Untuk Mahasiswa TPB 2012

Kimia Biologis

Bahan Kimia dalam Tubuh Kita

Makanan:•Karbohidrat•Lipid•Protein•Asam nukleat

Molekul-molekul penyusun

Makromolekul sel•Karbohidrat•Lipid•Protein•Asam nukleat

Hasil samping•Karbon dioksida•Air•Amonia

Panas tubuh

Pergerakan

Impuls syaraf

O2

Energi Kimia

Katabolisme: Pencernaan dan hidrolisis

Vitamin dan

mineral Anabolisme

Vitamin dan

mineral

Katabolisme: Respirasi seluler

ATP

ATP

Nutrisi adalah bahan penyusun tubuhMakanan yang masuk diabsorbsi

oleh tubuhDigunakan untuk menghasilkan

energi atau mangganti sel/molekul yang tua/rusak

Tidak ada molekul pada makhluk hidup yang permanen; mengalami regenerasi secara berkala

Tubuh yang anda miliki sekarang tidak sama dengan 7 tahun lalu

Model molekular dalam organisme ditentukan oleh kode genetik

Identical twins memiliki kode genetik yang identik

SEL

Sel merupakan bagian terkecil organisme yang memiliki peran sangat penting

Ukuran sel sangat kecil:◦Prokariot : 1 – 10 um◦Eukariot : 10 – 100 um

Sel Eukariot terdiri atas 2 jenis:◦Sel hewan◦Sel tumbuhan

Bagian- bagian sel

Membran sel : Pembatas selNukleus (inti sel) : pusat kegiatan sel,

mengandung kode genetikSitoplasma : segala sesuatu yang terdapat

di antara membran sel dan inti sel◦ Organel (benda mikrostruktur yang terlarut dalam

cairan sel)◦ Sitosol (cairan sel)

Biomolekul penyusun sel :◦ Karbohidrat - Asam nukleat◦ Lipid - Vitamin dan mineral◦ Protein

Membran

plasmaNukle

us

OrganelSel

hewan

Organel

Membran

plasmaNukleus

Dinding sel

Sel tumbuh

anSEL

Karbohidrat

Lipid ProteinAsam

nukleat

Manusia dan Hewan

Tumbuhan

KARBOHIDRATStruktur dasar : (CH2O)n

Gugus aldehid atau keton Terdapat dalam bentuk D dan LFungsi : Sumber energi (4 kkal/gram) Bagian dari RNA dan DNA Bagian dari struktur pembangun tubuh Karbohidrat sederhana : Monosakarida : glukosa, fruktosa, galaktosa Disakarida : maltosa, sukrosa, laktosaKarbohidrat kompleks Oligosakarida Polisakarida : pati, glikogen, selulosa

Terdiri atas satu gulaMemiliki struktur siklik atau

cincin

GlukosaGlukosa GalaktosaGalaktosa FruktosaFruktosa

Karbohidrat: Monosakarida

Disakarida :Dua monosakarida

bergabungDihubungkan oleh ikatan

glikosidik

Glukosa

Glukosa

Maltosa

α-1,4-glikosidikβ-1,4-

glikosidik

Susu : Laktosa (disakarida; glukosa-galaktosa)

Laktosa

Glukosa Galaktosa

Gula pasir : Sukrosa (disakarida; glukosa-fruktosa)

Sukrosa

Glukosa Fruktosa

Karbohidrat: Disakarida

Pati :Bahan makanan

cadangan pada tumbuhan

Tersusun atas amilosa (10 -20%) dan amilopektin (80 - 90%)

Sumber : kentang, padi, roti, dll AmilosaAmilosa Amilopekti

nAmilopekti

nHanya α-1,4-

glikosidik Hanya α-1,4-

glikosidik α-1,4 dan α-1,6-

glikosidik α-1,4 dan α-1,6-

glikosidik

Karbohidrat: Polisakarida

Monomer glukosa

Granul-granul

pati pada kentang

Glikogen :Bahan makanan cadangan pada manusia dan

hewanTerdapat di hati dan ototStruktur menyerupai amilopektin Banyak titik percabangan (setiap 8 -12 unit)1700 – 600.000 monomer glukosa

