BIOLOGI (NUT 115)
MODUL
MOLEKUL KEHIDUPAN
DISUSUN OLEH
VITRIA MELANI, S. SI., M. SI
UNIVERSITAS ESA UNGGUL 2020
VISI UNIVERSITAS ESA UNGGUL
Menjadi perguruan tinggi kelas dunia berbasis intelektualitas, kreatifitas dan kewirausahaan, yang unggul dalam mutu pengelolaan dan hasil pelaksanaan Tridarma Perguruan Tinggi.
MISI UNIVERSITAS ESA UNGGUL
1. Menyelenggarakan pendidikan tinggi yang bermutu dan relevan 2. Menciptakan suasana akademik yang kondusif
3. Memberikan pelayanan prima kepada seluruh pemangku kepentingan
VISI PRODI ILMU GIZI
Menjadi Program Studi Ilmu Gizi yang unggul dalam bidang gizi olahraga yang berwawasan global berbasis riset dan berjiwa enterpreneurship, inovatif dan tangguh.
Visi tersebut disingkat menjadi Program Studi Ilmu Gizi yang Unggul GO GREAT yang mengandung kata kunci yaitu Unggul, Gizi Olahraga, Global, Riset, Enterpreneurship, inovAtif dan Tangguh.
MISI PRODI ILMU GIZI
1. Menyelenggarakan program pendidikan yang bermutu dalam rangka mengembangkan dan meningkatkan mutu sumber daya manusia dalam bidang gizi.
2. Melaksanakan penelitian yang dapat mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang gizi.
3. Melaksanakan pengabdian masyarakat yang selaras dengan pendidikan dan hasil penelitian serta kebutuhan masyarakat guna meningkatkan status gizi dan kesehatan masyarakat.
4. Melakukan dan mengembangkan jejaring kerjasama dengan stakeholder terkait untuk mendukung tri darma perguruan tinggi yang bermanfaat bagi seluruh pemangku kepentingan.
PENGANTAR GENETIKA
A. Kemampuan Akhir Yang Diharapkan
Setelah mempelajari modul ini, diharapkan mahasiswa mampu : 1. Menjelaskan pengertian, jenis, serta struktur Karbohidrat 2. Menjelaskan pengertian, jenis, serta struktur Protein 3. Menjelaskan pengertian, jenis, serta struktur Lemak
4. Menjelaskan pengertian, jenis, serta struktur Asam Nukleat
B. Karbohidrat
1. Definisi Karbohidrat
Karbohidrat merupakan contoh polimer alami. Karbohidrat berasal dari tumbuh- tumbuhan dan terdiri atas unsur C, H, dan O dengan rumus molekul Cn(H2O)n.
Istilah karbohidrat diambil dari kata karbon dan hidrat (air). Selain itu, karbohidrat juga dikenal dengan nama sakarida (Saccharum =gula). Senyawa karbohidrat mudah ditemukan di dalam kehidupan sehari-hari, misalnya di dalam gula pasir, buah-buahan, gula tebu, air susu, beras, jagung, gandum, ubi jalar, kentang, singkong, dan kapas. Apakah yang membedakan bahan-bahan tersebut?
Berdasarkan jumlah sakarida yang dikandungnya, karbohidrat dapat digolongkan menjadi monosakarida, disakarida, dan polisakarida. Gula pasir dan buah-buahan mengandung monosakarida, gula tebu dan air susu mengandung disakarida, sedangkan beras, jagung, gandum, ubi jalar, kentang, singkong, dan kapas mengandung polisakarida.
2. Jenis Karbohidrat
➢ Monosakarida
Monosakarida sering disebut gula sederhana (Simple Sugars) adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana lagi. Monosakarida tidak berwarna merupakan kristal padat, yang mudah larut dalam air, tetapi tidak larut dalam pelarut non polar. Kebanyakan monosakarida mempunyai rasa manis, dengan rumus emperis (CH2O) n, dimana n = 3 , atau jumlah yang lebih besar lainnya.
