kimiawi kehidupan

1

KIMIAWI KEHIDUPAN

KASIYATILAB. BIOLOGI STRUKTUR DAN FUNGSI HEWAN

2

Elemen Esensial Tubuh

• Atom dan molekul merupakan unit kimiawi struktural dan fungsional sel (tumbuhan, hewan, dan manusia).

• Atom karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dll disebut sebagai elemen kimiawi tubuh.

• Terdapat 108 elemen kimiawi, 24 sebagai elemen kimiawi esensial bagi struktur dan fungsi tubuh hewan/manusia, 4 elemen terbesar, yaitu karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen menyusun 90% atom-atom tubuh.

3

Elemen esensial dalam tubuh

Elemen SimbolElemen makro: 99,3% total atom

Hidrogen H (63%)Oksigen O (20%)Karbon C (9%)Nitrogen N (1%)

Elemen mineral: 0,7% total atom

Kalsium CaFosfor PPotasium KSulfur SSodium NaKlorin ClMagnesium Mg

Trace elemen: kurang dari 0,01% total atom

Besi (Fe) Selenium (Se)

Yodium (I) Molybdenum (Mo)

Tembaga (Cu) Fluorin (F)

Seng (Zn) Silikon (Si)

Mangan (Mn) Vanadium (V)

Kobalt (Co) Plumbum (Pb)

Kromium (Cr) Tin (Stannum): Sn

4

• Dua atau lebih atom berikatan membentuk molekul.– Satu molekul air: 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen→

H2O– Satu molekul glukosa: C6H12O6

• Sebagian besar bahan kimiawi penyusun organisme hidup didasarkan pada unsur karbon.

• Materi kehidupan terutama terdiri atas karbon, oksigen, hidrogen, dan nitrogen dengan sejumlah kecil sulfur dan fosfor.

• Karbohidrat, lipid, protein, asam nukleat, serta molekul lain tersusun atas atom karbon yang berikatan dengan atom karbon lain ataupun dengan unsur lain.

• Senyawa yang mengandung karbon disebut senyawa organik.

5

• Seluruh materi/unsur kehidupan memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan kovalen yang kuat yang merupakan dasar terbentuknya molekul organik kompleks.

• Molekul seluler yang berukuran sangat besar disebut makromolekul, terdiri atas ribuan atom.

• Makromolekul dibentuk dari ikatan kovalen ratusan/ribuan molekul kecil (subunit) dikenal sebagai polimer.

6

• Unit-unit yang disusun berulang serta berfungsi sebagai blok penyusun suatu polimer adalah molekul kecil yang disebut monomer.

• Struktur makromolekul polimer bergantung pada struktur subunit dan jumlah subunit yang tergulung di dalamnya.

• Masing-masing sel hidup memiliki ribuan jenis makromolekul yang berbeda dan sebagian besar merupakan molekul organik yang berperan sebagai penyusun tubuh, yaitu karbohidrat, lemak, protein, asam nukleat, dan air.

7

MOLEKUL ORGANIK UTAMA DI DALAM TUBUH

Kategori Persentase dari bobot

tubuh

Atom Utama Subkelas Subunit

Karbohidrat 1 C, H, O Monosakarida (gula)

Polisakarida Monosakarida

Lipid 15 C, H Trigliserida

Fosfolipid

Steroid

3 asam lemak + 1 gliserol

2 asam lemak + gliserol + fosfat + molekul nitrogen

Protein 17 C, H, O, N Asam amino

Asam nukleat

2 C, H, O, N DNA

RNA

Nukleotida: basa adenin,sitosin, guanin, timin, dan gula deoksiribosa

Nukleotida: nbasa adenin, sitosin, guanin, urasil, dan gula ribosa

8

KARBOHIDRAT• Pusat dari reaksi penghasil energi• Meliputi gula dan polimernya sehingga berasa

manis.• Karbohidrat sederhana: monosakarida/gula

tunggal/gula sederhana → glukosa, merupakan nutrien utama sel; sebagai bahan bakar utama kerja seluler; kerangka karbonnya juga berfungsi sebagai bahan baku untuk sintesis molekul organik kecil lainnya, yaitu asam amino dan asam lemak. – Molekul glukosa yang tidak segera digunakan

umumnya disimpan sebagai monomer yang bergabung membentuk disakarida atau polisakarida.

