Biokimia29 Juli 2009 Okihita 5 Komentar

Air meliputi paling sedikit 80% massa dari makhluk hidup, dan hampir semua reaksi kimia dalam kehidupan terjadi di larutan (= solution) air. Bahan kimia lainnya yang membentuk tubuh makhluk hidup, sebagian besar merupakan makromolekul yang termasuk dalam 4 kelompok : protein, asam nukleus, karbohidrat, dan lipida (= lemak). Makromolekul-makromolekul ini tersusun dari monomer (Tau monomer gak? Tanya ma guru kimia kalian, OK?) spesifik seperti yang terlihat pada tabel di bawah. Empat kelompok makromolekul ini menyusun 93% massa kering (= dry mass, massa tubuhmu tanpa air) tubuh makhluk hidup, dan 7% sisanya tersusun dari mikromolekul organik (contohnya vitamin) dan ion anorganik.

NAMA MONOMER POLIMER % MASSA KERINGProtein Asam amino Polipeptida 50Asam nukleus Nukleotida Poilnukleotida 18Karbohidrat Monosakarida Polisakarida 15

NAMA KOMPONEN UNIT TERBESAR % MASSA KERINGLipida Asam lemak + gliserol Trigliserida 10

AIRMolekul air terisi muatan negatif dari oksigen dan muatan positif dari hidrogen. Muatan yang berbeda ini saling menarik satu-sama lain, membentuk ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen adalah ikatan yang lemah dan berjarak jauh, namun sangat sering ditemui dan sangat penting dalam biologi.

Air memiliki banyak sifat-sifat yang penting untuk kehidupan. Banyak diantara sifat-sifat di bawah ini yang terjadi karena adanya ikatan hidrogen pada molekul air.

Pelarut. Karena merupakan senyawa bermuatan, air menjadi pelarut yang sangat baik. Molekul bermuatan (disebut juga molekul polar) seperti garam, gula, dan asam amino larut dalam air dengan mudah. Molekul-molekul seperti ini disebut molekul hidrofilis (hidro = air; filia = suka, seperti pada pedofilia). Molekul yang tidak bermuatan–nonpolar–seperti lipida (= lemak) tidak dapat larut dengan baik dalam air, dan disebut hidrophobis (phobia = takut, benci, seperti pada acro(ketinggian)phobia).Penyimpan panas. Air punya kapasitas kalor 4,2 Joule g-1 °C-1. Artinya, dibutuhkan energi sebesar 4,2 Joule untuk memanaskan 1 gram air sebesar 1 derajat Celcius. Ini merupakan kapasitas yang relatif besar, dan ini membuat suhu air stabil, tidak mudah berubah.

Pendingin. Masih ingat kalor laten? Air membutuhkan banyak energi panas untuk merubah wujudnya dari cair ke gas. Sifat air yang satu ini sangat berguna untuk mekanisme pendinginan tubuh makhluk hidup. Contohnya pada manusia adalah berkeringat dan ngos-ngosan. Misalnya, jika kamu berlari dari Surabaya sampai Banyuwangi, kamu pasti akan terengah-engah. Nah, pada saat itulah uap air akan keluar dari mulut kamu, mengeluarkan panas yang berlebih dari tubuh kamu agar kondisi tubuh kamu normal kembali.Pelindung. Air punya anomali, yaitu massa jenisnya dalam bentuk padat lebih rendah dari bentuk cairnya, sehingga menyebabkan es mengapung di atas air. Ketika suhu udara menjadi sangat dingin (brrrr…), lautan membeku pada bagian atas, membentuk lapisan es di atas dan air di bawah. Seperti pada kutub utara dan selatan, di bawah lantai esnya terdapat air dalam bentuk cair. Sifat ini membuat makhluk hidup akuatis dapat hidup walaupun pada suhu lingkungan di bawah nol derajat Celcius. Jangan coba-coba berenang di sana! Kamu bukan termasuk makhluk akuatis.“Perekat“. Molekul-molekul air “saling melekat” karena adanya ikatan hidrogen dalam susunan molekulnya, hal ini mengakibatkan air punya daya kohesi yang tinggi. Hal ini juga menjelaskan mengapa rambatan air bisa sampai ke pucuk pohon yang bahkan paling tinggi sekalipun tanpa putus di tengah-tengah, serta menjelaskan fenomena tegangan permukaan yang membuat beberapa serangga air, seperti anggang-anggang, dapat berjalan di atas air tanpa tenggelam.Pengionisasi. Saat ada banyak garam terlarut dalam air, molekul garam terionisasi menjadi ion positif (Na+) dan ion negatif (Cl-). Banyak molekul biologis lainnya yang merupakan asam lemah, yang juga akan terionisasi dalam larutan, misalnya asam asetat (CH3COOH terionisasi menjadi CH3COO- dan H+). Be very careful, guys! Ada banyak siswa yang bingung antara nama asam dan nama bentuk terionisasinya. Kamu akan menemui banyak nama yang kelihatannya merupakan nama zat yang sama, seperti asam asetat dan asetat, asam fosfat dan fosfat, asam laktat dan laktat, asam sitrat dan sitrat, asam piruvat dan piruvat, asam aspartat dan aspartat, dll. Bentuk terionisasi adalah yang ditemukan pada sel makhluk hidup.Penjaga asam-basa. Air sendiri terionisasi sebagian, menjadi H+ dan OH-, jadi air merupakan sumber proton (dalam hal ini ion H+). Dan, banyak sekali reaksi biokimia yang sensitif terhadap pH (power of hydrogen). Air murni (yang jelas bukan iler kamu) tidak dapat menyangga perubahan konsentrasi H+, jadi air bukanlah penyangga (buffer) dan air dapat memiliki pH berapapun yang diperlukan. Namun, sitoplasma dan cairan di jaringan makhluk hidup biasanya terjaga dengan baik kenetralannya pada pH 6.8-7,4.

