BIOKIMIA
Biomolekul dalam Perspektif Al-Qur’an
UU No 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta Fungsi dan Sifat hak Cipta Pasal 2
1. Hak Cipta merupakan hak eksklusif bagi pencipta atau pemegang Hak Cipta untuk mengumumkan atau memperbanyak ciptaannya, yang timbul secara otomatis setelah suatu ciptaan dilahirkan tanpa mengurangi pembatasan menurut peraturan perundang-undangan yang berlaku.
Hak Terkait Pasal 49
1. Pelaku memiliki hak eksklusif untuk memberikan izin atau melarang pihak lain yang tanpa persetujuannya membuat, memperbanyak, atau menyiarkan rekaman suara dan/atau gambar pertunjukannya.
Sanksi Pelanggaran Pasal 72
1. Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan perbuatan sebagaimana dimaksud dalam pasal 2 ayat (1) atau pasal 49 ayat (2) dipidana dengan pidana penjara masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp 1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah).
2. Barangsiapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah)
BIOKIMIA
Biomolekul dalam Perspektif Al-Qur’an
Katalog Dalam Terbitan (KDT) JULIANTO, Tatang S.
Biokimia: Biomolekul dalam Perspektif Al-Qur’an/oleh Tatang S Julianto.--Ed.1, Cet. 2--Yogyakarta: Deepublish, Maret 2015.
viii, 101 hlm.; Uk:15.5x23 cm ISBN 978-602-280-154-2
1. Biokimia I. Judul
572 Cetakan Pertama November 2013
Desain cover : Herlambang Rahmadhani Penata letak : Ika Fatria Iriyanti
Jl. Rajawali, G. Elang 6, No 3, Drono, Sardonoharjo, Ngaglik, Sleman Jl.Kaliurang Km.9,3 – Yogyakarta 55581
Telp/Faks: (0274) 4533427 Hotline: 0838-2316-8088 Website: www.deepublish.co.id
e-mail: [email protected]
PENERBIT DEEPUBLISH (Grup Penerbitan CV BUDI UTAMA)
Anggota IKAPI (076/DIY/2012) Copyright © 2015 by Deepublish Publisher
All Right Reserved
Isi diluar tanggung jawab percetakan Hak cipta dilindungi undang-undang Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau
memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari Penerbit.
KATA PENGANTAR
Assalamu alaikum warahmatullahi wabarokatuh,
Alhamdulillahirobbil’alamin. Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT yang dengan segala limpahan rahmat dan karunia-Nya, akhirnya buku ini dapat tersusun.
Buku ini disusun sebagai buku ajar Matakuliah Biokimia dengan sajian yang berbeda dengan buku ajar Biokimia lainnya.
Dalam buku ini penulis mencoba untuk menghadirkan sisi religius Islam khususnya firman-firman Allah yang termaktub dalam ayat- ayat Al-Qur’an kaitannya dengan bahasan Biokimia yang selama ini cenderung mengesampingkan pesan-pesan Al-Qur’an yang seharusnya justru menjadi sumber ilmu dan petunjuk bagi manusia termasuk bagi para peminat Biokimia. Banyak fenomena dan peristiwa biokimia yang sebenarnya telah Allah sampaikan melalui firman-firman-Nya dalam Al-Qur’an tanpa kita sadari. Betapa besar dan agungnya Allah dengan segala ciptaan-Nya. Seluruh biomolekul penyusun makhluk hidup tunduk dan patuh terhadap hukum-hukum kimia dan fisika yang merupakan sunnah-Nya sehingga walaupun terlihat sangat rumit namun terorganisasi dengan rapih dan sempurna.
Semoga buku ini dapat bermanfaat bagi para pembaca
metabolisme biomolekul akan dibahas pada jilid lainnya dengan tetap menghadirkan Al-Qur’an sebagai rujukannya.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam buku ini. Oleh karenanya penulis berharap adanya masukan dan kritikan untuk kesempurnaan buku ini di masa mendatang.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Badan Pengembangan Akademik (BPA) Universitas Islam Indonesia (UII) Jogjakarta yang telah memberi dukungan melalui Program Hibah Kompetisi Program Studi (PHKPS) sehingga buku ini dapat terwujud. Semoga Allah membalasnya dengan ganjaran yang berlimpah.
Wassalamu alaikum warahmatullahi wabarokatuh.
Jogjakarta, 20 November 2013
Tatang S Julianto
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
BAB 1. Falsafah Biokimia ... 1
BAB 2. Pengantar Biomolekul ... 9
BAB 3. Air ... 19
BAB 4. Karbohidrat ... 31
BAB 5. Asam Amino dan Protein ... 45
BAB 6. Enzim ... 59
BAB 7. Lipida ... 67
BAB 8. Asam Nukleat ... 75
BAB 9. Energetika Sel ... 87
BAB 10. Pengantar Metabolisme ... 95
BAB 1. Falsafah Biokimia
Di dalam matakuliah biokimia kita mempelajari proses kimia yang terjadi di dalam zat hidup. Berbagai penelitian yang telah dilakukan terhadap sel hidup suatu organisme menunjukkan bahwa sel hidup itu tidak lain adalah kumpulan zat tak hidup. Zat ini dapat diisolasi dan dipelajari dengan berbagai cara kimia dan fisika seperti yang biasa dilakukan terhadap senyawa kimia lainnya. Di dalam sel hidup organisme, zat tersebut bercampur, bereaksi, dan berinteraksi satu dengan yang lain membentuk suatu susunan yang rumit tetapi terorganisasi dengan rapih.
Organisme merupakan rangkaian rumit dan menakjubkan dari berbagai senyawa kimia yang secara tetap berperan dalam sederetan reaksi kimia yang saling berkaitan. Kenyataan bahwa ilmu biokimia memungkinkan kita menata kerumitan ini ke dalam sejumlah pola yang dapat dipahami merupakan daya tarik yang besar dalam mempelajari ilmu biokimia. Banyak yang harus dipelajari, tetapi bersama dengan bertambahnya pengetahuan yang terinci dengan baik orang dapat mempelajari berbagai kebenaran mengenai semua makhluk hidup sebagai tanda-tanda kebesaran Allah SWT. Allah berfirman dalam Al-Qur’an Surat Ali-Imran: 190
190. Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal,
191. (yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan Ini dengan sia-sia, Maha Suci Engkau, Maka peliharalah kami dari siksa neraka.
Ilmu biokimia merupakan hal yang pokok untuk dapat mempelajari wujud kehidupan ini. Pengetahuan biokimia, seperti pengetahuan matematika, sudah merupakan sarana yang umum bagi para peminat pada berbagai cabang ilmu, yang pada gilirannya sering memberikan sumbangan yang berarti bagi pengetahuan itu sendiri.
Apa yang dapat ditawarkan dengan menggunakan ilmu biokimia sebagai media untuk menjelaskan kehidupan?
Ilmu biokimia dapat menjelaskan asal-usul suatu bentuk.
Unsur kimia penyusun dan gaya yang timbul di antara mereka menentukan susunan mikroskopik yang menentukan sifat dasar sel dan organel sel penyusunnya. Asas biokimia merupakan sarana pilihan untuk menjelaskan hal tersebut. Ilmu biokimia memerikan tentang berbagai gaya yang berperan dalam penggabungan sel.
