikatan karbon-oksigen, karbon-nitrogen, karbon-sulfur, dan oksigen fosfor yang terdapat dalam protein, lipid, karbohidrat, dan asam nukleat.
Seperti proses pencernaan dalam lumen dari sistem gastrointestin, enzim dari lisosom dapat memutuskan ikatan dalam molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana, yang kemudian dapat dipakai dalam jalur metabolisme sel. Enzim dari lisosom mempunyai karakteristik umum yaitu sangat aktif bila pH asam, pH dari sitosol relatif netral, sehingga pada pH ini enzim lisosom mempunyai aktivitas relatif kecil.Untuk dapat menjalankan aktivitas enzim lisosom pada beberapa substrat, pH intralisosom harus lebih kecil dibanding dengan pH sitosol.
Pemecahan membran lisosom di dalam sel mengakibatkan terjadinya degradasi pada tahap selular. Beberapa kondisi patologi dapat menunjukkan keluarnya enzim lisosom, seperti pada artitis, respon alergi, beberapa penyakit otot, dan pemecahan jaringan karena induksi obat.
Lisosom juga berperan untuk memfagositosis senyawa-senyawa asing, seperti mikroorganisme. Selama kehidupan berlangsung sel diganti secara kontinyu. Lisosom berperan untuk mendegradasi limbah sel.
3.3.7 Peroksisom
Semua sel eukariotik golongan mamalia, protozoa dan tumbuhan mempunyai organel. Peroksisom mengandung enzim yang mengkatalisa oksidasi D-asam amino, asam urat dan beberapa asam 2-hidroksil. Pada tiap reaksi akan dihasilkan hidrogen peroksida. Enzim katalase yang mengkatalis mengkonversi hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen juga terdapat pada peroksisom. Dengan adanya kedua enzim baik yang
menghasilkan maupun yang menggunakan hidrogen peroksida dalam satu kompartemen akan melindungi sel dari racun peroksida.
3.3.8 Mikrotubulus dan Mikrofilamen
Sel eukariotik juga mengandung mikrotubulus dan mikrofilamen, yang berpartisipasi dalam pembelahan sel, menjaga morfologi sel (penting untuk pembentukan struktur dari sel), transpor intraselular dan motilitas sel. Mikrotubulus merupakan filament selular paling penting dalam otot dan bertanggung jawab untuk konstraksi otot.
3.3.9 Sitosol
Sitosol mempunyai struktur yang paling sederhana, tempat berlangsung beberapa reaksi kimia dari metabolisme sel. Sitosol merupakan tempat dimana substrat dan kofaktor dari berbagai macam enzim berinteraksi. Fungsi utama dari sitosol untuk membantu sintesis protein yang dikatalisa oleh RE dengan menyediakan beberapa kofakor dan enzim. Disamping itu sitosol mengandung ribosom bebas, sering dalam bentuk polisom, untuk sintesa protein intraselular.
Rangkuman
Kation utama dalam cairan ekstraselular adalah Na+, pada cairan intraselular hanya ditemukan sedikit ion Na+. Sebaliknya ion K+ merupakan kation utama dalam cairan intraselular, sedangkan dalam cairan ekstraselular hanya terdapat sedikit ion K+. Ion Mg terdapat baik dalam cairan ekstraselular maupun cairan intraselular walaupun konsentrasinya jauh lebih kecil dibandingkan dengan ion Na+ dan K+. Anion utama dalam cairan ekstraselular adalah ion Cl dan HCO3+. Ion
fosfat dan sulfat dijumpai dalam cairan ekstraselular dalam konsentrasi yang lebih rendah. Fosfat anorganik, fosfat organik dan protein merupakan anion utama dalam cairan intraselular.
Latihan
1. Jelaskan dengan singkat bagaimana komposisi sel ! 2. Jelaskan dengan singkat bagaimana fraksinasi sel !
BAB 4
GIZI MAKRO
Sebelum belajar pengertian gizi makro, diperlukan pengertian mengenai berbagai istilah yang berkaitan dengan gizi makro.
Gizi (nutrisi) adalah keseluruhan dari berbagai proses dalam tubuh makhluk hidup untuk menerima bahan-bahan dari lingkungan hidupnya dan menggunakan bahan-bahan tersebut agar menghasilkan pelbagai aktivitas penting dalam tubuhnya sendiri. Bahan-bahan tersebut dikenal dengan istilah nutrien (unsur gizi).
Nutrien (unsur gizi) adalah istilah yang dipakai secara umum pada setiap zat yang dicerna, diserap, dan digunakan untuk mendorong kelangsungan faal tubuh. Nutrien dapat dipilah menjadi protein, lemak, karbohidrat, mineral, vitamin dan air.