Karbohidrat: Polisakarida

Serat selulosa

pada daun

Ikatan hidrogen

Molekul

selulosa

ikatan β-1,4-glikosidik

Serat :Polisakarida yang tidak

dapat dicerna oleh manusia

Dapat dipecah oleh bakteri selulase menghasilkan glukosa

Contoh : selulosa

N-asetilglukosaminN-asetilglukosamin

(b)

(a) Asam hialuronat : poli-sakarida (pelumas persendian)

Asam glukoronatAsam glukoronatN-asetilglukosaminN-asetilglukosamin

(a)

(b) Kitin : polisakarida (cangkang kepiting/udang)

Rayap dan hewan herbifora tidak mencerna selulosa oleh dirinya sendiri

Dibantu oleh organisme yang hidup di dalam saluran pencernaannya

Trychonimpha adalah bakteri digesting-cellulose yang terdapat di dalam saluran pencernaan rayap

Trychonympha

LIPID

Senyawa yang larut dalam pelarut organik dan tidak larut dalam pelarut polar (air)

Triasilgleserol (lemak dan minyak), fosfolipid, wax (lilin), spingolipid, steroid, dan eikosanoat

Ada 3 jenis lipid yang terdapat di dalam sel Triasilgliserol : tempat penyimpanan lipid,

sumber energi (9 kkal/gram) Fosfolipid : menyusun membran selSteroid : hormon, penyusun membran sel,

prekursor asam empedu

Triasilgliserol (trigliserida) Satu gliserol dihubungkan

dengan 3 asam lemak Gliserol dan asam lemak

diikat dengan ikatan esterLemak (padat), minyak (cair)

LIPID

asam lemak memiliki ikatan rangkap antara C

= C

asam lemak memiliki ikatan rangkap antara C

= CLemak tak jenuhLemak tak jenuh

Lemak jenuh : asam lemak tidak memiliki

ikatan rangkap antara C = C

Lemak jenuh : asam lemak tidak memiliki

ikatan rangkap antara C = C

Derajat ketidakjenuhan beberapa jenis lemak

Lemak % lemak jenuh

% lemak monounsaturated

% lemak poliunsaturated

Kelapa 93 6 1

Kelapa sawit 57 36 7

Lemak hewan 44 46 10

Biji kapas 26 22 52

Kacang tanah 21 49 30

Minyak zaitun 15 73 12

Minyak jagung 14 29 57

Minyak Kedelai 14 29 62

Biji bunga matahari

11 19 70

Safflower 10 14 76

Kanola 6 58 36

Fosfolipid : Gliserol mengikat 1 gugus fosfat

dan 2 asam lemak Ikut menyusun membran sel

(lipid bilayer)

Pada bakteri arkea, gliserol mengikat satu gugus fosfat dan 2 gugus isoprena

Lipid bilayerLipid bilayer

Steroid :Lipid yang strukturnya memiliki 4

cincinKolesterol merupakan komponen

penting dalam struktur membran selPrekursor hormon : kortisol, estradiol,

progesteron, testosteron

KolesterolKolesterol

KortisolKortisol TestosteronTestosteron ProgesteronProgesteron EstradiolEstradiol

http://chem.fmipa.ipb.ac.id

Dept. Kimia FMIPA IPB

Biopolimer polipeptida, tersusun dari sejumlah asam amino

yang dihubungkan dengan ikatan peptida.