Bahasa biokimia melebur ke dalam bahasa anatomi apabila bahasannya menyangkut tingkat organisasi yang lebih kompleks.
Dalam Al-Qur’an, Allah menggambarkan suatu peristiwa bagaimana bentuk manusia diciptakan.
QS. Al-Mu’minun (23) : 13 – 14
13. Kemudian kami jadikan saripati itu air mani (yang disimpan) dalam tempat yang kokoh (rahim).
14. Kemudian air mani itu kami jadikan segumpal darah, lalu segumpal darah itu kami jadikan segumpal daging, dan segumpal daging itu kami jadikan tulang belulang, lalu tulang belulang itu kami bungkus dengan daging. Kemudian kami jadikan dia makhluk yang (berbentuk) lain. Maka Maha sucilah Allah, Pencipta yang paling baik.
Ilmu biokimia juga menjelaskan hereditas, yaitu penurunan sifat-sifat dari induk kepada keturunannya. Informasi tentang sifat
QS. Ar-Ruum (30): 20
20. Dan di antara tanda-tanda kekuasaan-Nya ialah dia menciptakan kamu dari tanah, Kemudian tiba-tiba kamu (menjadi) manusia yang berkembang biak.
QS. As-sajdah (32) : 8 – 9
8. Kemudian dia menjadikan keturunannya dari saripati air yang hina.
9. Kemudian dia menyempurnakan dan meniupkan ke dalamnya roh (ciptaan)-Nya dan dia menjadikan bagi kamu pendengaran, penglihatan dan hati; (tetapi) kamu sedikit sekali bersyukur.
Gerakan adalah gejala molekular yang dihasilkan oleh daur pembentukan dan pemutusan ikatan kimia. Energi didapatkan dari metabolisme berbagai senyawa yang memasuki organisme dengan aliran tetap, sedangkan produk reaksi tersebut dieksresikan ke lingkungan sekitar. Ilmu biokimia menjelaskan keseluruhan proses pembentukan dan penggunaan energi.
Demikian Allah menciptakan bentuk dan fungsi-fungsi suatu makhluk hidup dalam suatu organisasi yang rumit namun terorganisasi dengan sempurna.
Ciri zat hidup
Benda hidup tersusun atas molekul-molekul yang tidak bernyawa. Bila komponen benda hidup diisolasi dan diteliti satu persatu, molekul-molekul ini tidak bertentangan dengan semua hukum fisika dan kimia yang berlaku bagi benda-benda mati.
Al-Qur’an telah memberikan informasi ini melalui firman Allah dalam Surat Al-An’am ayat 95.
QS. Al-An’am (6): 95
95. Sesungguhnya Allah menumbuhkan butir tumbuh-tumbuhan dan biji buah-buahan. dia mengeluarkan yang hidup dari yang mati dan mengeluarkan yang mati dari yang hidup. (yang memiliki sifat-sifat) demikian ialah Allah, Maka Mengapa kamu masih berpaling?
Namun demikian, organisme hidup mempunyai sifat-sifat khusus yang tidak diperlihatkan oleh benda mati.
Ciri-ciri Materi Hidup
No Benda hidup Benda mati 3 Mempunyai kemampuan
untuk mengambil energi dari sekelilingnya; mengubah dan menggunakan energi
tersebut untuk
mempertahankan struktur oganisasi komponen (molekul) penyusunannya
Energi yang diserap akan menyebabkan berkurangnya kemantapan zat tersebut sehingga dapat terjadi proses penguraian
4 Mempunyai kemampuan mereplikasi diri
Tidak dapat mereplikasi diri
Pengertian Biokimia dalam makhluk hidup
Jika memang zat hidup terdiri atas zat tak hidup yang berupa molekul kimia, lalu bagaimanakah mungkin bahwa zat hidup itu berbeda secara radikal dari zat tak hidup?
Para filsafat pernah menjawab bahwa organisme hidup dikaruniai suatu kekuatan hidup yang misterius dan ilahi (doktrin vitalisme). Tetapi doktrin ini ditolak oleh ilmu pengetahuan modern yang sekuler, yang mencari fenomena yang rasional.
Menurut mereka jawaban dari pertanyaan di atas merupakan tujuan dari ilmu biokimia, yaitu mengetahui bagaimana kumpulan zat tak hidup tersebut bercampur, bereaksi dan berinteraksi satu dengan yang lain untuk mempertahankan dan melangsungkan keadaan hidup. Mereka tidak mengetahui bahwa suatu urusan ghoib yang menjadi penentu bentuk kehidupan. Urusan tersebut adalah Ruh. Ketika Allah berkehendak memisahkan Ruh dari suatu jasad makhluk hidup, maka tidak yang mampu menghalangi suatu kematian walaupun jasad tersebut dalam keadaan yang baik. Jasad yang telah terpisah dari Ruh-nya telah menjadi suatu bentuk makhluk tak hidup.
QS. Al-an’am (6) : 59
59. Dan pada sisi Allah-lah kunci-kunci semua yang ghaib; tidak ada yang mengetahuinya kecuali dia sendiri, dan dia mengetahui apa yang di daratan dan di lautan, dan tiada sehelai daun pun yang gugur melainkan dia mengetahuinya (pula), dan tidak jatuh sebutir biji-pun dalam kegelapan bumi, dan tidak sesuatu yang basah atau yang kering, melainkan tertulis dalam Kitab yang nyata (Lauh Mahfudz)"
Di dalam biokimia kita mempelajari proses biokimia yang terjadi dalam zat hidup. Jadi semua hukum kimia dan fisika yang berlaku dalam proses kimia juga berlaku dalam zat hidup (proses biologi mengikuti prinsip kimia dan fisika). Biologi adalah kimia, dengan pengertian bahwa biologi bukanlah cabang ilmu kimia, seperti kimia organik, kimia anorganik, ataupun kimia fisika.
Di sini molekul kimia yang terdapat dalam zat hidup itu tidak hanya bercampur dan bereaksi membentuk biomolekul dan berbagai komponen zat hidup lainnya, akan tetapi juga mengadakan interaksi satu dengan yang lainnya mengikuti prinsip
BAB 2. Pengantar Biomolekul
Hanya 27 dari 92 unsur kimia alami yang penting bagi berbagai makhluk hidup. Kebanyakan unsur di dalam makhluk hidup mempunyai bilangan atom yang relatif rendah; hanya tiga yang mempunyai bilangan atom di atas 34. Senyawa kimia yang mengandung karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen merupakan unsur yang paling utama di dalam organisme hidup.
Kimiawi organisme hidup terorganisasi di sekitar unsur karbon yang mencapai lebih dari setengah berat keringnya.
Beberapa keistimewaan atom karbon tersebut diantaranya adalah:
1. Membentuk empat (4) ikatan kovalen dengan atom lain 2. Dapat membentuk ikatan tunggal dan ganda dengan atom
oksigen dan nitrogen
3. Kemampuan memakai bersama pasangan elektron dengan sesama karbon sehingga membentuk ikatan tunggal dan ganda karbon-karbon yang stabil
4. Atom karbon yang terikat secara kovalen dapat disambung membentuk berbagai jenis struktur (rantai linier, rantai
lainnya dalam kaidah hukum fisika dan kimia menghasilkan fungsi hidup yang menakjubkan.