Makanan adalah bahan yang kalau dimakan, dicerna, dan diserap akan menghasilkan paling sedikit satu macam nutrien. Diet adalah pilihan makanan yang lazim dimakan seseorang atau suatu populasi penduduk.
Diet seimbang adalah diet yang memberikan semua nutrien dalam jumlah yang memadai, tidak terlalu banyak dan juga tidak terlalu sedikit.
Malnutrisi terjadi kalau diet mengandung satu atau lebih nutrien dalam jumlah yang tidak tepat.
Status gizi adalah status kesehatan yang dihasilkan oleh keseimbangan antara kebutuhan dan masukan nutrien (Mary, 2011).
Pengakuan pertama ilmu gizi sebagai cabang ilmu yang berdiri sendiri pada tahun 1926, dan Mary Swartz Rose dikukuhkan sebagai profesor ilmu gizi pertama di Universitas Columbia, New York, AS.
Disebutkan pula bahwa dari zaman purba manusia telah menyadari pentingnya makanan untuk kelangsungan hidup.
Beberapa penelitian mengenai gizi yang berperan penting bagi ilmu biokimia, kesehatan dan kedokteran adalah :
a. Penelitian tentang Pernafasan dan Kalorimetri. Pertama dipelajari oleh Antoine Lavoisier (1743-1794). Mempelajari hal-hal yg berkaitan dengan penggunaan energi makanan yang meliputi proses pernafasan, oksidasi dan kalorimetri.
b. Kemudian berkembang hingga awal abad 20, adanya penelitian tentang pertukaran energi dan sifat-sifat bahan makanan pokok.
c. Sejak lama zat gizi mineral telah diketahui dalam tulang dan gigi.
Pada tahun 1808 ditemukan kalsium. Tahun 1808, Boussingault menemukan zat besi sebagai zat esensial.
d. Ringer (1885) dan Locke (1990), menemukan cairan tubuh memerlukan konsentrasi elektrolit tertentu.
e. Awal abad 20, penelitian Loeb tentang pengaruh konsentrasi garam natrium, kalium dan kalsium klorida terhadap jaringan hidup.
f. Penemuan Vitamin. Awal abad 20, vitamin sudah dikenal. Sejak tahun 1887-1905 muncul penelitian-penelitian dengan makanan yang dimurnikan dan makanan utuh. Dengan hasil : ditemukan suatu zat aktif dalam makanan yang tidak tergolong zat gizi utama dan berperan dalam pencegahan penyakit (Scurvy dan Rickets).
Pada tahun 1912, Funk mengusulkan memberi nama vitamine untuk zat tersebut. Tahun 1920, vitamin diakui sebagai zat esensial.
g. Penelitian tingkat molekular dan selular. Penelitian ini dimulai tahun 1955, dan diperoleh pengertian tentang struktur sel yang rumit serta peranan kompleks dan vital zat gizi dalam pertumbuhan dan pemeliharaan sel-sel.
h. Setelah 1960, penelitian bergeser dari zat-zat gizi esensial ke inter relationship antara zat-zat gizi, peranan biologik spesifik, penetapan kebutuhan zat gizi manusia dan pengolahan makanan terhadap kandungan zat gizi.
i. Keadaan sekarang adalah sudah muncul konsep-konsep baru antara lain : pengaruh keturunan terhadap kebutuhan gizi; pengaruh gizi terhadap perkembangan otak dan perilaku, kemampuan bekerja dan produktivitas, serta daya tahan terhadap penyakit infeksi.
j. Pada bidang teknologi pangan ditemukan : cara mengolah makanan bergizi, fortifikasi bahan pangan dengan zat-zat gizi esensial, pemanfaatan sifat struktural bahan pangan, dan sebagainya. FAO dan WHO mengeluarkan Codex Alimentaris (peraturan food labeling dan batas keracunan).
Rangkuman
Gizi (nutrisi) adalah keseluruhan dari berbagai proses dalam tubuh makhluk hidup untuk menerima bahan-bahan dari lingkungan hidupnya dan menggunakan bahan-bahan tersebut agar menghasilkan pelbagai aktivitas penting dalam tubuhnya sendiri. Bahan-bahan tersebut dikenal dengan istilah nutrien (unsur gizi).
Nutrien (unsur gizi) adalah istilah yang dipakai secara umum pada setiap zat yang dicerna, diserap, dan digunakan untuk mendorong
kelangsungan faal tubuh. Nutrien dapat dipilah menjadi protein, lemak, karbohidrat, mineral, vitamin dan air.
Secara garis besar gizi dibagi menjadi dua kelompok, yakni kelompok gizi makro (gizi yang dibutuhkan tubuh dalam jumlah yang banyak : yakni protein, lemak dan karbohidrat); serta gizi mikro (gizi yang dibutuhkan tubuh dalam jumlah sedikit : yakni vitamin dan mineral).