9

GLIKOLISIS DALAM SITOPLASMA

10

• Disakarida terdiri atas dua monosakarida yang dihubungan oleh suatu ikatan glikosidik (ikatan kovalen dari dua molekul monosakarida).– Glukosa + glukosa: Maltosa (bahan pembuat

bir)– Glukosa + galaktosa: Laktosa (gula dalam

susu)– Glukosa + fruktosa: Sukrosa (gula yang paling

banyak di alam dan sehari-hari dikonsumsi)

11

• Polisakarida: makromolekul, polimer dengan beberapa ribu monosakarida yang dihubungkan dengan ikatan glikosidik.

• Berfungsi sebagai 1) materi simpanan yang nantinya ketika diperlukan akan dihidrolisis untuk menyediakan gula bagi sel, 2) materi pembangun atau penyusun struktur yang melindungi sel/seluruh organisme.

12

• Polisakarida simpanan:– Pati, polisakarida pada tumbuhan yang

disimpan sebagai granula di dalam plastid, kloroplas.

– Glikogen, polisakarida pada hewan disimpan dalam sel hati dan sel otot.

• Polisakarida struktural:– Selulosa: komponen utama dinding sel

tumbuhan.– Khitin: eksoskeleton artropoda.– Penyusun asam nukleat (DNA/RNA): gula

ribosa

13

P

P

Glukosa Darah Glukosa

Glukosa-1-P

Glukosa-6-P

Glikogen

Glikogen Fosforilase

Fosfoglukomutase

Glukosa-6-

Fosfatase

Hati

Pemecahan Glikogen di ER Hati

14

LIPID• Molekul hidrofobik/nonpolar.• Tidak dikategorikan sebagai polimer meskipun

berukuran besar. Lipid berukuran lebih kecil dari makromolekul, memiliki gugus yang beragam dalam bentuk dan fungsi.

• Senyawa yang tergolong lipid dikelompokkan bersama karena memiliki satu ciri penting: afinitasnya terhadap air sedikit sekali atau bahkan tidak ada.

• Perilaku hidrofobik didasarkan pada struktur molekulnya yang sebagian besar penyusunnya adalah hidrokarbon.

• Golongan lipid utama di dalam tubuh: lemak (trigliserida/triasilgliserol), fosfolipid, dan steroid.

15

Lemak (Trigliserida/Triasilgliserol)• Terbentuk dari molekul yang lebih kecil melalui

reaksi dehidrasi: 3 asam lemak dan 1 gliserol.• Asam lemak merupakan kerangka karbon yang

panjang,umumnya terdiri atas 16-18 atom karbon. – Struktur asam lemak: kepala hidrofilik; ekor

hidrofobik/nonpolar (ikatan C-H).– Lemak terpisah dari air karena molekul air

membentuk ikatan hidrogen satu dan lainnya yang menyingkirkan lemak

• Gliserol: sejenis alkohol yang memiliki tiga karbon yang masing-masing mengandung sebuah gugus hidroksil.

16

• Asam lemak Jenuh dan tak jenuh– Asam lemak jenuh: tidak ada ikatan ganda

antara atom-atom karbon yang menyusun ekor; berbentuk padat pada suhu ruang; terdapat pada hewan (lemak babi, mentega).

– Asam lemak tak jenuh: satu atau lebih ikatan ganda yang terbentuk melalui pengeluaran atom hidrogen dari kerangka karbon; berbentuk cair pada suhu ruang; lemak pada tumbuhan dan ikan (minyak jagung, minyak hati ikan kod).

17

Fungsi Lemak : cadangan energi

• Hewan harus membawa cadangan energi bersamaya kemanapun perginya → lebih menguntungkan.

• Manusia dan mamalia lain menumpuk cadangan makanan dalam jangka panjang pada sel-sel lemak (adiposa).– Jaringan adiposa juga berperan sebagai bantalan

bagi organ vital (ginjal, jantung); – Lapisan lemak di bawah kulit sebagai insulator tubuh– Lapisan lemak tebal dijumpai pada mamalia laut:

anjing laut, paus.