QS. Al-Dzariyat (51) : 49
49. Dan segala sesuatu Kami ciptakan berpasang-pasangan supaya kamu mengingat kebesaran Allah.
QS. Yasin (36) : 36
36. Maha Suci Tuhan yang Telah menciptakan pasangan-pasangan semuanya, baik dari apa yang ditumbuhkan oleh bumi dan dari diri mereka maupun dari apa yang tidak mereka ketahui.
Pasangan-pasangan ikatan yang dibentuk atom karbon tersebut menghasilkan zat yang disebut sebagai biomolekul.
Sifat Biomolekul:
1. Biomolekul mempunyai bentuk dan ukuran yang spesifik.
Hal ini disebabkan keempat ikatan kovalen tunggal atom karbon terpisah di dalam suatu susunan tetrahedral dengan sudut kira-kira 109,5o di antara dua ikatannya. Sudut ini bervariasi pada molekul organik yang berbeda. Karena sifat
ini, senyawa karbon organik yang berbeda dapat berbeda pula struktur tiga dimensinya.
2. Kebebasan sempurna dalam rotasi terhadap setiap ikatan tunggal karbon, kecuali jika ada gugus berukuran besar atau bermuatan tinggi yang terikat pada kedua atom karbon, yang dapat menghambat rotasi.
3. Ikatan kovalen karbon mempunyai panjang yang khas.
Ikatan tunggal karbon-karbon mempunyai panjang rata-rata 0,154 nm (1,54 Å), ikatan ganda memiliki panjang ikatan yang lebih pendek kira-kira 0,134 nm.
QS. Al-Furqon (25):2
2. Yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu baginya dalam kekuasaan(Nya), dan dia Telah menciptakan segala sesuatu, dan dia menetapkan ukuran- ukurannya dengan serapi-rapinya*.
[*] Maksudnya: segala sesuatu yang dijadikan Tuhan diberi-Nya perlengkapan-perlengkapan dan persiapan-persiapan, sesuai dengan naluri, sifat-sifat dan fungsinya masing-masing dalam hidup.
1. Dalam reaksi katalitik suatu enzim dan substratnya
2. Dalam pengikatan hormon oleh reseptornya dalam permukaan sel
3. Dalam replikasi DNA
Biomolekul yang terdapat di dalam zat hidup berbeda dari senyawa kimia yang ada di sekelilingnya (O2, CO2, N2, garam- garam anorganik, ion-ion logam, daln lain-lain), karena berat molekulnya jauh lebih besar dan strukturnya yang kompleks.
Jasad hidup yang paling sederhana, yaitu jazad bersel satu, misalnya bakteri, terdiri dari berbagai senyawa kimia organik yang mempunyai berat molekul besar dalam jumlah banyak sekali dengan struktur yang kompleks.
Diperkirakan ada 1.200.000 spesies di atas bumi kita ini, mulai dari organisme bersel satu (bakteri) sampai supermultisel (manusia). Jika dihitung, maka di dalam seluruh organisme itu terdapat kira-kira 1010 sampai 1012 macam protein dan 1010 asam nukleat. Kira-kira satu juta macam senyawa kimia organik yang telah diketahui oleh manusia sampai sekarang. Dapat dibayangkan bahwa untuk mencoba mengisolasi, mengidentifikasi, dan mensintesa semua senyawa tersebut seakan-akan kita berputus asa.
Namun tidaklah demikian halnya. Kita mengetahui bahwa setiap molekul protein terdiri atas senyawa sederhana yang merupakan molekul pembentuk yaitu asam amino yang banyaknya ada 20 macam. Asam amino terususun membentuk suatu rantai polimer yang panjang yang disebut sebagai protein. Jadi setiap jenis molekul protein dari 3000 macam protein dalam E. Coli, dibentuk hanya oleh 20 macam asam amino. Demikian juga dengan molekul asam nukleat merupakan suatu rantai panjang yang terdiri dari beberapa satuan pembentuknya, yaitu lima macam
mononukleotida yang tersusun dalam urutan yang beraneka ragam.
Karbohidrat dan lipid (lemak) merupakan dua biomolekul lain yang merupakan komponen utama dalam sel hidup. Seperti juga protein dan asam nukleat, kedua biomolekul ini merupakan molekul besar yang dibentuk oleh satuan-satuan pembentuknya.
Monosakarida merupakan satuan pembentuk karbohidrat (polisakarida) dan asam lemak merupakan pembentuk lipid.
Molekul-Molekul Sederhana Dan Keanekaragaman Selular Studi ilmu biokimia akan kita mulai dengan memperhatikan jenis-jenis dasar sel dan susunannya.
Klasifikasi (pengelompokan) sel secara umum
Semua organisme paling sedikit terdiri dari satu sel. Setiap sel merupakan satu satuan hidup pokok yang mampu memenuhi semua ukuran perseyaratan bagi benda hidup.
Kita dapat mengelompokkan sel menjadi dua kelas besar:
a. Prokariot
Organisme kecil bersel tunggal, mengandung semua perangkat biokimia yang diperlukan untuk reproduksi dan untuk mengambil dan memanfaatkan energi dari sekelilingnya
b. Eukariot
Lebih rumit dan lebih besar ukurannya dibandingkan sel
Struktur Dasar dan Fungsi Sel Struktur Sel Prokariot sel prokariot
a. Nukleoplasma
Nukleoplasma terdiri dari satu molekul tunggal DNA berbentuk koil heliks-rangkap, yang merupakan pembawa informasi genetik dalam semua sel
b. Sitoplasma
Sitoplasma merupakan suatu larutan yang mengandung protein, asam nukleat dan zat-zat lainnya yang diperlukan dalam metabolisme sel.
c. Dinding Sel dan Membran Sel
Struktur Sel Eukariot a. Inti (nukleus)
Inti mengandung perangkat genetik sel. DNA sel eukariotik lebih panjang dan lebih banyak molekulnya dibandingkan dengan DNA prokariotik. DNA bergabung dengan protein tertentu untuk membentuk struktur yang disebut kromosom. Inti sel manusia biasanya mengandung 46 kromosom.
b. Retikulum Endoplasma (RE)
RE merupakan struktur tiga dimensi saluran membran berliku-liku yang kompleks, membentuk banyak lipatan dan belokan ke seluruh sitoplasma.
Ruangan di dalamnya disebut sisterna, yang berfungsi sebagai saluran untuk mengangkut berbagai produk ke seluruh bagian sel. Beberapa sel berfungsi sebagai penyimpan.
Dua jenis RE adalah:
1. RE kasar
Permukaan membran dipenuhi oleh ribosom. Ribosom terlibat di dalam biosintesis protein yang akan disimpan sementara atau diangkut ke luar sel.
2. RE halus
Permukaan tidak dilengkapi oleh ribosom c. Membran Sel
Membran sel bekerja sebagai rintangan permeabilitas.