Latihan
1. Jelaskan perbedaan pengertian dari gizi dan unsur gizi ! 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan gizi makro !
BAB 5
PROTEIN
5.1 Peran pada Kesehatan Gigi dan Mulut
Protein sangat berperan terutama pada masa pertumbuhan jaringan termasuk perkembangan gigi sejak awal pertumbuhannya. Pada perkembangan gigi, terdapat dua proses metabolik utama yang rentan terhadap kekurangan nutrisi. Kedua proses tersebut adalah sintesis protein dan kalsifikasi. Nutrien dapat mempengaruhi pertumbuhan gigi dengan memperlambat deferensiasi sel, merubah respon terhadap faktor pertumbuhan jaringan keras dan mempengaruhi kecepatan sintesis unsur pokok matriks yaitu jaringan kolagen dan non-kolagen. Pada manusia, perkembangan gigi dimulai sejak usia dua bulan intra uterin dan perkembangan ini akan berlangsung sampai umur 16 tahun. Pemberian nutrisi yang memadai merupakan hal pokok selama periode proteinaceous dan kalsifikasi, maka pemberian makanan yang tepat harus dipertahankan sampai pertengahan masa remaja. Berbagai kekurangan nutrisi selama periode tersebut dapat berpengaruh baik pada sintesis protein atau kalsifikasi gigi dan dapat menghasilkan kerusakan pada gigi (Pudyani, 2001; Rahayu, 2013).
Protein juga berperan dalam pembentukan antibodi yang melindungi seluruh jaringan termasuk mukosa mulut dan darerah sekitarnya terutama dari infeksi yang mungkin menyerang jaringan periodontal serta mencegah terjadinya angular cheilitis. Manifestasi defisiensi protein dalam rongga mulut adalah lidah tampak berwarna merah karena hilangnya papila, terjadi angular cheilitis dan fissura bibir
atau bibir pecah-pecah. Selain itu rongga mulut terasa kering dan nampak kotor. Resistensi terhadap infeksi mengalami penurunan sehingga mudah terjadi infeksi pada jaringan periodontal (Andika, 2011; Atikah, 2010).
5.2 Peranan Biomedis
Protein adalah makromolekul yang secara fisik dan fungsional kompleks, yang melakukan beragam peran penting di dalam tubuh. Suatu jaringan protein internal, sitoskeleton, mempertahankan bentuk dan integritas fisik sel. Filamen aktin dan miosin membentuk perangkat kontraksi otot. Hemoglobin mengangkut oksigen, sementara antibodi dalam darah mencari benda asing yang masuk. Enzim mengatalisis reaksi yang menghasilkan energi, membentuk dan menguraikan biomolekul, mereplikasi dan menerjemahkan gen, mengolah mRNA, dan sebagainya.
Reseptor memungkinkan sel mengindera dan berespons terhadap rangsang hormon dan lingkungan. Tujuan utama ilmu kedokteran molekular adalah mengidentifikasi protein dan proses-proses dalam siklus hidupnya yang keberadaan, ketiadaan, atau defisiensinya berkaitan dengan keadaan fisiologis atau penyakit tertentu. Sekuens primer suatu protein merupakan suatu sidik-jari molekular untuk mengidentifikasi dan mengetahui informasi protein yang bersangkutan yang kemudian dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan mengkloning gen yang menyandinya (Murray et al., 2012).
Peran biomedis protein adalah (Ari Agung, 2017) :
a. Zat gizi yang memberikan energi yang diperlukan tubuh untuk beraktivitas.
b. Pertumbuhan dan pemeliharaan jaringan tubuh. Protein adalah bagian dari jaringan tubuh. Oleh karena itu, diperlukan untuk
membentuk sel-sel baru, memelihara dan mengganti sel-sel yang rusak. Dalam fungsi ketiga ini zat gizi dinamakan zat pembangun.
c. Mengatur proses tubuh. Protein mengatur keseimbangan air di dalam sel.
d. Berperan dalam pembentukan antibodi yang melindungi seluruh jaringan, termasuk mukosa mulut dan daerah sekitarnya terutama dari infeksi yang mungkin menyerang jaringan periodontal, serta mencegah terjadinya angular cheilitis.
5.3 Struktur dan Sifat Protein
Untuk mengukur jumlah dan macam asam amino penyusun suatu protein maka ikatan peptida yang menghubungkan asam-asam amino tersebut harus dipecah dengan cara hidrolisis oleh asam, basa atau enzim (ikatan peptida stabil pada pH 7,0). Asam amino yang terbebaskan dipisahkan dan diidentifikasi dengan kromatografi dan elektroforesis, kemudian diukur secara kuantitatif dengan reaksi warna yang spesifik, sifat spektra amino aromatis dan lain-lain.
