DASAR-DARA KIMIAWI TUBUH MANUSIA

Biokimia adalah ilmu yang mempelajari mengenai berbagai molekul di dalam sel hidup dan organisme hidup, termasuk juga reaksi kimia yang terjadi. Secara lebih formal, Murray dkk. (2003) mendefinisikan biokimia sebagai “ilmu pengetahuan yang mempelajari dasar kimia kehidupan”. Dalam hal ini, menurut Bahasa Yunani, bios berarti kehidupan.

Pendahuluan

Sel sebagai pusat perhatian dalam biokimia

mengingat sel merupakan unit struktural kehidupan, maka biokimia memiliki definisi fungsional yaitu ilmu pengetahuan yang mempelajari unsur-unsur kimia pembentuk sel hidup dan dengan reaksi serta proses yang dijalaninya.

Unsur-unsur penyusun tubuh

Unsur-unsur utama penyusun tubuh adalah karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) dan nitrogen (N). Selain itu masih terdapat beberapa unsur lain yaitu: kalsium (Ca), fosfor (P), kalium (K), sulfur (S), natrium (Na), klor (Cl), magnesium (Mg), besi (Fe), mangan (Mn) dan iodium (I). Rincian dari unsur-unsur tersebut tercantum pada Tabel berikut :

Tabel Perkiraan Komposisi Dasar Tubuh Manusia (Berdasarkan Berat Kering)

No

Unsur Persentase

1 Karbon 50

2 Oksigen 20

3 Hidrogen 10

4 Nitrogen 8,5

5 Kalsium 4

6 Fosfor 2,5

7 Kalium 1

No

Unsur Persentase

8 Sulfur 0,8

9 natrium 0,4

10 Klor 0,4

11 Magnesium 0,1

12 Besi 0,01

13 Mangan 0,001

14 iodium 0,00005

Biomolekul-biomolekul kompleks utama penyusun tubuh

Unsur-unsur penyusun tubuh sebagaimana disebutkan di atas banyak yang membentuk molekul-molekul besar yang kompleks di dalam tubuh. Di antara biomolekul-biomolekul kompleks tersebut yang merupakan biomolekul kompleks utama adalah DNA, RNA, protein, polisakarida dan lipid. Biomolekul kompleks tersusun atas molekul-molekul sederhana, seperti terinci pada Tabel berikut

Tabel Biomolekul-Biomolekul Utama di dalam Tubuh Manusia

No

Biomolekul Molekul Pembangun

Fungsi utama

1 DNA Deoksiribonukleotida Materi genetik

2 RNA Ribonukleotida Sistesis Protein

3 Protein Asam amino Sangat banyak, umumnya menjadi bagian dari sel yang melangsungkan kerja (enzim, unsur kontraktilitas dll.)

4 Polisakarida berupa glikogen

Glukosa Simpanan energi jangka pendek

5 Lipid Asam Lemak Sangat banyak, misalnya simpanan energi jangka panjang, komponen membran sel, dll.

Komponen utama penyusun tubuh

komponen-komponen utama penyusun tubuh terdiri atas air, protein, lemak, mineral serta karbohidrat. Rincian komponen tersebut tertera pada Tabel berikut

Tabel Komposisi Kimiawi Normal (Pria dengan Berat Badan 65 kg)

No Komponen Berat (kg)

persentase

1 Air 40 61,6

2 Protein 11 17,0

3 Lemak 9 13,8

4 Mineral 4 6,1

5 karbohidrat 1 1,5

Ikatan kimia

Molekul di dalam tubuh baik yang sederhana sampai dengan yang kompleks dapat terbentuk karena adanya ikatan kimia. Ikatan kimia digolongkan menjadi 2 yaitu ikatan kovalen dan ikatan non kovalen. Selanjutnya ikatan non kovalen terdiri atas ikatan ionik, ikatan hidrogen dan ikatan Van Der Waals.

Ikatan kovalen

Ikatan kovalen adalah ikatan yang terbentuk oleh valensi dari masing-masing atom. Anda dapat mempelajari lagi tentang valensi dengan membaca buku-buku kimia umum, atau pelajaran kimia di SMA. Contoh dari ikatan kovalen adalah CO2. Dalam hal ini valensi C adalah 4 dan valensi O adalah 2.

Ikatan kovalen antara sebuah atom C yang bervalensi 4 dan empat buah atom H yang masing-masing

bervalensi 1 membentuk CH4 (metana)

Ikatan ionik

Ikatan ionik adalah ikatan antara dua gugus dengan muatan berlawanan. Contohnya adalah ikatan antara substrat dan enzim. Jarak optimal ikatan ini adalah 28 Angstrom.