Terbuat dari lapisan lipida dan protein (lipoprotein) d. Dinding Sel
Materi struktur primer dari dinding sel tumbuhan adalah selulosa yang terikat dalam matriks karbohidrat dan protein. Dinding sel mempunyai kekuatan mekanik yang besar. Lapisan luar ini bertanggung jawab terhadap sifat- sifat imunologik sel dan juga terhadap sifat-sifat adesif yang memungkinkan jaringan tersusun dari kumpulan sel.
e. Mitokondria
Mitokondria berukuran kira-kira sebesar bakteri. Dapat dikatakan sebagai rumah tenaga sel eukariotik, oleh karena merupakan tempat terjadi oksidasi karbohidrat, lemak, dan asam amino.
f. Peroksisom
Rongga-rongga kecil seperti gelembung. Disebut juga vesikel. Struktur ini mengandung bermacam-macam
h. Badan Golgi
Badan golgi merupakan vesikel membran yang pipih, yang berguna sebagai zat pembungkus yang dikeluarkan oleh sel hati.
i. Lisosom
Lisosom merupakan kantung atau gelembung bulat yang dikelilingi membran dan berada dalam sitoplasma.
Ukurannya bervariasi, tetapi biasanya tidak lebih besar daripada mitokondria.
j. Vakuola k. Kloroplas
Gambar 1. Perbandingan organel-organel dalam sel hewan dan
Bila kita tinjau lebih jauh kandungan bagian-bagian sel yang dijelaskan di atas, maka kita akan menemukan molekul-molekul kimia dasar penyusun organel tersebut. Molekul inilah yang dinamakan biomolekul. Gambar 2 merupakan gambaran ikhtisar biomolekul dari bagian-bagian sel.
Gambar 2. Ikhtisar Biomolekul
Level 1 merupakan gambaran utuh makhluk hidup baik yang bersel tunggal maupun bersel banyak. Level 2 meupakan
DNA (Deoxyribose Nucleic Acid), membran sel disusun oleh biomolekul protein dan lipida, dan dinding sel disusun oleh biomolekul selulosa. Level 4 memberikan gambaran monomer- monomer penyusun biomolekul Level 3. DNA merupakan polimer yang disusun oleh suatu asam nukleat, polimer protein disusun oleh suatu asam amino, dan polimer selulosa disusun oleh glukosa.
Biomolekul menjadi sangat penting dipelajari untuk dapat memahami peristiwa-peristiwa biokimia yang terjadi dalam tubuh makhluk hidup. Pengetahuan ini dapat diterapkan dalam segala hal yang berkaitan dengan fungsi-fungsi dalam makhluk hidup seperti bidang kesehatan, pertanian, industri bioteknologi dan sebagainya. Oleh sebab itu dalam bab-bab selanjutnya akan dipelajari sifat-sifat fisika dan kimia biomolekul yang meliputi air, protein dan asam amino, karbohidrat, lipida, dan asam nukleat.
BAB 3. Air
Air meliputi kira-kira 70% berat bersih dari sel dan merupakan komponen yang menentukan. Air merupakan senyawa yang berlimpah di dalam sistem hidup (70 % berat bersih sel). Air merupakan biomolekul istimewa yang dianugerahkan oleh Allah kepada manusia dan makhluk hidup lainnya. Allah berfirman dalam Surat Al-Anbiya (30) dan Surat Ibrahim (32) tentang keistimewaan air tersebut.
QS. Al-Anbiya’ (21) : 30
30. Dan apakah orang-orang yang kafir tidak mengetahui bahwasanya langit dan bumi itu keduanya dahulu adalah suatu yang padu, Kemudian kami pisahkan antara keduanya. dan dari air kami jadikan segala sesuatu yang hidup. Maka mengapakah mereka tiada juga beriman?
QS. Ibrahim (14) : 32
32. Allah-lah yang Telah menciptakan langit dan bumi dan menurunkan air hujan dari langit, Kemudian dia mengeluarkan dengan air hujan itu berbagai buah-buahan menjadi rezki untukmu; dan dia Telah menundukkan bahtera bagimu supaya bahtera itu, berlayar di lautan dengan kehendak-Nya, dan dia Telah menundukkan (pula) bagimu sungai-sungai.
Air merupakan medium beberapa fungsi dalam makhluk hidup, diantaranya:
- Medium berlangsungnya transport nutrient - Medium dalam reaksi enzimatis metabolisme - Medium transfer energi kimia
Oleh karena itu semua aspek struktur dan fungsi sel harus beradaptasi dengan sifat-sifat fisik dan kimia air
Tabel 2. Keistimewaan air bagi sistem hidup
Sifat Harga Akibat
Kalor penguapan yang tinggi
(kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 mol air fasa cair)
9700 kal/mol Ini sangat tinggi bagi cairan, membuat air suatu zat pendingin dengan penguapan yang luar biasa baiknya (melalui keringat)
Sifat Harga Akibat Kalor jenis
(kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gram H2O 1oC
1 kal/g.der Air merupakan penyangga panas yang baik – temperatur suatu system berair tidak naik dngan cepat walaupun temperatur sekeliling dengan cepat berubah
Titik didih 100oC Ini sangat tinggi untuk suatu zat dengan bobot molekul 18. Air tetp cair pada temperature fisiologik Apa yang menyebabkan hal tersebut terjadi ?
Struktur H2O :
Karena perbedaan keelektronegatifan antara hidrogen dan oksigen, maka molekul air bersifat dwikutub. Oksigen menarik elektron-elektron dalam molekul lebih kuat daripada hidrogen yang membuat oksigen bermuatan parsial negatif dan hidrogen parsial positif. Dalam keadaan cair dan padat antara molekul- molekul air terjadi asosiasi secara luas yang disebabkan tarikan dwikutub antara hidrogen positif dan oksigen negatif. Jenis asosiasi intermolekular disebut ikatan hidrogen. Air adalah contoh suatu cairan polar.
Keterangan:
a. model ball and stick b. model space-filling
Gambar 3. Bentuk geometri H2O
Jumlah ikatan hidrogen air
Karena susunan yang hampir tetrahedral dari elektron di sekitar atom oksigen, tiap-tiap molekul air secara teoritis dapat
membentuk ikatan hidrogen dengan sebanyak-banyaknya 4 molekul air tetangga.
Gambar 4. Ikatan Hidrogen antar molekul H2O
Ikatan hidrogen pada air cairan dan es
Pada setiap saat, suhu kamar tiap-tiap molekul air membentuk ikatan hidrogen 3,4 molekul air lainnya. Karena molekul air bergerak secara kesinambungan dalam keadaan cair, ikatan hidrogen ini diuraikan dan dibentuk secara cepat dan terus menerus sehingga air tidak bersifat kental, tetapi bersifat cair.
Pada struktur es, tiap molekul air bersifat tetap dalam ruang dan berikatan hidrogen dengan maksimum 4 molekul air lainnya,
Gambar 5. Ikatan hidrogen antar molekul air dalam es
Ikatan hidrogen bersifat lemah dibandingkan ikatan kovalen (energi ikatan air dalam bentuk cair hanya 4,5 kkal/mol, dibandingkan dengan 110 kkl/mol bagi ikatan kovalen H-O pada molekul air. Namun karena jumlahnya banyak, ikatan hidrogen memberikan gaya kohesi internal yang tinggi bagi air.
Air pelarut polar
Air merupakan pelarut yang baik bagi larutan ionik dan polar, dan pelarut yang tidak baik bagi larutan non-polar.
