Ruang lingkup biokimia

Nyi Mekar Saptarini, M.Si., Apt.

Kontribusi biokimia pada perkembangan ilmu

biologi modern

• Ilmu biologi telah mengalami perkembangan yang revolusioner, danbiokimia adalah jantung dari perkembangan ini.

• Ilustrasi:– Gertrude Elion dan Goerge Hitchings dari USA memperoleh hadiah Nobel di

tahun 1988 dibidang Kedokteran dan fisiologi kerena penemuan senyawaanalog asam nukleat untuk obat leukemia.analog asam nukleat untuk obat leukemia.

– James Black mendapat hadiah Nobel di tahun 1988 dibidang yang sama untukpenemuan obat yang dapat mengurangi resiko serangan jantung.

• Penemuan di atas dapat dilakukan setelah adanya akumulasi pengetahuanbiokimia tentang struktur dan fungsi protein, sintesis asam nukleat, vitamin dan koenzim, mekanisme kerja enzim, reseptor dan pengendalianmetabolisme dan biokimia komparatif.

Manfaat biokimia dlm desain obat

Obat

leukemia

Obat HIV

Obat

asma

What is Biochemistry ?

• Biokimia adalah ilmu yang mempelajari struktur, organisasi, dan fungsi materi hidup pada tingkat molekul.

• Biokimiawan mempertanyakan:– Bagaimana struktur kimia dari materi hidup?

– Bagaimana interaksi dari materi hidup sehingga dapat membentuk supramolekul, sel, jaringan multisel dan organisma?supramolekul, sel, jaringan multisel dan organisma?

– Bagaimana materi hidup dapat mengambil energi dari lingkungan?

– Bagaimana organisma dapat menyimpan dan meneruskan informasi yang diperlukan untuk pertumbuhan dan reproduksi?

– Perubahan kimia apa yang menyertai reproduksi, penuaan, kematian sel atau organisma?

– Bagaimana reaksi kimia dikendalikan di dalam sel?

Pembagian kajian biokimia

Struktur &

Fungsi Biomolekul

MetabolismeInformasi

Genetika

Sejarah

biokimia

Percobaan Wohler (1828)

+NH4NCO-

H2N C

O

NH2

Amonium

sianatUrea

Biokimia sebagai interdisiplin ilmu

Kimia organik

Kedokteran

Nutrisi

Biokimia Mikrobiologi

Fisiologi

Biologi sel

Biofisik

Genetik

Biokimia sebagai disiplin ilmu mandiri

• Biokimia membatasi kajian pada:

– Struktur biomolekul dan reaksi yang dijalaninya.

– Enzim dan mekanisme biokatalisis.

– Elusidasi jalur metabolisme dan pengendaliannya.– Elusidasi jalur metabolisme dan pengendaliannya.

– Prinsip dari proses-proses kehidupan yang dapat

difahami melalui hukum-hukum kimia.

Biokimia sebagai ilmu kimia

• Untuk memahami peran biokimia pada biologi, maka diperlukan pemahaman mengenai:

�Unsur-unsur kimia penyusun biomolekul,

�Struktur dan fungsi dari ratusan senyawa �Struktur dan fungsi dari ratusan senyawa biomolekul,

�Peran biomolekul dalam reaksi metabolisme termasuk stoikiometri dan mekanisme reaksinya.

Unsur-unsur kimia penyusun materi hidup

Biomolekul adalah senyawa karbon

Keunikan atom karbon

Keunikan atom karbon

Keunikan atom karbon

Senyawa organik memiliki bentuk dan

dimensi spesifik

Tidak ada unsur lain

selain dari karbon yang

dapat membentuk

molekul dengan berbagai molekul dengan berbagai

variasi bentuk dan gugus

fungsi.

Gugus fungsi menentukan sifat kimia

Biomolekul merupakan senyawa polifungsi

Struktur tiga dimensi

Sebagian besar biomolekul adalah asimetrik

Stereokimia

Interaksi antara biomolekul bersifat

stereospesifik

Interaksi enzim substrat adalah stereospesifik

Lima transformasi kimia yang berlangsung di

dalam sel

• Transfer gugus fungsi

• Oksidasi-reduksi

• Penataan ulang

• Pemotongan• Pemotongan

• Kondensasi

Transfer gugus fungsi

Oksidasi-reduksi

Penataan ulang

Pemotongan

Kondensasi

Makromolekul dan monomernya

Makromolekul terdiri dari monomer

Monomer memiliki struktur yang sederhana

Multifungsi monomer makromolekul

Organisasi molekul di dalam sel

Biokimia sebagai ilmu biologi

• Ciri fundamental yang membedakan materi

hidup dan tak hidup:

�Adanya proses pembaruan

�Dapat mengambil energi dari lingkungan�Dapat mengambil energi dari lingkungan

�Dapat melakukan replikasi

Biokimia sebagai ilmu biologi

• Sel: satuan organisasi biologi.

• Variasi ukuran sel:– Sel bakteri: 1–2 µm

– Organisma tingkat tinggi: 5-20 µm

– Sel syaraf: 1 m.– Sel syaraf: 1 m.

• Ukuran sel tidak mencerminkan ukuran organisma.– Gajah dan serangga memiliki ukuran sel yang kira-kira sama, tetapi

gajah memiliki jumlah sel lebih banyak.

• Keseragaman ukuran sel lebih dipertahankan untuk menjaga rasio luas permukaan/volume yang sangat bergantung pada ukuran sel.

Bagaimana luas permukaan/volume

bergantung pada ukuran?Kompleksnya proses kimia di

dalam sel dan besarnya

ukuran molekul yang

berpartisipasi dalam proses

tersebut menyebabkan

diperlukannya volume yang

cukup besar.

Tetapi… sel harus efektif

dalam berkomunikasi dengan

lingkungannya, sehingga

memerlukan luas permukaan

yang cukup besar.

Terlalu besar ukuran sel, maka

luas permukaan yang tersedia

tidak cukup untuk

mempertukarkan zat dengan

lingkungan.

Pembagian organisma berdasarkan struktur

sel

Sel hewan dan tanaman

• Sel hewan dikelilingi oleh membran plasma tunggal,

sedangkan sel tanaman memiliki lapisan tambahan

diluar membran, yaitu dinding sel selulosa.

• Sel hewan memiliki lisosom sebagai pusat

pencernaan/metabolisme, sedangkan sel tanaman

memiliki kloroplast sebagai tempat berlangsungnya

fotosintesis dan peroksisom yang membantu

metabolisme.

Struktur sel hewan

Struktur sel tanaman