Berdasarkan banyaknya atom karbon (C) di dalam melekulnya, monosakarida dapat dibedakan menjadi triosa (3 atom C), tetrosa (4 atom C), pentosa (5 atom C), heksosa (6 atom C) dan heptosa (7 atom C). Berdasarkan gugus karbonil fungsionalnya, maka monosakarida dibedakan menjadi aldosa, jika mengandung gugus aldehida dan ketosa, jika mengandung gugus keton. Contoh :
Masing-masing senyawa monosakarida ada dalam dua kelompok yaitu:
aldotriosa dan ketotriosa, aldotetrosa dan ketotetrosa, aldopentosa dan ketopentosa dan sebagainya. Golongan heksosa yang mencangkup aldoheksosa, yaitu D-glukosa dan ketoheksosa yaitu, D-fruktosa adalah monosakarida yang paling banyak dijumpai di alam. Golongan aldopentosa, yaitu D-ribosa dan 2- deoksi-D-ribosa, adalah komponen asam nukleat
Struktur Monosakarida
Struktur monosakarida Rumus bangun monosakarida (aldosa dan ketosa) menurut Fischer, merupakan rantai lurus. Beberapa reaksi dan sifat-sifat karbohidrat tidak dapat diterangkan dengan rumus bangun ini, misalnya adanya dua isomer dari Dglukosa. Haworth (1925) mengajukan suatu rumus bangun yang berbentuk cincin dengan ikantan hemiasetal antara gugus aldehida pada posisi C-1 dan gugus hidroksil (alkohol) dari C-4 atau C-5.
Pembentukan hemiasetal atau hemiketal menciptakan suatu atom karbon asimetris tambahan (C-1) dalam molekul, menjadi lima, dan dengan demikian terdapat dua buah isomer, yaitu α dan β dari struktur cincin. Dua isomer D-glukosa adalah αD-glukosa, dengan gugus OH pada C-1 berturut-turut disebelah kanan dan kiri dari rantai C. Pusat asimetris yang baru disebut karbon anomerik, dan isomer α dan β disebut anomer.
Bentuk α dan β dari D-glukosa dapat saling dikonversikan, bila dilarutkan dalam air, sehingga reaksi optiknya berubah sanpai mencapai nilai tertentu.
Penomena spontan ini disebut mutarotasi , yang disebabkan oleh perubahan bentuk α menjadi β atau sebaliknya.
➢ Disakarida
Disakarida adalah gula yang tersusun atas dua molekul monosakarida.
Gula yang termasuk disakarida adalah sukrosa, maltose, dan laktosa a. Sukrosa
Sukrosa ( gula tebu ) merupakan disakharida yang disusun oleh glukosa dan fruktosa karena ikatan glikosida terbentuk dari gugus hidroksil anomerik, dari kedua satuan monosakharida, maka sukrosa bukanlah gula pereduksi dan tidak mengalami mutarotasi .Sukrosa dapat dihidrolisis baik secara enzimatik dan secara kimia untuk menghasilkan suatu campuran keseimbangan dari glukosa dan fruktosa yang lebih manis untuk berat yang sama dari pada sukrosa. Campuran ini disebut gula invert karena hidrolisis disertai dengan pembalikan putaran optik dari searah jarum jam (dektrorotasi) menjadi berlawanan arah jarum jam ( levorotasi ). Madu merupakan bentuk yang terdapat dialam yang terdiri sebagian besar dari gula invert.