Gugus bermuatan negatif pada substrat Gugus bermuatan positif pada enzim

GambarIkatan ionik antara gugus karboksil bermuatan

negatif pada substrat dan gugus amina bermuatan positif pada enzim

Ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen adalah pengikatan satu atom hidrogen oleh dua atom lain yang berbeda. Ikatan ini dapat dibentuk di antara molekul-molekul tidak bermuatan maupun molekul-molekul bermuatan. Atom yang mengikat hidrogen lebih kuat disebut donor hidrogen sedang lainnya dinamakan akseptor hidrogen.

GambarIkatan hidrogen antar molekul-molekul air (H2O).

Perhatikan atom oksigen pada kutub negatif berikatan dengan atom hidrogen pada kutub posif air.

Ikatan Van Der Waals

Ikatan Van Der Waals adalah daya tarik non spesifik, yang berperan pada saat dua atom berjarak 3-4 Angstrom.

Air

Air merupakan produk akhir utama dari metabolisme oksidatif makanan. Dalam reaksi-reaksi metabolik, air berfungsi sebagai reaktan tetapi juga sebagai produk. Air juga menjadi pelarut biologis yang ideal.

Air sangat mempengaruhi semua interaksi molekuler dalam sistem biologi. Air mempunyai 2 sifat penting secara biologis yaitu sifat polar dan sifat kohesif.

Air merupakan molekul polar

Secara tiga dimensi, air merupakan molekul tetrahedron tak beraturan dengan oksigen pada bagian pusatnya. Dua buah ikatan dengan hidrogen diarahkan ke dua sudut tetrahedron, sementara elektron-elektron yang tidak dipakai bersama pada kedua orbital terhibridasi sp3 menempati 2 sudut sisanya.

Molekul air membentuk molekul bipolar (dua kutub). Sisi oksigen yang berlawanan dengan dua atom hidrogen cenderung bermuatan negatif karena mengandung lebih banyak elektron. Sedangkan disisi hidrogen cenderung bermuatan negatif.

GambarMolekul air. Sisi oksigen adalah kutub negatif dan sisi

hidrogen adalah kutub positif.

Air bersifat sangat kohesif

Molekul-molekul air yang berdekatan memiliki afinitas yang tinggi satu sama lainnya. Daerah bermuatan positif dan satu molekul air cenderung akan mengarahkan diri kepada daerah bermuatan negatif pada salah satu molekul didekatnya. Air beku mempunyai struktur kristal yang sangat teratur di mana seluruh ikatan hidrogen potensial memang terbentuk.

Air cair mempunyai struktur yang setengah teratur dengan kelompok-kelompok molekul berikatan hidrogen yang secara terus menerus terbentuk dan terpecah.

GambarAfinitas yang tinggi antar molekul air

Air merupakan pelarut yang sangat baik bagi molekul-molekul polar. Air sangat memperlemah iakatan ionik dan ikatan hidrogen antara molekul-molekul polar dengan cara bersaing daya tarik.

Atom-atom hidrogen air mengantikan atom hidrogen amida (-NH) sebagai donor ikatan hidrogen, dan atom oksigen air menggantikan atom oksigen karbonil (-CO) sebagai akseptor. Maka ikatan hidrogen yang kuat antara –NH dan –CO terjadi jika tidak ada air.

GambarAir bersaing dalam pembentukan hidrogen,

sehingga menjadi pelarut yang baik

pH merupakan LOG negatif dari konsentrasi ion hidrogen

Istilah pH diperkenalkan pada tahun 1909 oleh Sorensen, yang mendefinisikan pH sebagai log negatif konsentrasi ion hidrogen :

pH = - log [H⁺]

Definisi ini cukup memadai bagi sebagian besar keperluan biokimia. Untuk menghitung pH suatu larutan :

1. Hitung konsentrasi ion hidrogen, [H⁺].2. Hitung logaritma 10 dasar dari [H⁺].3. pH merupakan negatif dari nilai yang

didapat pada langkah 2.

Contoh :

pH=-log (H+)=-log 10-7=-(-7)=7,0

Nilai pH yang rendah bersesuaian dengan konsentrasi H⁺ yang tinggi, dan nilai pH yang tinggi bersesuaian dengan konsentrasi H⁺ yang rendah.

TERIMA KASIH