Struktur dasar protein berdasarkan tingkat organisasi molekul protein digolongkan menjadi 4 yaitu struktur primer, struktur sekunder, struktur tersier dan struktur kuarterner, dapat dilihat pada Gambar 5.1.
Gambar 5.1 Struktur Dasar Protein (Murray et al., 2012)
1) Struktur Primer, merupakan struktur yang paling sederhana yang terbentuk oleh ikatan peptida atau bila ada ikatan disulfida, berupa rantai polipeptida lurus
2) Struktur Sekunder, asam amino tidak hanya dihubungkan oleh ikatan peptida, tetapi diperkuat oleh ikatan hidrogen antar atom O (Oksigen) dari gugus karbonil (C=O) dengan atom H (Hidrogen) dari gugus amino (N-H) dalam satu rantai polipeptida. Adanya ikatan hidrogen tambahan ini menyebabkan rantai asam amino membentuk gulung alpha (α) heliks. Bila ikatan hidrogen terjadi antara dua rantai polipeptida atau lebih akan terbentuk konformasi heliks.
3) Struktur Tersier, terbentuk bila terjadi pelipatan (folding) pada konformasi heliks atau struktur α heliks menjadi 3 dimensi
(membentuk protein globular). Kemantapan struktur karena banyaknya jenis ikatan, seperti ikatan hidrogen, ikatan disulfida, jembatan garam, interaksi hidrofilik, interaksi hidrofobik dan gaya Van der Waals
4) Sruktur Kuarterner, terbentuk karena penggabungan dua unit atau lebih struktur tersier sehingga membentuk molekul yang lebih besar, seperti hemoglobin, mioglobin, virus polio.
5.4 Klasifikasi dan Fungsi Protein
Protein adalah senyawa polipeptida yang mempunyai rantai amat panjang dan berat molekul yang sangat besar. Protein dapat tersusun oleh satu atau lebih rantai polipeptida yang disusun oleh 100 sampai 1000 unit asam amino yang disatukan oleh ikatan peptida. Diperkirakan ada 1010 sampai 1012 macam protein di alam, perbedaan macam protein didasarkan atas perbedaan panjang rantai dan macam urutan asam amino penyusunnya.
Protein yang hanya mengandung asam-asam amino dalam rantai polipeptidanya disebut protein sederhana, dan bila mengandung beberapa komponen tambahan lain disebut protein kompleks (protein konyugasi).
Tabel 5.1 Protein Konyugasi (Setyadi, 2007) No Golongan Gugus Prostetik Contoh
1. Fosfoprotein Gugus fosfat Kasein dalam susu
2. Glikoprotein Karbohidrat atau turunannya Musim dalam air liur, globulin darah 3. Khromoprotein Unsur logam, pigmen Khlorofil, hemoglobin
4. Nukleoprotein Asam nukleat Ribosom
5. Lipoprotein Asam lemak, lesitin Lipoprotein darah
6. Flavoprotein Flavin nukleotida (FAD) Suksinat dehidrogenase 7. Metaloprotein Fe, Co, Mn, Zn, Cu, Mg dll Feritin,Sitokrom oksidase,
Alkohol dehidrogenase, Xanthin oksidase
Berdasarkan fungsi biologisnya, protein dikelompokkan menjadi:
1) Enzim, yang terpenting dan terbesar, lebih dari 200 jenis enzim, dimana masing-masing enzim berfungsi sebagai katalisator reaksi kimia dalam jasad hidup, seperti : ribonuklease (mengkatalis hidrolisis RNA), sitokrom (berperan dalam pemindahanelektron), tripsin (katalisator pemutus ikatan peptida tertentu dalam peptida)
2) Protein pembangun (struktural), sebagai unsur pembentuk struktur biologi yang berfungsi sebagai struktur kekuatan atau proteksi, dalam bentuk filamen, kabel atau lembaran penyangga, seperti : glikoprotein (penunjang struktur dinding sel), struktur membran, α-keratin, fibroin (serat sutera), kolagen (komponen utama dari urat dan tulang rawan), elastin (terdapat dalam jaringan penyambung yang elastis (ikat sendi), mukoprotein (terdapat dalam sekresi mukosa).
3) Protein kontraktil, yang memberikan kemampuan kepada sel dan organisme untuk berkontrasi, mengubah bentuk atau bergerak, seperti miosin dan aktin (protein plasma yang berfungsi di dalam sistem kontraksi otot kerangka), dinein (terdapat dalam rambut getar dan flagel (bulu cambuk), tubulin (pembentuk mikrotubul, komponen penting dari flagela dan silia yang dapat menggerakkan sel.