b. Laktosa
Laktosa atau gula susu hanya terdapat dalam susu. Laktosa bila dihidrolisis akan menghasilkan D-galaktosa dan D-glukosa berikatan melalui ikatan α (1→ 4) glikosida laktosa mempunyai atom karbon hemiasetal sehingga termasuk gula pereduksi
c. Maltosa
Maltosa adalah disakharida yang paling sederhana, mengandung dua melekul D-glukosa yang dihubungkan oleh suatu ikatan glikosida antara atom C-1 ( karbon anomer ) dari melekul glukosa yang pertama dan atom C -4 dari glukosa yang kedua. Konfigurasi atom karbon anomer dalam ikatan glikosida diantara kedua melekul D-glukosa adalah bentuk α dan ikatan ini dilambangkan sebagai α (1→ 4). Kedua molekul glukosa pada multosa berada dalam bentuk piranosa. Maltosa adalah gula pereduksi , karena gula ini memiliki gugus karbonil yang berpotensi
bebas yang dapat dioksidasi. Melekul glukosa kedua dari maltosa dapat berbentuk α dan β. Maltosa dihidrolisis menjadi dua melekul D-glikosa oleh enzim yang bersifat spesifik bagi ikatan α (1→ 4).
Struktur disakarida a. Sukrosa
b. Laktosa
a. Maltosa
➢ Oligosakarida
Oligosakharida umumnya didifinisikan sebagai suatu melekul karbohidrat yang mengandung 2 sampai 10 unit melekul monosakarida.
Oligosakharida yang paling umum adalah disakharida (Cn (H2O)n-1), yang tersusun dari dua satuan melekul monosakharida, yang digabungkan oleh ikatan glikosida. Disakharida yang penting, yang banyak terdapat dialam adalah sukrosa, laktosa dan maltosa.
➢ Polisakarida
Polisakharida merupakan karbohidrat yang dijumpai di alam dalam jumlah yang paling besar.Polisakharida dapat berfungsi sebagai bentuk energi simpanan dan sebagai fungsi struktur di dalam dinding sel dan jaringan pengikat. Hidrolisis sempurna terhadap polisakharida oleh asam atau enzim spesifik, menghasilkan monosakharida atau turunannya. Polisakharida dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu :
1. Homopolisakarida, yang hanya mengandung satu unit jenis monosakharida. Polisakharida yang pada hidrolisis menghasilkan heksosa disebut heksosan , contohnya glikogen, pati dan selulosa.
Polisakharida yang menghasilkan pentosa disebut pentosan , contohnya gummi arabikum.
2. Hetropolisakarida , yang mengandung dua atau lebih jenis monosakharida yang berbeda misalnya asam hialuronat pada jaringan pengikat, yang mengandung N-asetil glukosamin dan asam glukoronat
C. Protein
1. Definisi Protein
Protein (akar kata protosdari bahasa Yunani yang berarti “yang paling utama”) adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.
Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi strukturalatau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasihara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).
Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia.
2. Jenis Protein
Penggolongan Protein Berdasarkan Bentukdan sifat fisik Berdasarkan bentuknya protein dibedakan atas :
- Protein globular
Protein Globular berbentuk bola terdapat dalam cairan jaringan tubuh.
Protein ini larut dalam air, berdifusi cepat dan bersifat dinamis,mudah berubah dibawah pengaruh suhu, konsentrasi garam serta mudah mengalami denaturasi.Contohnya meliputi enzim, hormon dan protein darah, insulin, albumin, globulin plasma, kasein dan banyak ensim.
- Protein serabut (fibrous)
Terdiri atas beberapa rantai peptida berbentuk spiral yang terjalin satu sama lain sehingga menyerupai batang yang kaku. Protein
fibrousmempunyai bentuk molekul panjang seperti serat atau serabut, tidak larut dalam air. mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi dan tahan terhadapenzim pencernaan. Protein ini terdapat dalam unsur- unsur struktur tubuh. Contohnya meliputi kolagen, miosin, fibrin, gluten, elastin dan keratin pada rambut, kuku, dan kulit.
Penggolongan Protein Berdasarkan Kelarutannya
a. Albumin: Larut dalam air dan larutan garam. Tidak mempunyai asam amino khusus, misalnya albumin telur dan albumin serum.
b. Globulin: Sedikit larut dalam air tetapi larut dalam larutan garam.