Protein struktural pada sel, jaringan, atau organ Enzim (biokatalis) Pembawa zat melalui membran sel: protein transpor Zat pengatur: hormon, antibodi

R CH

NH2

CO

OH

asam amino (R = rantai samping)

–COOH = asam

–NH2 = basa

AMFOTER

H

COOH

R

NH2 H2N

COOH

R

H

dekstro (D) levo (L)(asam amino alami)

Protein

20 jenis asam amino

Ikatan peptida

Protein

20 jenis asam amino

20 jenis asam amino

Fungsi Protein:Struktur : rambut, kuku, kulit, tulangTransport : hemoglobinKontraktil : ototHormon : hormon pertumbuhan, insulinEnzim : amilase, lipase, proteasePertahanan tubuh : imunoglibulinPenyimpanan : susu

Protein

Primer Sekunder Tersier Kuartener

Primer : struktur utama, terdapat ikatan peptida yang menghubungkan asam amino

Sekunder : polipeptida yang membentuk struktur α-heliks atau β-sheet

Tersier : Satu rantai polipeptida yang distabilkan oleh ikatan-ikatan lainnya (hidrogen, interaksi hidrofobik, jembatan garam) membentuk struktur 3 dimensinya

Kuartener : beberapa rantai polipeptida bergabung membentuk protein yang fungsional

Struktur Protein

Interaksi yang terdapat dalam protein

Hidrofili

kHidrofobik

Ikatan hidroge

n

Ikatan hidroge

n

Ikatan ionik

Ikatan disulfi

da

Interaksi

hidrofobik

ASAM NUKLEAT

Polimer nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester

Nukleotida adalah biomolekul yang tersusun atas gula ribosa, basa nitrogen, dan fosfat

Asam nukleat terdiri dari DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid)

http://chem.fmipa.ipb.ac.id

Dept. Kimia FMIPA IPB

Biopolimer polinukleotida, tersusun dari sejumlah monomer

nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.

Nukleotida = nukleosida + gugus fosfat

Nukleosida = basa nitrogen + gula

purina: adenina (A), guanina (G)

pirimidina: sitosina (C), urasil (U) RNA,timina (T) DNA

basa nitrogen

D-ribosa RNA

D-2-deoksiribosa DNA

gula

Asam Nukleat

http://chem.fmipa.ipb.ac.id

Dept. Kimia FMIPA IPB

Contoh struktur (mono)nukleotida untuk RNA:

HH

CH2

OH H

H HO

N

NH

OP

O

O

O

NH2

O5

1

3

1

fosfat

C5 gula, tempat ikatan dengan gugus fosfat

C1 gula, tempat ikatan dengan N9 purina atau N1 pirimidinaC3 gula, tempat ikatan

fosfodiester dengan nukleotida lain

Penggabungan basa nitrogen dan gugus fosfat pada gula

masing-masing melepaskan 1 molekul H2O.

U

Asam Nukleat

http://chem.fmipa.ipb.ac.id

Dept. Kimia FMIPA IPB

Contoh struktur

trinukleotida RNA

HH

CH2

OH

H HO

N

NH

OP

O

O

O

NH2

O

HH

CH2

OH

H HOOP

O

O

O

N

NN

N

NH2

HH

CH2

OH OH

H HOOP

O

O

O

N

N

NH2

O

U

A

C

ujung 5'(ujung P)

ujung 3'(ujung OH)

ikatan fosfodiester(tulang-punggung

asam nukleat)

Pembentukan fosfodiester melepas

1 molekul H2O. Seperti protein &

karbohidrat, asam nukleat adalah

polimer kondensasi.