4) Protein transport, mempunyai kemampuan mengikat molekul tertentu dan melakukan pengangkutan berbagai macam zat melalui aliran darah, seperti :
a. Hemoglobin : terdiri dari gugus senyawa heme yang mengandung besi terikat pada protein. Hemoglobin pada sel darah merah mengikat oksigen ketika darah melewati paru-paru, dan membawa oksigen ke jaringan perifer.
Oksigen yang dilepaskan kemudian dipergunakan untuk oksidasi nutrient yang menghasilkan energi.
b. Globin : berfungsi sebagai alat pengangkut oksigen dalam darah vertebrata.
c. Hemosianin : berfungsi sebagai alat pengangkut oksigen dalam darah beberapa invertebrata.
d. Mioglobin : berfungsi sebagai alat pengangkut oksigen dalam jaringan otot.
e. Serum albumin : berfungsi sebagai alat pengangkut asam lemak dalam darah.
f. β-lipoprotein : berfungsi sebagai alat pengangkut lipida dari hati ke organ lain.
g. Seruloplasmin : berfungsi sebagai alat pengangkut ion tembaga dalam darah.
5) Protein Hormon (pengatur), protein mengatur aktivitas selular atau fisiologis, seperti :
a. Insulin : berfungsi mengatur metabolisme glukosa dan kekurangannya menyebabkan penyakit diabetes.
b. Hormon paratiroid (hormon pertumbuhan) : yang mengatur transport Ca2+ dan fosfat.
c. Represor : mengatur biosintesis enzim oleh sel bakteri.
6) Protein bersifat racun, seperti : Clostridium botulinum (menyebabkan keracunan makanan), racun ular (protein enzim, dapat menyebabkan terhidrolisisnya fosfogliserida yang terdapat dalam membran sel), risin (protein racun dari beras)
7) Protein perlindungan (pertahanan), terdapat dalam vetebrata seperti,
a. Antibodi (imunoglobin), dibuat oleh limposit yang dapat mengenali dan mengendapkan atau menetralkan serangan bakteri, virus, atau protein asing dari spesies lain.
b. Fibrinogen dan thrombin, merupakan protein penggumpal darah yang menjaga kehilangan darah jika sistem pembuluh terluka.
8) Protein cadangan (protein nutrient dan penyimpan), untuk berbagai proses metabolisma dalam tubuh.
a. Ovalbumin, protein yang terdapat dalam putih telur b. Kasein, protein susu
c. Feritin, tempat cadangan besi (Fe) dalam limpa d. Zein, protein dalam biji jagung
Protein dapat pula diklasifikasikan berdasarkan bentuk dan sifat- sifat fisik seperti kelarutannya dalam air, dibagi dalam 2 golongan :
1. Protein globular, larut dalam air, merupakan rantai polipeptida yang penuh lipatan dan gelungan menjadi bentuk globularatau bola padat, berfungsi gerak atau dinamik, misal :insulin, albumin, globulin, plasma, dan sejumlah besar enzim.
2. Protein serabut (protein fibrosa), yang tidak larut dalam air, rantai polipeptida yang bergelung dalam bentuk spiral atau heliks dan berikatan silang secara kovalen atau lewat ikatan hidrogen. Berfungsi sebagai struktur spesifik dari sel atau sebagai pelindung, misal keratin (serabut wol, bulu, rambut, dan kuku), myosin (urat daging), kolagen (jaringan pengikat), dan fibrin (pembekuan darah).
5.5 Metabolisme Protein 5.5.1 Sintesis protein
Protein tidak disintesis langsung oleh gen, melainkan melalui proses transkripsi dan translasi (gen adalah nama fungsional, strukturnya adalah DNA). Transkripsi adalah proses replikasi DNA untuk membentuk RNA-d. Sedangkan, translasi adalah proses penerjemahan informasi genetik yang terdapat pada RNA-d menjadi runtunan asam amino polipeptida. Dalam transkripsi, DNA digunakan sebagai model untuk sintesis protein. Untuk lebih mengetahui tentang transkripsi dan translasi dalam sintesis protein, diuraikan berikut ini.
a. Transkripsi
Transkripsi adalah proses transfer informasi genetik dari ruas DNA (gen) ke dalam molekul RNA yang dipandu oleh enzim transkriptase
sebagai katalisatornya. Urutan basa pada utas RNA-d ditentukan oleh urutan basa yang terdapat pada satu ruas DNA, dan setiap basa tersebut akan dicari padanan ribonukleotidanya, kemudian dirangkaikan menjadi rantai RNA-d. Pembacaan oleh transkriptase dimulai dari tanda awal (promotor) sampai tanda akhir (terminator). Hanya ruas yang diapit oleh kedua tanda itu yang akan ditranskripsikan. Gen merupakan pengendali protein sehingga gen harus terdapat pada ruas di antara promotor dan terminator.
b. Translasi
Setelah proses transkripsi di dalam inti sel selesai, selanjutnya RNA-d keluar dari inti untuk menjadi model cetakan dalam penyusunan rangkaian asam amino pada proses translasi. Informasi genetik yang dibawa oleh RNA-d terdapat pada runtunan basa yang dikandungnya.