Tidak mempunyai asam amino Khususmisalnya, Glutenin (gandum), orizenin (padi).
c. Prolamin: Larut dalam 70 –80 % etanol tetapi tidak larut dlm air dan etanol absolut. Kaya akan arginin, misalnya Gliadin/gandum, zein/jagung.
d. Histon: Larut dalam larutan garam, tidak larut air.Bersifat basa, cenderung berikatan dengan asam nukleat di dalamsel. Globin bereaksi dengan heme (senyawa asam menjadi hemoglobin). Misalnya globulin serum dan globulin telur.
e. Skleroprotein:Tidak larut dalam air atau larutan garam. Kaya akan glisine, alanine dan pro.
f. Protamin: Larut dalam air dan tidak terkoagulasi oleh panas.Contoh Salmin dalam ikan salmon.
Penggolongan protein berdasarkan kandungan senyawa bukan hanya protein
a. Fosfoprotein: Protein yang mengandung fosfor, misalnya kasein pada susu, vitelin pada kuning telur.
b. Kromoprotein: Protein berpigmen, misalnya asam askorbat oksidase mengandung Cu.
c. Fosfoprotein: Protein yang mengandung fosfor, misalnya kasein pada susu, vitelin pada kuning telur.
d. Kromoprotein: Protein berpigmen, misalnya asam askorbat oksidase mengandung Cu
e. Protein Koenzim: Misalnya NAD+, FMN, FAD dan NADP+.
f. Lipoprotein: Mengandung asam lemak, lesitin.
g. Metaloprotein: Mengandung unsur anorganik (Fe, Co, Mn, Zn, Cu, Mg).
h. Glikoprotein: Gugus prostetik karbohidrat, misalnya musin (pada air liur), oskomukoid (padatulang).
i. Nukleoprotein Protein dan asam nukleat berhubungan (berikatan valensi sekunder) misalnya pada jasad renik.
Penggolongan protein berdasarkan fungsi biologi 1. Enzim (ribonukease, tripsin)
2. Protein transport (hemoglobin, mioglobin, serum, albumin)
3. Protein nutrien dan penyimpan (gliadin/gandum, ovalbumin/telur, kasein/susu, feritin/jaringan hewan)
4. Protein kontraktil (aktin dan tubulin)
5. Protein Struktural (kolagen, keratin, fibrion)
6. Protein Pertahanan (antibodi, fibrinogen dan trombin, bisa ular) 7. Protein Pengatur (hormon insulin dan hormon paratiroid
3. Struktur Protein a. Struktur Primer
Struktur primer adalah rantai polipeptida. Struktur primer protein di tentukan oleh ikatan kovalen antararesidu asam amino yang berurutan yang membentuk ikatan peptida. Struktur primer dapat di gambarkan sebagai rumus bangun yang biasa di tulis untuk senyawa organik.
b. Struktur Sekunder
Struktur sekunder ditentukan oleh bentuk rantai asam amino : lurus, lipatan, atau gulungan yang mempengaruhi sifat dan kemungkinan jumlah protein yang dapat dibentuk. Struktur ini terjadi karena ikatan hydrogen antara atom O dari gugus karbonil ( C=O) dengan atom H dari gugus amino (N-H ) dalam satu rantai peptida, memungkinkan terbentuknya konfirasi spiral yang disebut strukturhelix.
c. Struktur tersier
Struktur tersier ditentukan oleh ikatan tambahan antara gugus R pada asam-asam amino yang memberi bentuk tiga dimensi sehingga membentuk struktur kompak dan padat suatu protein.
d. Struktur kuartener
Struktur kuartener adaalah susunan kompleks yang terdiri dari dua rantai polipeptida atau lebih, yang setiap rantainya bersama dengan struktur primer, sekunder, tersier membentuk satu molekul protein yang besar dan aktif secara biologis.
D. Lemak
1. Definisi Lemak
Lemak adalah zat organik hidrofobik yang bersifat sukar larut dalam air, tetapi dapat larut dalam pelarut organik seperti kloroform, eter, dan benzen. Unsur penyusun lemak antara lain adalah Karbon(C), Hidrogen (H), Oksigen(O), dan kadang-kadang Fosforus (P) serta Nitrogen (N) (Hardinsyah, 2014).