Beberapa contoh ikatan hidrogen dalam sistem hidup:
a. gugus hidroksil pada alkohol dan air
b. gugus karbonil pada keton dan air
c. diantara rantai polipeptida
Air mempunyai sifat-sifat pelarut yang istimewa
Air merupakan pelarut yang jauh lebih baik. Kelompok senyawa yang dapat terlarut dalam air :
a. Kristal garam: natrium klorida (ion-ion terhidrasi)
Gambar 6. Hidrasi molekul NaCl dalam air
b. Senyawa organik netral yang mempunyai gugus fungsional (like dissolved like)
c. Senyawa amfipatik (mempunyai gugus hidrofil dan hidofob), terdispersi di dalam air membentuk misel
Senyawa terlarut mengubah sifat-sifat air
Terdapat sifat utama air (sifat koligatif) yang tergantung pada zat terlarut
1. Penurunan titik beku 2. Kenaikan titik didih 3. Penurunan tekanan uap 4. Tekanan osmosis
Contoh pengaruh zat terlarut terhadap sifat-sifat air terhadap biologi
- Ikan air tawar tetap aktif dalam air pada suhu beku karena konsentrasi total zat terlarut dalam dara ikan cukup tinggi dan menekan titik beku darah lebih rendah dari tiitk beku air
- Adanya senyawa terlarut dalam darah terutama protein memberikan darah tekanan osmosis yang lebih tinggi daripada tekanan cairan luar sel. Akibatnya air cenderung berdifusi ke dalam kapiler darah dari bagian ektraselular, membuat system vascular bertahan penuh dan mencegah dari kerusakan.
- Pengaruh garam netral terlarut dapat digunakan untuk memisahkan berbagai protein yang berbeda, karena molekul-molekul ini bervariasi dalam kecenderungannya untuk mengendap.
Asam basa mencerminkan sifat-sifat air
Pengukuran pH adalah salah satu prosedur yang paling penting dan sering digunakan di dalam biokimia, karena pH menentukan banyak peranan penting daris struktur dan aktivitas makromolekul biologi seperti aktivitas katalitik enzim. Pengukuran
pH plasma darah seorang yang menderita diabeters kronis sering lebih rendah daripada pH normal 7,4 (asidosis). Bila lebih rendah dari pH normal disebut alkalosis.
Fosfat dan bikarbonat adalah buffer biologi penting
Cairan intra selular dan ekstra selular semua organisme cenderung mempunyai pH dan konstanta yang khas, yang diatur oleh berbagai aktivitas biologi. Akan tetapi garis pertahanan pertama organisme hidup terhadap perubahan pH internalnya diberikan oleh sisitem buffer.
Dua buffer yang paling penting pada mamalia adalah system fosfat (pH 6,9 – 7,4) dan bikarbonat (pH 7,4)
Sistem buffer fosfat
H2PO4- H+ + HPO42-
Donor proton akseptor proton
Sistem buffer bikarbonat
H2CO3 H+ + HCO3- ( dalam darah) CO2 (d) + H2O H2CO3
CO2 (g) CO2 (d) (dalam rongga paru-paru)
pH darah dipertahankan pada nilai tetap dan cermat.
Plasma darah manusia secara normal menunjukkan pH mendekati 7,4. Jika terjadi kesalahan di dalam mekanisme pengaturan pH,
selanjutnya dengan cepat akan terurai membentuk CO2 terlarut dan air. Peristiwa ini terjadi dalam paru-paru. CO2 terlarut akan keluar bersama uap air melalui paru-paru berupa gas CO2.
Gambaran mekanisme kerja buffer bikarbonat ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 8. Peran buffer bikarbonat dalam darah
BAB 4. Karbohidrat
Nama karbohidrat berasal dari kenyataan bahwa kebanyakan senyawa dari golongan ini mempunyai rumus empiris yang menunjukkan bahwa senyawa tersebut adalah karbon
”hidrat” dan memiliki perbandingan karbon terhadap hidrogen dan terhadap oksigen sebagai 1:2:1. Walaupun banyak karbohidrat yang umum sesuai dengan rumus empiris (CH2O)n , yang lain tidak memperlihatkan perbandingan ini dan beberapa yang lain juga mengandung nitrogen, fosfor, atau sulfur.
Fungsi biologi karbohidrat
a. Tongkat kehidupan bagi kebanyakan organisme.
b. Pusat metabolisme tanaman hijau dan organisme fotosintetik lainnya
c. Pati dan glikogen berperan sebagai penyedia sementara glukosa
d. Polimer protein berperan sebagai unsur structural dan penyangga dalam dinding sel bakteri dan tumbuhan dan pada jaringan pengikat dan dinding sel organisme hewan e. Karbohidrat berfungsi sebagai pelumas sendi kerangka
Al-Qur’an memberikan contoh sumber karbohidrat dalam tanaman yang merupakan nikmat yang diberikan oleh Allah kepada makhluk-nya.
QS. Ar-Ra’d (13) : 4
4. Dan di bumi Ini terdapat bagian-bagian yang berdampingan, dan kebun-kebun anggur, tanaman-tanaman dan pohon korma yang bercabang dan yang tidak bercabang, disirami dengan air yang sama. kami melebihkan sebahagian tanam-tanaman itu atas sebahagian yang lain tentang rasanya. Sesungguhnya pada yang demikian itu terdapat tanda- tanda (kebesaran Allah) bagi kaum yang berfikir.
Penggolongan karbohidrat
Golongan karbohidrat didasarkan atas jumlah monomer gula 1. Monosakarida
Satuan karbohidrat tersederhana; taka dapat dihidrolisis menjadi molekul karbohidrat yang lebih kecil
contoh: glukosa, fruktosa, galaktosa, ribose, dektrosa, laktosa, maltosa
2. Disakarida
Karbohidrat yang tersusun atas dua (2) satuan monosakarida
Contoh: sukrosa (tersusun atas glukosa dan fruktosa)
3. Oligoskarida
Karbohidrat yang tersusun dari tiga sampai sepuluh (3 – 10) satuan monosakarida
contoh: glikoprotein, proteoglikan (oligoskarida lebih dari 2 rantai monosakarida biasanya tak terdapat secara bebas, biasa sebagai rantai samping ikatan peptida)
4. Polisakarida
Karbohidrat yang tersusun dari lebih delapan satuan monosakarida
contoh: pati, selulosa
Karbohidrat yang berlebih dapat diubah menjadi:
- Lemak
- Steroid (kolesterol) - Protein (terbatas)
Dan sebaliknya melalui aktivitas asetil koenzim A
Monosakarida tidak berwarna, merupakan kristal padat yang bebas, larut dalam air tetapi tak larut dalam pelarut non polar.
Kebanyakan memiliki rasa manis.
Rumus empiris (CH2O)n dimana n = 3 – 7. kerangka monosakarida merupakan rantai karbon berikatan tunggal yang tidak bercabang. Salah satu atom karbon tersebut berikatan ganda dengan satu atom oksigen, membentuk gugus karbonil dan atom karbon yang lain berikatan dengan gugus karboksil.
Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon, monosakarida tersebut merupakan suatu aldehida dan disebut sebagai suatu aldosa. Tetapi jika gugus karbonil berada pada posisi lain, monosakarida tersebut menjadi suatu keton dan disebut ketosa.
Monosakarida segera mereduksi senyawa pengoksidasi seperti ferisianida, hidrogen peroksida atau Cu2+, sifat ini berguna dalam analisa gula. Karbohidrat yang mempunyai sifat ini disebut sebagai gula pereduksi.
Dengan mengukur jumlah senyawa pengoksidasi yang tereduksi oleh suatu larutan gula tertentu, dapat dilakukan pendugaan konsentrasi gula. Dengan cara ini, darah dan air seni dapat dianalisa kandungan gulanya pada diagnosa diabetes mellitus.