Setiap jenis kombinasi 3 basa yang berdampingan mengandung sandi genetik (kodon) tertentu, yang dapat diterjemahkan menjadi satu jenis asam amino. Dalam satu rantai RNA-d, hanya bagian tertentu yang menjadi pola cetakan dalam sintesis protein, yaitu ruas yang diapit oleh kodon awal (AUG) dan kodon akhir (UAA, UAG, UGA).Setelah RNA-d sampai di ribosom, RNA-t mulai mengangkut asam amino ke dalam kompleks translasi (ribosom), serta membaca sandi-sandi (kodon) RNA- d. Selanjutnya, asam-asam amino yang dibawa oleh RNA-t dirangkai menjadi polipeptida. Kemampuan RNA-t menjalankan tugas tersebut, disebabkan karena adanya simpul anti kodon dan kemampuan satu kompleks dengan asam amino yang disebut aminoasil-t RNA. Proses penerjemahan rangkaian kodon-kodon RNA-d menjadi rangkaian asam amino polipeptida disebut translasi. Untuk mengetahui proses transkripsi dan translasi dalam sintesis protein, dijelaskan pada Gambar 5.2 berikut.
Gambar 5.2 Proses Pembentukan Protein (Murry et al., 2012)
5.4.2 Perombakan
Perombakan protein menjadi asam amino memerlukan bantuan dari enzim-enzim protease dan air untuk mengadakan proses hidrolisis pada ikatan-ikatan peptida. Hidrolisis ini juga dapat terjadi, jika protein dipanasi, diberi basa, atau diberi asam. Dengan cara demikian, kita dapat mengenal macam-macam asam amino yang tersusun di dalam suatu protein. Namun, kita tidak dapat mengetahui urut-urutan susunannya ketika masih berbentuk molekul protein yang utuh.
Di samping itu, asam amino dapat dikelompokkan menjadi asam amino esensial dan asam amino nonesensial. Asam amino esensial atau asam amino utama adalah asam amino yang sangat diperlukan oleh tubuh dan harus didatangkandari luar tubuh manusia karena sel-sel tubuh manusia tidak dapat mensintesis sendiri. Asam amino esensial hanya
dapat disintesis oleh sel-sel tumbuhan. Contoh asam amino esensial, yaitu leusin, lisin, histidin, arginin, valin, treonin, fenilalanin, triptofan, isoleusin,dan metionin.Proses perombakan protein digambarkan pada Gambar 5.3.
LINTASAN METABOLISME PROTEIN
DIET PROTEIN
Protein jaringan ASAM AMINO DERIVAT NITROGEN (non protein
TRANSAMINASI
BENDA KETON
KARBOHIDRAT/
NITROGEN AMINO
ASETIL-KOA
GLUKOSA DALAM GLUTAMAT
DEAMINASI SIKLUS ASAM SITRAT
NH
3
UREA/UREUM
Gambar 5.3 Proses Perombakan Protein (Murray et al., 2003)
5.6 Kelainan yang Terjadi Akibat Gangguan Metabolisme Protein Malnutrisi protein adalah malnutrisi dengan resiko diiringi oleh berbagai macam penyakit. Kwashiorkor merupakan problema umum di banyak daerah Dunia Ketiga yang sering diiringi dengan defisiensi energi bersama protein (marasmus) yang akan menambah parahnya problema.
Dalam keadaan defisiensi protein banyak jaringan urat daging yang terbuang (digunakan) dan protein plasma menurun terutama albumin yang menyebabkan rendahnya tekanan osmose koloid plasma yang penting untuk aliran air bersama metabolit dari cairan interstisial kembali ke dalam darah. Hal ini akan menyebabkan edema dan peregangan perut pada anak-anak penderita malnutrisi protein. Defisiensi energi bersama dengan asam amino esensial menambah tekanan pada protein urat daging dan protein jaringan lainnya, karena jaringan-jaringan inilah yang merupakan sumber energi potensial yang mungkin dibutuhkan untuk pemeliharaan glukosa darah melalui gluconeogenesis (Linder, 1992).
Protein berfungsi sangat penting dalam reaksi metabolik, menggerakan sel dan membentuk makromolekul sebagai kerangka yang menentukan integritas struktur rambut, tulang, tendon, dan gigi. Skorbut merupakan contoh defisiensi gizi yang mengganggu pematangan protein (Murray et al., 2012).
Rangkuman
Protein adalah makromolekul yang secara fisik dan fungsional kompleks, yang melakukan beragam peran penting di dalam tubuh.