Asam Nukleat

3’

3’

5’

5’

DNA (Deoxyribonucleic acid):Double heliks

Dua utasberpilin

KomplementerSitosin (C)

Guanin (G)Timin (T) =

Adenin (A)Antiparalel

utas 3’ -> 5’ berpasangan dgn 5’ -> 3’

TranskripsiTranskripsi

Translasi

ENZIM DAN HORMONEnzimMerupakan proteinBersifat biokatalis (mempercepat reaksi)Dipengaruhi oleh pH, suhu, [substrat], [enzim]Membutuhkan komponen pembantu (Koenzim)Dapat dihambat: kompetitif, unkompetitif, non-kompetitifContoh : amilase memecah pati menjadi gula

sederhana

Hormon : Merupakan senyawa kimia; protein (ex : insulin)

atau lipid (ex : esterogen) Bertugas mengontrol/mengatur aktivitas sel

atau organ tertentu Pada umumnya disekresikan oleh suatu

kelenjar, contoh : kelenjar tiroid mensekresikan hormon tiroksin yang mempengaruhi laju metabolisme

ENZIM DAN HORMON

VITAMIN DAN MINERAL

Vitamin dan mineral merupakan komponen kimia yang berperan penting dalam metabolisme

Sebagian besar adalah koenzim Vitamin merupakan molekul organik Mineral merupakan molekul anorganik Hanya dibutuhkan dalam jumlah sedikit Diperoleh dari makanan : buah, sayur, susu, daging,

telur, dll Contoh : vitamin A, B kompleks, C, D, E, dan K

Vitamin FungsiAkibat jika kekurangan

Vitamin larut dalam lemak

Vitamin Aprekursor rodopsin, senyawa kimia yang penting untuk penglihatan

Buta senja

Vitamin Dmembantu menyerap kalsium ke dalam tubuh

Tulang rapuh

Vitamin Emenghambat oksidasi radikal bebas, memelihara sistem syaraf

Kerusakan hemoglobin

Vitamin Kmembantu pembekuan darah

Pendarahan terus menerus

Vitamin larut dalam air

Vitamin BKoenzim dalam banyak reaksi biokimia dalam tubuh

Anemia, gangguan syaraf dan kulit

Vitamin CAntioksidan, antivirus, dan antibakteri

Sariawan

Beberapa vitamin yang dibutuhkan oleh tubuh manusia

Mineral FungsiAkibat jika kekurangan

Natrium (Na+)

Transportasi molekul antar membran, membantu sistem syaraf

gangguan otot

Kalium (K+)

Transportasi molekul antar membran, membantu sistem syaraf

gangguan otot, gagal jantung

Kalsium (Ca2+)

Pembentukan tulang dan gigi, membantu sistem syaraf dan otot

gangguan pertumbuhan, osteoporosis

Magnesium (Mg2+)

Aktivator berbagai enzimgangguan sistem syaraf

Klorin (Cl-)

Transportasi molekul antar membran, membantu pencernaan dan sistem syaraf

gangguan otot

Fosfor (H2PO4

-)

Pembentukan tulang dan gigi, pembentukan nukleotida dan energi kimia

lemah, berkurangnya kalsium

Sulfur (SO4

2-)Komponen asam amino kekurangan protein

Beberapa mineral yang dibutuhkan oleh tubuh manusia

PIRAMIDA MAKANAN

Gambaran jumlah asupan jenis makanan pada manusia setiap hari yang dianjurkan

Makanan berkarbohidrat; nasi, gandum, sagu, roti, atau pasta (40%)

Sayuran (19%)Buah (15%)Daging, ayam, ikan, kedelai, telur (13%)Susu, yogurt, keju (13%)Pemanis, minyak goreng, lemak (terbatas)

Gula, lemak, minyak goreng (terbatas)

Gula, lemak, minyak goreng (terbatas)

Daging, ayam, ikan, kedelai, telur (13%)

Daging, ayam, ikan, kedelai, telur (13%)

Buah-buahan (15%)

Buah-buahan (15%)

Nasi, gandum, sagu, roti,

pasta (40%)

Nasi, gandum, sagu, roti,

pasta (40%)

Sayur mayur (19%)

Sayur mayur (19%)

Susu, keju, yogurt (13%)

Susu, keju, yogurt (13%)

PIRAMIDA MAKANAN