Penderita penyakit ini menunjukkan tingkat gula darah yang tinggi secara abnormal, dan pengeluaran gula pada air seni berlebih.
Monosakarida : Stereokimia a. Stereoisomer
Semua monosakarida, kecuali dihidroksiaseton, mengandung satu atau lebih atom karbon asimetri atau kiral (atom karbon yang mengikat empat gugus yang berbeda), dan karenanya terdapat dalam bentuk isomer yang bersifat optik aktif.
Aldosa yang paling sederhana, yaitu gliseraldehida, mengandung hanya satu atom karbon kiral, dan karenanya, memiliki dua bentuk isomer optik yang berbeda atau enantiomer.
Jika dua gula berbeda hanya dalam konfigurasi di sekitar satu atom karbon spesifik, senyawa-senyawa tersebut dinamakan epimer.
D-glukosa dan D-manosa adalah epimer bila dilihat dari atom karbon 2 D-glukosa dan D-galaktosa adalah epimer jika dilihat dari atom karbon 4
b. Notasi D dan L
D dan L digunakan untuk menunjukkan konfigurasi dari atom karbon kiral yang paling jauh dari atom karbon gugus karbonil.
Jika gugus hidroksil pada atom karbon kiral yang paling jauh mengarah ke kanan pada rumus proyeksi maka gula tersebut menunjukkan suatu gula D
Jika gugus hidroksil pada atom karbon kiral yang paling
c. Bentuk cincin
Aldehida dan keton bereaksi dengan alkohol membentuk masing-masing hemiasetal dan hemiketal.
Karena monosakarida mempunyai gugus baik gugus aldehida maupun keton ditambah gugus alkohol (hidroksil), maka pembentukan hemiasetal dan hemiketal dapat terjadi, menghasilkan suatu struktur cincin. Karena alasan sterik sudut ikatan, struktur cincin lima dan enam lebih memungkinkan.
Sebagai contoh, D-glukosa yang berada sebagai larutan mengalami pembentukan hemiasetal intramolekuler dimana gugus hidroksil bebas pada C-5 bereaksi dengan C-1 aldehida. Senyawa cincin enam ini selanjutnya disebut sebagai piranosa, sebab mempunyai kesamaan dengan senyawa piran yang memiliki enam cincin. Nama secara sistimatik senyawa cincin dari D-glukosa adalah α-D-glukopiranosa dan β-D-glukopiranosa.
α-D-glukopiranosa β-D-glukopiranosa
Aldoheksosa yang berada dalam bentuk larutan juga membentuk senyawa cincin lima. Karena mempunyai kesamaan struktur dengan senyawa furan yang bercincin 5 maka senyawa cincin bentukannya disebut furanosa. (coba saudara jelaskan mekanisme reaksi pembentukannya!).
Cincin aldopiranosa lebih stabil dibandingkan dengan aldofuranosa.
Bentuk isomer monosakarida yang hanya dibedakan oleh konfigurasi atom karbon hemiasetal dan hemiketalnya disebut anomer. Atom karbon hemiasetalnya (atau karbonilnya) disebut sebagai karbon anomerik. Peristiwa perubahan anomer α dan β dari D-glukosa dalam larutan berair disebut sebagai proses mutarotasi.
d. Reaksi
Aldosa merupakan gula pereduksi yang berarti bahwa fungsi aldehida gula mempunyai kemampuan mereduksi ion logam atau mengalami oksidasi menjadi gugus asam karboksilat.
Ketosa tidak mudah teroksidasi sehingga tidak termasuk sebagai gula pereduksi.
Perbedaan ini merupakan dasar bagi berbagai macam uji pendahuluan untuk glukosa sebagai suatu aldoheksosa yang merupakan gula pereduksi.
Uji Tollens
Uji Fehling (Benedict)
Oksidasi aldosa pada umumnya menghasilkan asam aldonat. Dalam beberapa hal asam aldonat membentuk suatu lakton.
Beberapa asam aldonat merupakan asam organik yang kuat dan beberapa garamnya digunakan dalam ilmu kedokteran.
Misalnya kalsium glukonat yang merupakan senyawa yang stabil dan merupakan bentuk yang dapat diterima secara biologik untuk memberikan kalsium dalam keadaan yang kekurangan. Asam L- askorbat (vitamin C) merupakan lakton yang diturunkan dari asam heksonat yang mengandung sebuah ikatan rangkap antara karbon 2 dan 3.
Monosakarida lain R C
O H
+ 2Ag+ + 2OH- R C O
OH
+ 2Ag + H2O
H2O + 2Cu2O +
R C O OH- OH
2 2 +
R C + O
H
Cu++
Cermin perak
merah bata
N-asetil yang tidak bermuatan pada pH fisiologis. Sebuah contoh penting adalah N-asetil-D-glukosamin yang merupakan monomer dari polisakarida kitin, komponen utama dari cangkang serangga, kerang, udang dan kepiting.
Gula deoksi dihasilkan dari pergantian gugus –OH dalam gula oleh –H misalnya melalui reduksi selektif. Gula deoksi yang paling penting adalah 2-deoksiribosa yang merupakan unsur karbohidrat DNA (Deoxyribose Nucleic Acid).
Disakarida
Disakarida terdiri dari dua unit monosakarida yang berikatan kovalen satu sama lain, gugus hidroksil salah satu gula bereaksi dengan karbon anomer pada gula kedua, disebut ikatan O-glikosida, yang segera terhidrolisa oleh asam tetapi tahan terhadap basa.
Disakarida yang banyak terdapat di alam :
maltosa, terdiri dari D-glukosa – D-glukosa
laktosa, terdiri dari D-galaktosa – D-glukosa
sukrosa, terdiri dari D-fruktosa – D-glukosa
Polisakarida
Tersusun atas banyak unit monosakarida Dua jenis polisakarida :
1. Homopolisakarida, mengandung hanya satu jenis monomer monosakarida. Contoh : pati (hanya mengandung unit-unit D-glukosa)
2. Heteropolisakarida, mengandung dua atau lebih jenis unit monosakarida yang berbeda. Contoh : asam haliuronat pada jaringan pengikat
Karbohidrat yang berlebih dapat diubah menjadi:
- Lemak
- Steroid (kolesterol) - Protein (terbatas)
Dan sebaliknya melalui aktivitas asetil koenzim A
BAB 5. Asam Amino dan Protein
Protein adalah makromolekul yang paling berlimpah di dalam sel hidup dan merupakan 50 % atau lebih berat kering sel.
Protein ditemukan di dalam semua sel dan bagian sel. Protein juga sangat bervariasi., ratusan jenis yang berbeda dapat ditemukan dalam satu sel.
Gambar 9. Contoh-contoh bentuk protein dalam makhluk hidup
Gambar 9 di atas merupakan beberapa contoh bentuk protein dalam makhluk hidup. Kunang-kunang dapat memancarkan cahaya kuning yang berkedap-kedap disebabkan oleh adanya senyawa protein luciferin yang terlibat dapat reaksi
Istilah protein diperkenalkan pada tahun 1830-an oleh pakar kimia Belanda bernama Mulder, yang merupakan salah satu dari orang pertama yang mempelajari kimia dalam protein secara sistimatik. Ia secara tepat menyimpulkan peranan inti protein dalam sistem hidup dengan menurunkan nama dari bahasa Yunani proteos, yang berarti ”bertingkat pertama”.