Di dalam tubuh kita, lemak mempunyai beberapa fungsi penting, diantaranya adalah: sebagai pelindung tubuh dari suhu rendah, pelarut vitamin A, D, E, dan K, pelindung alat-alat tubuh vital (antara lain jantung dan lambung), yaitu sebagai bantalan lemak, penghasil energi tertingggi, penahan rasa lapar, karena adanya lemak akan memperlambat pencernaan, apabila pencernaan terlalu cepat maka akan cepat pula timbulnya rasa lapar, bahan penyusun membran sel, bahan penyusun hormon dan vitamin (khususnya untuk sterol), bahan penyusun empedu, asam kholat (di dalam hati), dan hormon seks (khususnya untuk kolesterol). pembawa zat-zat makanan esensial.
2. Klasifikasi Lemak
Berdasarkan komposisi kimianya, lemak terbagi menjadi 3 (Hardinsyah, 2014), yaitu :
a. Lemak Sederhana / Netral (Trigliserida) Lemak sederhana tersusun oleh trigliserida, yang terdiri dari satu gliserol dan tiga asam lemak (Hardinsyah, 2014). Contoh senyawa lemak sederhana adalah lilin (wax), malam, atau plastisin (lemak sederhana yang padat pada suhu kamar), dan minyak (lemak sederhana yang cair pada suhu kamar).
b. Lemak Campuran Lemak campuran merupakan gabungan antara lemak dengan senyawa bukan lemak. Contoh lemak campuran adalah lipoprotein (gabungan antaralipid dan dengan protein), fosfolipid (gabungan antara lipid dan fosfat), serta fosfatidilkolin (yang merupakan gabungan antara lipid, fosfat, dan kolin).
c. Lemak Asli (Derivat Lemak) Derivat lemak adalah senyawa yang dihasilkan dari proses hidrolisis lipid, misalnya kolesterol dan asam lemak.
Berdasarkan ikatan kimianya asam lemak dibedakan menjadi 2 (Hardinsyah, 2014), yaitu:
- Asam lemak Jenuh
Bersifat non-esensial karena dapat disintesis oleh tubuh dan pada umumnya berwujud padat pada suhu kamar. Asam lemak jenuh berasal dari lemak hewani, misalnya mentega. krim, keju, minyak samin, lemak babi, es krim , dan lemak yang menempel pada daging.
- Asam lemak tidak jenuh
Bersifat esensial karena tidak dapat disintesis oleh tubuh dan umunya berwujud cair pada suhu kamar. Asam lemak tidak jenuh berasal dari lemak nabati, misalnya minyak zaitun, minyak canola, minyak dari biji matahari, minyak wijen, minyak kacang, alpukat, buah zaitun, aneka kacang ( kacang mete, kacang tanah, almond ). Sedangkan hasil tanaman yang mengandung banyak lemak jenuh diantaranya adalah minyak kelapa, minyak biji kapas, minyak inti sawit, dan mentega coklat. Produk dan makanan yang diproses dari bahan dengan lemak jenuh dipastikan akan mengandung lemak jenuh tinggi.
3. Struktur Lemak
Gliserin dan asam lemak merupakan komponen utama penyusun lemak dan minyak. Pembahasan berikut akan menjelaskan kedua senyawa tersebut yang mencakup struktur kimia, tata nama, klasifikasi, sifat fisikokimia, dan reaksi-reaksi kimia yang melibatkannya.