Protein berfungsi sangat penting dalam reaksi metabolik, menggerakan sel dan membentuk makromolekul sebagai kerangka yang menentukan integritas struktur rambut, tulang, tendon, dan gigi. Skorbut merupakan
contoh defisiensi gizi yang mengganggu pematangan protein. Protein tidak disintesis langsung oleh gen, melainkan melalui proses transkripsi dan translasi (gen adalah nama fungsional, strukturnya adalah DNA).
Perombakan protein menjadi asam amino memerlukan bantuan dari enzim-enzim protease dan air untuk mengadakan proses hidrolisis pada ikatan-ikatan peptida. Hidrolisis ini juga dapat terjadi, jika protein dipanasi, diberi basa, atau diberi asam.
Latihan
1. Jelaskan fungsi protein dalam reaksi metabolism !
2. Jelaskan bagaimana proses metabolisme sintesis protein !
BAB 6 LIPID
6.1 Peran dalam Kesehatan Gigi dan Mulut
Lemak berperan sebagai pengangkut vitamin yang memiliki peran dalam menjaga kesehatan gigi yang mulut. Lemak jenuh berperanan penting terhadap kesehatan tulang dan gigi. Agar kalsium dapat bersatu dengan struktur tulang kerangka dan gigi secara efektif, sedikitnya 50 persen lemak makanan seharusnya mengandung lemak jenuh (Rahayu, 2013).
Gigi mulai berkembang sebelum bayi dilahirkan. Pada tahap ini status gizi ibu merupakan masalah penting. Gigi anak-anak yang dilahirkan dari ibu-ibu yang memiliki status gizi jelek dalam masa kehamilannya ternyata memiliki ketahanan yang lebih rendah terhadap terbentuknya karies di kemudian hari. Diet yang adekuat (secukupnya) selama periode tumbuh kembang gigi ini merupakan faktor yang utama untuk mencapai tujuan tersebut. Diet tersebut harus diterapkan baik pada anak dan pada wanita hamil dan menyusui (Ari Agung, 2017).
6.2 Peran Biomedis
Lipid terbagi menjadi beberapa kelas, kelas paling banyak terdapat di alam adalah lemak atau trigliserida yang merupakan ester dari asam lemak dari gliserol. Senyawa ini merupakan konstituen makanan yang penting tidak saja karena nilai energinya yang tinggi, tetapi juga karena vitamin larut-lemak dan asam lemak esensial yang terkandung di dalam lemak makanan alami. Lemak disimpan di jaringan adiposa,
tempat senyawa ini juga berfungsi sebagai isulator panas di jaringan subkutan dan di sekitar organ tertentu. Lipid nonpolar berfungsi sebagai isulator listrik, dan memungkinkan penjalaran gelombang depolarisasi di sepanjang saraf bermielin. Kombinasi lipid dan protein (lipoprotein) adalah konstituen sel yang penting, yang terdapat baik di membran sel maupun di mitokondria, dan juga berfungsi sebagai alat pengangkut lipid dalam darah. Pengetahuan tentang biokimia lipid diperlukan untuk memahami banyak bidang biomedis penting, misalnya obesitas, diabetes mellitus, aterosklerosis, dan peran berbagai asam lemak tidakjenuh ganda dalam gizi dan kesehatan (Murray et al., 2012).
Secara umum dapat dikatakan bahwa lemak memenuhi fungsi dasar bagi manusia, yaitu (Ari Agung, 2017) :
a. Menjadi cadangan energi dalam bentuk sel lemak. 1 gram lemak menghasilkan 9,3 kkal.
b. Lemak mempunyai fungsi selular dan komponen struktural pada membran sel yang berkaitan dengan karbohidrat dan protein demi menjalankan air, ion dan molekul lain, keluar dan masuk ke dalam sel.
c. Menopang fungsi senyawa organik sebagai penghantar sinyal, seperti pada prostaglandin, kelenjar empedu, dan hormon steroid.
d. Menjadi suspensi bagi vitamin A, D, E, dan K yang berguna untuk proses biologis. Lemak berperan sebagai pengangkut vitamin yang memiliki peran dalam menjaga kesehatan gigi dan mulut.
e. Berfungsi sebagai penahan guncangan demi melindungi tubuh dari suhu luar yang kurang bersahabat.
Lipid merupakan kelompok senyawa yang tidak larut dalam pelarut polar seperti air, tetapi larut baik di dalam pelarut ion polar seperti eter, kloroform, dan benzena. Lipid merupakan komponen terbesar dari dinding sel, memegang peranan penting di dalam menyediakan energi cadangan bagi tubuh, jumlah energi yang dihasilkannya jauh lebih besar dibandingkan dengan energi dari sumber makanan utama lainnya.