18

Fosfolipid• Mirip dengan lemak,tetapi hanya memiliki

dua asam lemak.• Komponen utama membran sel → lipid

bilayer.– Bilayer fosfolipid akan membentuk suatu

perbatasan antara sel dan lingkungan eksternalnya. Kepala hidrofilik berada pada bagian luar bilayer berhubungan langsung dengan larutan aqueous di bagian dalam dan luar sel. Ekor hidrofobik mengarah ke bagian dalam membran sel menjauhi air.

19

Lipid sebagai komponen membran sel

20

21

FUNGSI LIPID MEMBRAN SEL

• LIPID MEMBRAN TERUTAMA BERFUNGSI SEBAGAI PEMBATAS DAN PERLINDUNGAN SEL TERHADAP PERGERAKAN MOLEKUL SEHINGGA SEMUA MOLEKUL TIDAK BEBAS KELUAR MASUK SEL.

• LIPID JUGA BERFUNGSI SEBAGAI SUBSTRAT UNTUK BEBERAPA REAKSI ENZIMATIS.

22

Permeabilitas membran terhadap molekul-molekul

23

Steroid

• Lipid dengan kerangka karbon terdiri atas empat cincin yang menyatu.

• Steroid penting dalam tubuh: kolesterol, merupakan komponen utama membran sel hewan dan prekursor steroid lain untuk disintesis termasuk hormon seks pada vertebrata.

• Kolesterol dalam konsentrasi tinggi pada darah mneyebabkan arterosklerosis.

24

PROTEIN • 50% dari bobot kering sel. • Fungsi: dukungan struktural, penyimpanan,

transpor substansi lain, reseptor,pergerakan, dan pertahanan melewan substansi asing.

• Polimer asam amino: polipeptida• Satu protein tersusun oleh satu atau lebih

polipeptida yang saling terlipat/terbelit membentuk kesesuain yang spesifik.

• Semua protein merupakan polimer yang dibangun dari kumpulan 20 asam amino yang sama.

25

Gambaran Umum Fungsi Protein

JENIS PROTEIN FUNGSI CONTOH

Protein struktural Pendukung Serangga dan laba-laba menggunakan serat sutera untuk membentuk kokon dan sarangnya; kolagen dan elastin sebagai struktur serat dalam jaringan ikat seperti tendon dan ligamen; keratin adalah protein rambut,tanduk, bulu, dan modifikasi lain pada kulit.

Protein simpanan/cadangan

Cadangan asam amino

Ovalbumin adalah protein putih telur, yang digunakan sebagai sumber asam amino bagi embrio yang sedang berkembang. Kasein: protein susu merupakan sumber utama asam amino untuk bayi mamalia.

26

JENIS PROTEIN FUNGSI CONTOH

Protein transpor Mengangkut substansi lain

Hemoglobin, protein yang mengandung besi dalam darah vertebrata, mengangkut oksigen dari paru-paru ke bagian tubuh lainnya. Protein transpor lainnya mengangkut molekul melewati membran sel.

Protein hormonal Koordinasi aktivitas organisme

Insulin, hormon yang disekresi oleh pankreas membentu mngetur konsentrasi gula dalam darah vertebrata.

Protein reseptor Respons sel terhadap rangsangan kimiawi

Reseptor pada membran sel saraf akan mendeteksi sinyal kimiawi yang dilepaskan oleh sel saraf lainnya.

27Protein pengangkut: carrier protein

28

JENIS PROTEIN FUNGSI CONTOH

Protein kontraktil Pergerakan Aktin dan miosin bertanggung jawab atas pergerakan otot. Protein kontraktil juga bertanggung jawab pada pergerakan silia dan flagela yang menggerakkan banyak sel.

Protein pertahanan

Perlindungan terhadap organisme asing/penyakit

Antibodi akan menyerang bakteri dan virus.

Protein enzimatik Percepatan reaksi kimia secara selektif

Enzim pencernaan menghidrolisis polimer dalam makanan.