➢ Struktur Kimia Gliserin
Gliserin adalah senyawa organik polar yang terdiri atas tiga atom karbon yang mengikat tiga gugus hidroksil (-OH) . Ketiga gugus karboksil ini
bersifat reaktif dan dapat diesterifikasi oleh asam lemak. Dari ikatan dengan asam lemak yang beragam jenisnya, dapat dihasilkan juga jenis lemak yang beragam. Struktur molekul gliserin dapat dilihat pada gambar berikut
Gambar 1. Struktur molekul gliserin
➢ Struktur Kimia Asam Lemak
Asam lemak atau asam karboksilat adalah senyawa organik polar yang mengandung 2 hingga 24 atam karbon (C) dengan gugus fungsional utamanya adalah gugus karboksil (-COOH). Jumlah atom C pada asam lemak umumnya genap, yaitu 2, 4, 6 , 8, 10, 12, 14, 16 dan seterusnya. Asam lemak terpendek adalah asam asetat (2 atom karbon) dan yang terpanjang adalah asam tetrakosanoat (24 atom karbon). Asam lemak yang terdapat dalam bahan pangan sumber lemak umumnya berkisar antara C12 dan C22.
Gugus karboksil dari asam lemak bersifat polar. Gugus ini terikat pada C1 dari rantai asam lemak. Posisi atom karbon pada rantai asam lemak dihitung dari posisi C1 yang mengikat gugus karboksil. Atom hidrogen (H) terikat pada atom C berikutnya (C2, C3, C4 dan seterusnya). Untuk membentuk ikatan jenuh, atom karbon pada C2 sampai Cn -1 dapat mengikat maksimal 2 atom H, sedangkan atom karbon pada Cn (posisi ujung) mengikat 3 atom H atau disebut gugus metal (Gambar 2). Gugus metal pada Cn ini bersifat non-polar. Dengan demikian, asam lemak memiliki ujung polar pada gugus karboksil dan ujung non-polar pada gugus metal.
Gambar 2. Struktur (a) asam lemak jenuh (b) asam lemak tak jenuh
Setiap atom karbon pada asam lemak akan berikatan dengan atom hidrogen dan atom karbon lainnya, dimana masing-masing akan membentuk 4 ikatan kovalen.
Rantai karbon pada struktur asam lemak dapat jenuh atau tidak jenuh. Asam lemak jenuh (saturated fatty acid) disusun oleh rantai atom karbon penyusunnya yang berikatan tunggal/mengikat dua atom hidrogen, sedangkan asam lemak tidak jenuh (unsaturated fatty acid) mengandung satu atau lebih atom karbon yang berikatan ganda (double bond) sehingga hanya mengikat satu atom hydrogen. Asam lemak tidak jenuh dapat dikelompokkan berdasarkan jumlah ikatan gandanya, yaitu asam lemak dengan ikatan tidak jenuh tunggal (mono-unsaturated fatty acid atau MUFA) dan asam lemak dengan ikatan tidak jenuh jamak (poli-unsaturated fatty acid atau PUFA).
E. Asam Nukleat
1. Definisi Asam Nukleat
Nukleotida yang merupakan monomer asam nukleat (building block) memiliki banyak fungsi dalam metabolisme selular. Sebagai konstituen asam nukleat, deoxyribonucleic acid (DNA) dan ribonucleic acid (RNA), nukleotida berfungsi sebagai gudang informasi genetik. Struktur protein dan metabolisme biomolekul dan komponen selular lainnya merupakan produk informasi yang sudah terprogram dalam nukleotida. RNA juga terdiri atas nukleotida yang memiliki banyak fungsi. Ribosomal RNA (rRNA) adalah komponen ribosom yang bertanggungjawab pada sintesis protein. Massenger RNA (mRNA) merupakan intermediet yang membawa informasi genetik dari suatu gen ke ribosom.
Transfer RNA (tRNA) adalah molekul yang menerjemahkan informasi pada mRNA untuk menentukan asam amino spesifik. Selain gudang genetik, nukleotida juga merupakan bagian dari koenzim, donor gugus fosforil (ATP dan GTP), donor gula (UDP dan GDP-gula) atau donor lipid (CDP-asilgliserol).
Bentuk energi pada metabolisme tubuh tergantung pada adanya transfer gugus fosforil.