Protein merupakan komponen utama dalam semua sel hidup. Fungsinya terutama sebagai unsur pembentuk struktur sel, misalnya dalam rambut, wol, kolagen, jaringan penghubung, membran sel dan lain-lain. Selain itu dapat pula berfungsi sebagai protein yang aktif, seperti misalnya enzim, yang berperan sebagai katalis segala proses biokimia dalam sel. Protein aktif selain enzim adalah hormon, toksin, antibodi, antigen dan lain-lain.
Allah mencontohkan salah satu bentuk dan manfaat protein bulu binatang melalui firman-Nya dalam Al-Qur’an Surat An-Nahl ayat 5.
QS. An-Nahl (16) : 5
5. Dan dia Telah menciptakan binatang ternak untuk kamu; padanya ada (bulu) yang menghangatkan dan berbagai-bagai manfaat, dan sebahagiannya kamu makan.
Ciri molekul Protein
1. Berat molekul yang besar; ribuan sampai jutaan.
2. Umumnya terdiri dari 20 macam asam amino yang saling terikat oleh ikatan peptida
3. terdapatnya ikatan kimia lainnya selain ikatan peptida, seperti ikatan hidrogen, ikatan Van der Waals, ikatan polar/nonpolar, dan ikatan ionik
4. Strukturnya tidak stabil terhadap beberapa faktor seperti pH, radiasi, temperatur, pelarut organik, dan detergen.
5. Umumnya reaktif dan sangat spesifik, disebabkan terdapatnya gugus samping (kation, anion, hidroksil aromatik, hidroksil alifatik, amina, amida, tiol, dan heterosiklik) dan susunan khas struktur makromolekul.
Asam Amino
Asam amino: pembangun protein, precursor kimia bagi senyawa yang mengandung nitrogen penting
Sebagian besar asam amino memiliki struktur yang sama (dalam bentuk tak terionisasi) karena kerangka kovalen protein adalah tetap dan menyangkut fungsi karboksil dan amino, maka gugus R yang memberi suatu kedudukan bagi sifat-sifat fisik dan kimia asam amino dalam rantai protein.
Penggolongan 20 asam amino yang umum dalam protein:
a. Gugus rantai cabang hidrofobik
Alanin valin leusin
Triptofan metionin isoleusin
Prolin fenilalanin
b. Gugus rantai cabang polar tak bermuatan
Serin Glisin Treonin
Sistein Asparagin Glutamine Tirosin
c. Gugus rantai cabang bermuatan negatif pada pH 7
Asam aspartat Asam glutamate
d. Gugus rantai cabang bermuatan positif pada pH 7
Arginin Lisin Histidin
Sifat Asam Basa Asam Amino
Di dalam larutan air netral, asam amino selalu dalam bentuk ion berdwikutub (zwitter ion).
zwitter ion : ion dua kutub, disebabkan terdapatnya gugus pemberi proton (asam) maupun gugus penerima proton (basa) dalam satu molekul asam amino, pada batas pH tertentu (konstanta dielektrik).
asam amino bersifat amfoter; yaitu dapat bertindak sebagai asam sekaligus sebagai basa.
Sebagai asam (donor proton)
H3N+CHRCOO- H2NCHRCOO- + H+
Sebagai basa (akseptor proton)
H3N+CHRCOO- + H+ H3N+CHRCOOH
Asam amino monokarboksilat seperti glisin merupakan suatu asam berbasa dua
Gambar 11. Titik ekuivalen titrasi glisin
Reaksi kimia asam amino a. Reaksi ninhidrin
Untuk penentuan kuantitatif asam amino, dengan cara memanaskan campuran asam amino dan ninhidrin,terjadi larutan berwarna biru, intensitasnya dapat diukur dengan spektrofotometri
b. Reaksi Sanger
reaksi antara gugus α-amino dengan 1-fluoro-2,4- dinitrobenzen (FDNB) dalam suasana basa lemah,dipakai untuk menentukan asam amino N-ujung suatu rantai polipeptida
c. Reaksi dansil klorida
reaksi antara gugus amino dengan 1-dimetil-amino naftalen- 5-sulfonil klorida (dansil klorida) detentukan dengan fluorometri
d. Reaksi Edman
reaksi antara α-amino dengan fenilisotiosianat, dalam suasana asam dengan pelarut nitrometan. hasil reaksi dapat dipisahkan dan diidentifikasi dengan kromatografi.
Digunakan untuk penentuan asam amino N-ujung suatu rantai polipeptida
e. Reaksi basa Schiff
reaksi reversibel antara gugus α-amino dengan gugus aldehid
f. Reaksi dengan gugus R
gugus –SH pada sistein, hidroksifenol pada tirosin dan guanidium pada arginin memberikan reaksi khas.
Analisis asam amino
1. Kromatografi partisi
Asam amino dapat dipisahkan dengan cara partisi karena tiap asam amino memiliki koefisien partisi tertentu untuk pasangan pelarut tertentu
2. Kromatografi penukar ion
Pemisahan asam amino dengan prinsip perbedaan sifat
4. kromatografi lapis tipis
PEMISAHAN didasarkan pada perbedaan kecepatan gerakan masing-masing asam amino dalam larutan buffer dengan pH tertentu.
PEPTIDA
Ikatan peptida merupakan ikatan antara gugus α-karboksil dari asam amino yang satu dengan α-amino dari asam amino lainnya.
Ikatan peptida
Contoh ikatan peptida pada senyawa aspartam, suatu pemanis sintetis
PROTEIN
Protein merupakan susunan asam amino yang digabungkan oleh ikatan peptida.
Fungsi Jenis Contoh
Katalik Struktural Motil (mekanik) Penyimpanan (dari zat makanan) Pengangkutan (dari zat makanan)
Pengatur (dari metabolisme sel)
Enzim
Protein structural Protein kontraktil Protein angkutan Protein angkutan
Protein hormone Enzim pengatur Antibody
Protein penggumpal
Katalase pepsin Kolagen, elastin, keratin
Aktin, myosin Kasein,ovalbumin, feritin
Albumin serum , hemoglobin Insulin
Jenis protein:
Protein sederhana: hanya asam amino
Protein berkonjugasi: asam amino + gugus prostetik nonprotein
Penggolongan protein berdasarkan bentuk:
Protein globular
Rantai polipeptida berlipat menjadi bentuk bulat padat (globular), biasanya larut dalam air,sebagian besar mempunyai fungsi gerak. Contoh: enzim
Protein serabut
Rantai polipeptida memanjang pada satu sumbu, membentuk serabut panjang, tidak larut dalam air.hampir semua protein serabut memberikan fungsi structural atau pelindung.contoh: keratin, kolagen.
Beberapa protein tidak berbentuk bola maupun serabut, misalnya myosin dan fibrinogen.
Tingkat organisasi struktur protein
Struktur primer; hanya urutan asam amino dalam rantai polipeptida dan letak suatu jembatan sulfide dalam rantai protein. Struktur primer diselenggarakan oleh ikatan-ikatan peptide yang kovalen.
Struktur sekunder; banyaknya struktur helix-α atau lembaran berlipatan β yang beraturan dan berhubungan dengan struktur protein secara keseluruhan.