Lipid adalah senyawa organik yang diperoleh dari proses dehidrogenasi endotermal rangkaian hidrokarbon. Lipid bersifat amfilik, artinya lipid mampu membentuk struktur seperti vesikel, liposom, atau membran lain dalam lingkungan basah. Lipid biologis seluruhnya atau sebagiannya berasal dari dua jenis subsatuan atau "blok bangunan"
biokimia, yaitu gugus ketoasil dan gugus isoprena. Dengan menggunakan pendekatan ini, lipid dapat dibagi ke dalam delapan kategori: asam lemak, gliserolipid, gliserofosfolipid, sfingolipid, sakarolipid, dan poliketida (diturunkan dari kondensasi subsatuan ketoasil); serta lipid sterol dan lipid prenol (diturunkan dari kondensasi subsatuan isoprena).
Meskipun istilah lipid kadang-kadang digunakan sebagai sinonim dari lemak. Lipid juga meliputi molekul-molekul seperti asam lemak dan turunan-turunannya (termasuk tri-, di-, dan monogliserida dan fosfolipid, juga metabolit yang mengandung sterol, seperti kolesterol).
Lipid mengacu pada golongan senyawa hidrokarbon alifatik nonpolar dan hidrofobik. Karena nonpolar, lipid tidak larut dalam pelarut polar seperti air, tetapi larut dalam pelarut nonpolar/organik, seperti alkohol, eter atau kloroform. Fungsi biologis terpenting lipid di antaranya untuk menyimpan energi, sebagai komponen struktural membran sel, sebagai pensinyalan molekul, sumber bahan baku bagi biosintesis basa- basa purin serta pirimidin dalam proses penyusunan asam nukleat,
biosintesis asam amino tertentu. Jenis lipid yang paling banyak adalah lemak atau triasilgliserol, yang merupakan bahan bakar utama bagi hampir semua organism (Setiadi, 2007).
6.3 Struktur dan Sifat Lipid
Beberapa kelompok lipid yang banyak dikenal adalah :
a. Lemak, merupakan ester asam lemak dengan gliserol sehingga disebut juga trigliserida. Asam lemak yang umum terdapat dalam lemak di alam adalah asam palmitat, stearat, oleat, dan linoleat.
Lemak hewan umumnya padat, sedangkan lemak tumbuhan umumnya cair, yang sering disebut minyak, karena mengandung asam lemak tidak jenuh.
b. Asam lemak, kelompok asam organik, yaitu asam karboksilat, yang mempunyai rantai karbon panjang, berjumlah antara 4 sampai 24 atom karbon. Asam lemak jenuh adalah asam lemak yang memiliki ikatan dengan atom karbon pada rantai tersebut seluruhnya (bukan ikatan rangkap).
c. Lilin, merupakan ester antara asam lemak dengan alkohol yang memiliki rantai karbon panjang, berjumlah antara 14 sampai 34 atom karbon.
d. Fosfolipid, merupakan gliserida yang terdiri dari fosfat (dalam bentuk ester), serta asam fosfat, sehingga disebut juga fosfogliserida. Senyawa yang termasuk fosfolipid adalah
fosfatidilkolin, fosfatidiletanolamin, fosfotidilserin, dan fosfatidilinositol.
e. Spingolipid, merupakan turunan dari sfingosin atau mempunyai struktur yang serupa dengan sfingosin.
f. Terpen, terdiri atas beberapa molekul isoprene atau mempunyai struktur serupa isoprene.
g. Steroid adalah kelompok senyawa yang mempunyai struktur dasar fenantrena dan sebuah cincin siklopentana. Contoh senyawa ini adalah kolesterol, testosterone, progesterone, dan berbagai hormon kelamin lainnya.
h. Lipid kompleks, lipid yang terdapat dalam bentuk gabungan dengan karbohidrat (lipopolisakarida) atau protein (lipoprotein).
6.4 Klasifikasi dan Fungsi Lipid
Lipid adalah senyawa organik yang tak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut non polar (eter, kloroform,benzen,dan sebagainya)
Penggolongan lipid adalah sebagai berikut : a. Lipid sederhana
b. Lemak yaitu ester asam lemak dan gliserol
c. Lilin yaitu ester asam lemak dengan alkohol monohidrat dengan BM besar
d. Lipid campuran, yaitu ester asam lemak yang mengandung gugus tambahan selain alkohol dan asam lemak
e. Fosfolipid, lipid yang mengandung residu asam fosfat f. Glikolipid, lipid yang mengandung karbohidrat
g. Lipoprotein, lipid yang mengandung protein
h. Derivat lipid, yaitu zat yang diturunkan dari lipid dengan hidrolisis.
Termasuk didalamnya adalah asam lemak (jenuh dan tidak jenuh), gliserol, sterol dan benda-benda keton.