Nukleotida dan Nukleosida
Nukleotida memiliki tiga karakteristik komponen yaitu basa nitrogen heterosiklik, gula pentosa dan gugus fosfat. Molekul nukleotida yang gugus fosfatnya mengalami hidrolisis dinamakan dengan nukleosida. Basa dan gula pentosa penyusun nukleotida merupakan bentuk senyawa heterosiklik. Struktur nukleotida dan nukleosida dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 3. Struktur (a) Nukleotida (b) Nukleosida
Basa nitrogen heterosiklik yang menyusun nukleotida yaitu purin dan pirimidin. Ada empat basa nitrogen yang merupakan unit pembentuk DNA yaitu adenin (A), guanin (G), sitosin (C) dan timin (T). Sedangkan pembentuk RNA yaitu adenin (A), guanin (G), sitosin (C) dan urasil (U). Adenin dan guanin merupakan basa nitrogen jenis purin sedangkan sitosin, timin dan urasil adalah derivat pirimidin.
Gambar 4. Struktur purin dan Pirimidin
Gambar 5. Basa Nitrogen Penyusun DNA dan RNA
Gula pentosa penyusun nukleotida memiliki bentuk furanosa. Dalam nukleotida penomoran atom karbon pada gula pentosa menggunakan tanda prime (‘). Gula pentosa penyusun asam nukleat yaitu 2-deoxy-D-ribosa dan D- ribosa. Basa nitrogen heterosiklik terikat secara kovalen dengan pentosa dalam ikatan N-β-glikosil. Ikatan N-β-glikosil terjadi antara karbon 1’ pada pentosa dengan nitrogen nomor 1 pada pirimidin dan nitrogen nomor 9 pada purin. Gugus fosfat terikat pada karbon 5’ gula pentosa melalui mekanisme esterifikasi sehingga dinamakan ikatan fosfoester.
Gambar 6. Struktur Gula Pentosa
Ribonukleosida dan deoksinukleosida dalam sel tidak hanya berbentuk 5’-monofosfat tetapi juga dapat berbentuk 5’-difosfat dan 5’-trifosfat.
Nukleosida 5’-difosfat dan 5’-trifosfat (NDP dan NTP) merupakan asam kuat yang terdisosiasi dengan tiga dan empat proton dari kondensasi gugus fosforik. Oleh karena itu, NDP dan NTP dapat membentuk kompleks divalen dengan Mg2+ dan Ca2+. Dalam sitoplasma, NDP dan NTP ditemukan dalam bentuk kompleks Mg2+. Gugus fosforik dapat mengalami hidrolisis dengan bantuan enzim membentuk molekul fosfat anorganik. ATP adalah salah satu contoh NTP yang memiliki gugus fosfat dan pirofosfat serta berperan pada transfer energi kimia pada reaksi enzimatik. ATP bisa mengalami defosforilasi menjadi ADP, sebaliknya ADP dapat mengalami refosforilasi menjadi ATP pada proses respirasi. Selain sisten ATP-ADP, transfer gugus fosfat pada sel dapat melibatkan GTP, UTP dan CTP. Akan tetapi, sistem GTP, UTP dan CTP hanya berlangsung pada bagian biosintesis spesifik
DNA
Organisme menterjemahkan informasi spesifik berupa jenis asam amino yang akan menyusun protein dari nukleotida yang menyusun DNA.
Kode pada DNA terdiri dari banyak kombinasi 4jenis basa nitrogen pada nukleotida. Informasi yang diterjemahkan dari DNA akan digunakan pada setiap metabolisme pada organisme. Rantai tunggal DNA selalu memiliki gugus 5’ fosfat bebas pada satu ujung dan gugus 3’ hidroksil pada ujung lainnya. Molekul DNA pada organisme berupa dua rantai doble heliks. Jika suatu rantai DNA memiliki kode GTCCAT maka susunannya adalah 5’
pGpTpCpCpApT – OH 3’. Aturan Chargaff menyatakan bahwa proporsi A selalu sama dengan T dan proporsi G selalu sama dengan C (A=T dan G=C) sehingga proporsi purin sama dengan pirimidin. Rosalind Franklin membuat
struktur tiga dimensi berdasarkan studi X-ray Diffraction yang kemudian diperbaiki oleh James Watson dan Francis Crick. Double heliks terjadi karena adanya ikatan dua basa nitrogen yang ada pada dua rantai membentuk pasangan basa. Molekul dupleks DNA terdiri dari rantai paralel dan antiparalel dimana satu rantai 3’ ke 5’ dan rantai lainnya 5’ ke 3’. Pasangan basa membentuk ikatan planar yang menghasilkan interaksi hidrofobik yang menstabilkan molekul. Model DNA Watson and Crick menyatakan bahwa adenin membentuk dua ikatan hidrogen dengan timin dan guanin membentuk tiga ikatan hidrogen dengan sitosin.