29

PROTEIN KONTRAKTIL: KONTRAKSI OTOT

30

31

32

ASAM NUKLEAT

• Asam nukleat dibedakan menjadi dua, yaitu:– asam deoksiribonuklat (ADN/DNA(deoxyribonucleic

acid))– asam ribonukleat (ARN/RNA(ribonucleic acid)).

• Asam nukleat adalah molekul yang membuat organisme hidup dapat memproduksi komponen kompleksnya dari satu generasi ke generasi berikutnya.

• DNA merupakan molekul unik yang dapat mengarahkan replikasinya sendiri, DNA juga mengarahkan sintesis RNA, dan mengontrol sintesis protein melalui RNA.

33

DNA• Membawa keterangan genetik dari

satu generasi ke generasi berikutnya

• Semua organisme memiliki DNA kecuali virus.

• DNA terbesar terdapat di dalam nukleus, terutama kromosom. Molekul DNA juga ditemukan pada mitokondria dan sentriol.

• Jumlah DNA konstan dari sel ke sel dan dari spesies ke spesies.

• Fungsi DNA: – Membawa informasi genetik– Mutasi– Replikasi – Ekspresi gen

34

Susunan kimiawi DNA DNA merupakan makromolekul kompleks yang

terdiri atas 3 macam molekul, yaitu:1. Gula pentosa, disebut deoksiribosa2. Asam fosfat3. Basa nitrogen, yang dibedakan menjadi dua

tipe:• Pirimidin: sitosin (C) dan timin (T)• Purin: adenin (A) dan guanin (G)

basa nitrogen dan deoksiribosa membentuk deoksiribonukleosida (nukleosida).

deoksiribonukleosida dan asam fosfat membentuk deoksiribonukleotida (nukleotida).

DNA merupakan molekul panjang nukleotida, yang disebut polinukleotida.

35

36

37

Model struktur DNA

• Molekul DNA menurut Watson dan Crick berbentuk dua pita spiral yang saling berpilin (double helix).

• Di bagian luar terdapat deretan gula fosfat, yang membentuk tulang punggung double helix. Di bagian dalam dari double helix terdapat basa purin dan pirimidin.

• Dua polinukleotida yang berhadapan, yaitu antara pasangan purin dan pirimidin dihubungkan oleh ikatan hidrogen.

• Pasangan basa purin dan pirimidin adalah:– Sitosin berpasangan dengan guanin (S/C-G)– Adenin berpasangan dengan timin (A-T)

38

39

RNA• Merupakan suatu polimer asam nukleotida yang

disusun oleh empat ribonukleotida. • Terdapat pada organisme eukaryotik dan

prokaryotik.• Virus memiliki RNA sebagai molekul genetik. • RNA dibedakan menjadi dua macam:

– RNA genetik: membawa molekul genetik seperti yang dimiliki DNA.

– RNA nongenetik: tidak berperan membawa molekul genetik, karena di dalam sel tersebut ada DNA sebagai pembawa molekul genetik.

40

Susunan Kimiawi RNA

• Setiap ribonukleotida yang menyusun RNA terdiri atas gula pentosa, molekul gugus fosfat, dan basa nitrogen.

• Basa nitrogen:• Pirimidin: sitosin (S/C) dan urasil (U)• Purin: adenin (A) dan guanin (G)

41

Struktur RNA

42

RNA nongenetik

• Berdasarkan tempat terdapatnya serta fungsinya dapat dibedakan tiga macam RNA, yaitu:– messenger RNA (mRNA atau RNAd/RNA duta),

terdapat di dalam nukleus, dibuat oleh DNA melalui proses transkripsi, membawa kode genetik ke sitoplasma untuk mengatur sintesis protein. Terdapat tiga basa yang disebut kodon.

– transfer RNA (tRNA), berperan mengikat asam amino dalam sitoplasma yang telah diaktifkan ke ribosom untuk dipakai dalam pemasangan molekul protein, memiliki tiga basa yang disebut antikodon, yang nantinya berpasangan dengan kodon pada mRNA.

– ribosom RNA (rRNA), terdapat di dalam ribosom, meskipun dibuat di dalam nukleus. Berperan penting dalam sintesis protein yang sesungguhnya.

43

44

45

Aliran informasi genetik

46