1.5 STRUKTUR BIOLOGI
1.5.1 Review Molekul Biologis
Sama seperti kita memulai deskripsi kita tentang struktur polimer dengan tinjauan kimia organik, mari kita mulai pengenalan bahan biologi dengan beberapa biokimia sederhana.
1.5.1.1 Asam Amino dan Protein.
Protein tersusun dari asam amino. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.83, asam amino memiliki gugus karboksil, gugus amino, atom pusat yang diidentifikasi sebagai karbon alfa, dan bagian variabel yang dikenal sebagai rantai samping.
Biasanya, asam amino dalam keadaan terdisosiasi, sehingga hidrogen terminal pada gugus karboksil bergerak ke gugus amino, sehingga menciptakan gugus karboksilat dan gugus amonium yang dikenal sebagai zwitterion. Molekulnya tetap netral
42 secara keseluruhan, dan mungkin ada beberapa bentuk zwitterion yang stabil, bergantung pada asam amino.
Perhatikan juga bahwa -karbon adalah karbon asimetris, menghasilkan molekul kiral untuk semua kecuali satu asam amino alami. Semua asam amino hanya ditemukan dalam satu konfigurasi stereoisomer. Hanya ada 20 asam amino yang menyusun protein, hanya berbeda pada jenis gugus R yang dikandungnya. Setiap asam amino memiliki nama spesifik dan tiga huruf penunjukan.
Kebanyakan asam amino terurai alih-alih meleleh karena gaya tarik elektrostatis antarmolekul yang kuat, dengan suhu dekomposisi berkisar antara 185–315◦ C, dan hanya sedikit larut dalam air, dengan pengecualian glisin, alanin, prolin, lisin, dan arginin. Untuk membentuk protein, gugus asam karboksilat pada satu asam amino bereaksi dengan gugus amina pada molekul lain dalam reaksi kondensasi yang membentuk satu molekul air dan ikatan –CO – NH – CHR– yang dikenal sebagai ikatan peptida. Molekul yang mengandung lebih dari 100 urutan asam amino disebut polipeptida, dan protein tersusun dari satu rantai polipeptida. Jadi, jumlah protein yang mungkin dari 20 asam amino itu sangat besar.
Mengganti bahkan satu asam amino dalam urutan protein dapat mengubah fungsinya sepenuhnya. Anemia sel sabit adalah hasil dari penggantian hanya satu asam amino valin dengan unit asam glutamat dalam satu rantai protein molekul hemoglobin. Stabilitas struktur ini sangat bergantung pada gugus R dan, karenanya, sekuens asam amino spesifik, serta lingkungan tempat protein itu berada.
1.5.1.2 DNA dan RNA.
Seperti protein, asam deoksiribonukleat dan asam ribonukleat adalah polimer, tetapi alih-alih asam amino sebagai unit berulang, asam amino tersusun dari rantai nukleotida. Timin hanya ditemukan di nukleotida DNA, dan urasil hanya di nukleotida RNA, yang menghasilkan empat nukleotida DNA dan empat nukleotida RNA. Empat nukleotida DNA adalah 2-deoxyadenosine monophosphate, 2 deoxyguanosine monophosphate, 2 deoxycytidine monophosphate, dan thymidine monophosphate, yang terakhir telah diasumsikan memiliki 2 deoxyribose sebagai gula karena hanya terjadi pada DNA dan bukan pada RNA. Polimer asam nukleat terbentuk ketika nukleotida menempel satu sama lain melalui ikatan fosfodiester,
43 yang menghubungkan gugus 3 OH dari satu nukleotida ke gugus 5 OH dari nukleotida lain melalui gugus fosfat.
Urutan nukleotida dalam rantai adalah struktur utama molekul DNA atau RNA, dan dapat direpresentasikan dalam notasi singkat dengan hanya sebutan pasangan basa.
Beberapa urutan adalah tempat pengikatan khusus untuk protein tertentu, seperti dalam urutan TATAA yang ditemukan di dekat permulaan banyak molekul DNA.
Seperti halnya protein, polimer asam nukleat dapat mengalami denaturasi, dan memiliki struktur sekunder. Dalam DNA, dua rantai polimer asam nukleat dipelintir bersama dengan basa mereka menghadap ke dalam untuk membentuk heliks ganda.
Dengan demikian, basa melindungi komponen hidrofobiknya dari pelarut, dan mereka membentuk ikatan hidrogen dalam salah satu dari hanya dua pola tertentu, yang disebut pasangan basa. Seperti protein, heliks ganda ini juga bertangan kanan, dengan gugus fosfat di luar struktur tempat mereka dapat berinteraksi dengan ion pelarut. Tepi pasangan basa dapat diakses oleh pelarut di alur dan menyediakan daerah di mana pengikatan protein tertentu dapat terjadi. Bagian tertentu dari molekul DNA, yang dikenal sebagai gen, digunakan hanya sebagai cetak biru untuk menghasilkan rantai asam nukleat yang disebut RNA pembawa pesan yang melakukan sintesis protein.
Dari urutan empat urutan basa dalam DNA, mRNA menentukan urutan yang benar dari 20 asam amino yang diperlukan untuk menghasilkan protein tertentu.
1.5.1.3 Sel.
Tubuh manusia mengandung lebih dari 1014 sel, yang semuanya mengambil nutrisi, mengoksidasi bahan bakar, dan mengeluarkan produk limbah. Meskipun fungsinya bervariasi, semua sel memiliki organisasi internal yang serupa. Kami
44 akan berkonsentrasi pada organisasi internal ini untuk saat ini dan akan menyerahkan topik reproduksi sel, produksi energi, dan konsep terkait kepada ahli biologi molekuler. Di sekitar bagian luar semua sel adalah membran plasma.
Ini terutama terdiri dari lipid dan secara selektif permeabel, membatasi pertukaran molekul antara bagian dalam dan luar sel. Bagian luar membran plasma berisi semua karbohidrat dan situs reseptor. Sitoplasma mencakup semua yang ada di dalam membran plasma kecuali nukleus. Energi dihasilkan di dalam sel oleh mitokondria, tempat bahan bakar seluler dioksidasi.
Mungkin ada beberapa mitokondria per sel. Kompleks Golgi terdiri dari kantung membran paralel dan digunakan untuk mengeluarkan protein. Retikulum endoplasma adalah sistem membran yang menyimpan, memisahkan, dan mengangkut zat di dalam sel. RE kontinu dengan kompleks Golgi dan membran inti.
Membran inti, atau selubung, mengelilingi nukleolus, yang mengandung RNA, serta DNA dan protein lainnya. Sel dengan struktur dan fungsi yang serupa berkelompok untuk membentuk jaringan. Jaringan epitel biasanya merupakan sel halus yang membentuk lapisan struktur internal dan organ. Jaringan otot memungkinkan tubuh untuk bergerak, dan ini ditandai dengan kemampuannya untuk berkontraksi.
Jaringan saraf terdiri dari sel-sel yang sangat terspesialisasi yang disebut neuron, dan dicirikan oleh kemampuannya untuk menerjemahkan stimulasi menjadi impuls saraf elektrokimia. Wilayah antar sel dalam jaringan sama pentingnya.