Gambar 7. Model DNA (a) Rosalind Franklin (b) Watson and Crick
Gambar 8. Ikatan Hidrogen pada Pasangan Basa
RNA
RNA memiliki struktur yang mirip dengan DNA tetapi memiliki dua perbedaan. Pertama, molekul RNA mengandung gula ribosa dimana karbon nomor 2 berikatan dengan gugus hidroksil, sedangkan pada struktur DNA gugus hidroksil tersebut diganti dengan atom hidrogen. Kedua, molekul RNA mengandung basa nitrogen urasil sedangkan DNA mengandung timin. Jika struktur tiga dimensi DNA adalah double heliks, maka struktur RNA adalah rantai tunggal. RNA dapat dihidrolisis oleh alkali menjadi 2’,3’ diester siklik mononukleotida.
Gambar 10. (a)Struktur Double Heliks DNA (b) Struktur Rantai Tunggal DNA
Molekul RNA pada sitoplasma yang menjadi template sintesis protein dinamakan dengan messenger RNA (mRNA). Molekul ribosomal RNA (rRNA) berkontribusi pada formasi dan fungsi ribosom sedangkan transfer RNA (tRNA) melakukan translasi informasi RNA menjadi polimer asam amino. RNA juga memiliki struktur sekunder dimana antar basa nitrogen penyusunnya memiliki ikatan hidrogen.
Gamar 11. (a) Struktur sekunder RNA (b) Struktur tRNA
Latihan
1. Sebutkan penggolongan protein berdasarkan kelarutannya ! 2. Jelaskan perbedaan struktur nukleotida dan nukleosida !
Kunci Jawaban
1. Penggolongan protein berdasarkan kelarutannya
a. Albumin: Larut dalam air dan larutan garam. Tidak mempunyai asam amino khusus, misalnya albumin telur dan albumin serum.
b. Globulin: Sedikit larut dalam air tetapi larut dalam larutan garam. Tidak mempunyai asam amino Khususmisalnya, Glutenin (gandum), orizenin (padi).
c. Prolamin: Larut dalam 70 –80 % etanol tetapi tidak larut dlm air dan etanol absolut. Kaya akan arginin, misalnya Gliadin/gandum, zein/jagung.
d. Histon: Larut dalam larutan garam, tidak larut air.Bersifat basa, cenderung berikatan dengan asam nukleat di dalamsel. Globin bereaksi dengan heme (senyawa asam menjadi hemoglobin).
Misalnya globulin serum dan globulin telur.
e. Skleroprotein:Tidak larut dalam air atau larutan garam. Kaya akan glisine, alanine dan pro.
f. Protamin: Larut dalam air dan tidak terkoagulasi oleh panas.Contoh Salmin dalam ikan salmon.
2. Perbedaan nukelotida dan nukleosida
Gambar (a) struktur nukelotida dan (b) struktur nukleosida
F. Daftar Pustaka
1. Campbell. 1999. Biologi. Erlangga: Jakarta
2. Siregar, N. S. (2014). Karbohidrat. Jurnal Ilmu Keolahragaan, 13(02), 38-44.
3. Katili, A. S. (2009). Struktur dan fungsi protein kolagen. Jurnal Pelangi Ilmu, 2(5).
4. Mamuaja Christine F. 2017. Lipida. Unsrat Press : Manado