Diselenggarakan oleh ikaatan-ikatan hydrogen antara oksigen karbonil dan nitrogen amida dari rantai polipeptida
Struktur tersier; mengacu pada cara rantai protein dalam protein globular yang dilekukkan dan dilipat untuk
membentuk struktur tiga dimensi secara menyeluruh.
Struktur tersier diselenggarakan oleh interaksi antara gugus R asam amino
Struktur kuartener; penyusunan protomer dalam protein oligomerik
Gambar 11. Struktur protein
Residu ujung-N : asam amino dalam rantai protein dengan gugus α-amino bebas
Residu ujung-C : asam amino dalam rantai protein dengan gugus karboksil bebas
Keadaan asal protein : suatu kondisi dimana suatu protein ada dalam struktur tiga dimensi yang memungkinkannya melaksanakan fungsi biologiknya.
Keadaan terdenaturasi : kondisi dimana terjadi perubahan structural reversible atau irreversible pada suatu protein yang menyebab- kannya kehilangan semua atau sebagian dari fungsi biologiknya.
Cara-cara untuk melakukan denaturasi:
1. Perlakuan pemanasan 2. Perubahan pH yang besar 3. Perlakuan kimiawi
4. Perlakuan mekanik
BAB 6. Enzim
Enzim adalah golongan protein yang paling banyak dalam sel hidup, dan mempunyai fungsi penting sebagai katalisator reaksi biokimia secara kolektif membentuk metabolisme-perantara (intermediary metabolism) dari sel.
Sejarah penelitian enzim:
1. Awal tahun 1800; penelitian mengenai pencernaan daging oleh sekresi lambung dan perubahan pati menjadi gula oleh air liur
2. Tahun 1950, Louis Pasteur menyimpulkan bahwa fermentasi gula menjadi alkohol oleh ragi dikatalisis oleh
”ferment” yang secara struktural terikat pada sel ragi.
3. Tahun 1897, Eduard Buchner untuk pertama kalinya berhasil melakukan ekstraksi enzim dari sel ragi yang berfungsi dalam fermentasi alkohol
4. Tahun 1926, James Summer untuk pertama kalinya dapat mengisolasi enzim urease berwujud kristal dari kacang- kacangan. Dia menyimpulkan bahwa kristal urease terdiri dari protein
Sifat-sifat katalitik khas enzim:
1. Enzim meningkatkan laju reaksi pada kondisi biasa (fisiologik) dari tekanan, suhu, dan pH. Hal ini merupakan keadaan yang jarang dengan katalis-katalis lain
2. Enzim berfungsi dengan selektivitas atau spesifisitas bertingkat luar biasa tinggi terhadap reaktan yang dikerjakan dan jenis reaksi yang dikatalisasikan. Maka reaksi-reaksi yang bersaing dan sampingan tidak teramati dalam katalisasi enzim
3. Enzim memberikan peningkatan laju reaksi yang luar biasa disbanding dengan katalis biasa.
Penamaan dan klasifikasi enzim
Penamaan enzim secara trivial, misalnya pepsin, tripsin, katalase, tidak dapat menerangkan sifat dan macam reaksi kimia yang terjadi.
Penamaan dan klasifikasi enzim secara sistimatik telah ditentukan oleh suatu badan internasional bernama Commision on Enzymes of the Intenational Union of Biochemistry (CEIUB).
Kebanyakan enzim diberi nama menurut reaksi yang dikatalisisnya. Biasanya akhiran untuk nama enzim ialah –ase, misalnya suatu polimerase adalah enzim sembarang yang mengkatalisis suatu reaksi polimerisasi, suatu reduktase adalah sembarang enzim yang mengkatalisis reaksi reduksi
Klasifikasi enzim dibagi menjadi 6 (enam) golongan yaitu:
1. Oksidoreduktase (oksidasi reduksi) a. Bekerja pada CH-OH
b. Bekerja pada C=O c. Bekerja pada –CH=CH-
e. Bekerja pada –CH-NH-
f. Bekerja pada N fungADH; NADPH 2. Transferase (pemindahan gugus fungsional)
a. Gugus satu-karbon
b. Gugus aldehida atau keton c. Gugus asil
d. Gugus glikosil e. Gugus fosfat
f. Gugus mengandung S 3. Hidrolase (reaksi hidrolisa)
a. Ester
b. Ikatan glikosidik c. Ikatan peptide d. Ikatan C-N lain e. Anhidrida asam
4. Liase (adisi pada ikatan rangkap atau kebalikan reaksi tersebut)
a. C=C b. C=O c. C=N
5. Isomerase (reaksi isomerisasi) a. Rasemase
6. Ligase (pembentukan ikatan dengan pembelahan ATP)
Bagian-bagian Enzim
Bagian protein (tak aktif) disebut Apoenzim Bagian bukan protein :
a. Gugus prostetik; secara kuat terikat pada apoenzim, seringkali terikat secara kovalen. Gugus ini menentukan jenis proses-proses kimia yang akan dikatalisis. Molekulnya terletak pada kedudukan dalam struktur tersier dalam enzim yang dikenal sebagai sisi aktif.
b. Koenzim; secara lemah terikat pada apoenzim dan dapat didisosiasikan secara reversibel
c. Kofaktor ion logam
Holoenzim (aktif) = apoenzim + bagian bukan protein
Mekanisme Reaksi Enzimatik
Suatu molekul substrat berikatan dengan bagian aktif enzim melalui suatu mekanisme khas dan selektif dalam hubungan yang disebut lock and key.
Gambar 12. Mekanisme key and lock serta contoh reaksi terkatalisis enzim
Inhibisi Reaksi Enzimatik
Pada umumnya proses inhibisi merupakan suatu kontrol dari reaksi enzim
Proses inhibisi reaksi enzim ada dua macam:
1. Inhibisi bersaing (competitive inhibition)
Inhibisi ini terjadi pada sisi aktif yang sama, sehingga substrat bersaing dengan suatu inhibitor memperebutkan sisi aktif yang sama.
Gambar 13. Mekanisme Inhibisi kompetitif
Inhibisi bersaing dapat dihilangkan dengan memperbesar konsentrasi substrat.
Misalnya:
Reaksi inhibisi malonat terhadap enzim suksinatdehidrogenase. Dalam proses inhibisi ini malonat sebagai inhibitor bersaing dengan suksinat sebagai substrat terhadap sisi aktif yang sama pada molekul enzim suksinatdehidrogenase.
2. Inhibisi tak bersaing (non competitive inhibition)
Pada reaksi inhibisi ini, substrat dan inhibitor masing- masing berikatan dengan enzim pada tempat yang berbeda.
Gambar 13. Mekanisme Inhibisi non kompetitif
BAB 7. Lipida
Suatu lipida didefinisikan sebagai senyawa organik yang terdapat dalam alam serta tak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik non polar
Dalam makhluk hidup, lipida yang paling banyak adalah lemak/minyak atau triasil gliserol (trigliserida) yang merupakan bahan bakar bagi hampir semua makhluk hidup.
QS. Al-Mu’minun (23):20
20. Dan pohon kayu keluar dari Thursina (pohon zaitun), yang menghasilkan minyak, dan pemakan makanan bagi orang-orang yang makan.
Fungsi lipida:
1. Penyimpan energi dan transpor 2. Struktur membran
3. Kulit Pelindung, komponen dinding sel