KARBOHIDRATKarbohidrat hanya terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen. Beberapa kelompok karbohidrat adalah monomer, dimer, dan polimer. Seperti pada diagram di bawah:

MONOSAKARIDA

Semua monosakarida punya rumus molekul (CH2O)n dengan nilai n mulai dari 3 sampai 7. Monosakarida yang paling umum dan paling penting adalah glukosa, yang merupakan gula enam-karbon (satu molekul terdiri atas 6 buah atom C). Rumus molekul dari glukosa adalah C6H12O6, dan strukturnya adalah seperti gambar di bawah.

atau mungkin guru kimia kamu juga menggambar seperti ini

Glukosa membentuk cincin bersudut enam. Keenam atom karbonnya biasanya dinomori, sehingga kita bisa membedakan karbon secara individual pada gambar tersebut. Pada hewan, glukosa adalah gula utama yang digunakan dalam transportasi makanan melalui darah, dan konsentrasi glukosa di dalam darah terkendali dengan baik sekali.Ada banyak monosakarida, dengan rumus molekul yang sama (C6H12O6¬¬¬), namun memiliki rumus struktur yang berbeda dengan glukosa. Fruktosa dan galaktosa termasuk ke dalamnya.

O iya, ribosa bukan merupakan gula enam-karbon, tetapi lima-karbon. “N”-nya bernilai lima, sehingga rumusnya menjadi C5H10O5. Itulah sebabnya kenapa gambar gula pada nukleotida (benang DNA) berbentuk segilima. Gula lima-karbon lainnya adalah deoksiribosa. Kedua jenis gula ini terdapat pada asam nukleat dan ATP (hayooo, ATP tu apaan?).

DISAKARIDA

Disakarida terbentuk saat dua monosakarida tergabung oleh ikatan glikosida. Reaksi penggabungan ini menghasilkan hasil sampingan, yaitu molekul air.

Gambar ini menunjukkan dua molekul glukosa bergabung membentuk molekul disakarida maltosa. Karena ikatannya terjadi pada karbon-1 pada molekul kiri dan karbon-4 pada molekul kanan, ikatan ini disebut ikatan glikosida 1-4. Reaksi jenis ini, yang menghasilkan air, disebut reaksi kondensasi. Proses kebalikannya, saat ikatan glikosida itu terputus oleh penambahan air, disebut reaksi hidrolisis.

* reaksi polimerisasi adalah reaksi kondensasi* reaksi penguraian adalah reaksi hidrolisis

Ada tiga disakarida yang umum ditemui:

Maltosa, terdiri dari glukosa dan glukosa. Maltosa terbentuk oleh pemecahan zat tepung oleh enzim amilase, karena enzim ini memecah zat tepung (yang merupakan untaian karbohidrat panjang) menjadi unit-unit kecil maltosa. Pembuatan bir dimulai dengan malt, yang merupakan larutan maltosa. Struktur maltosa seperti yang ditunjukkan di atas.Sukrosa, nama ilmiah dari gula yang diambil dari tebu (Saccharum officinarum). Ini adalah gula rumahan yang biasa kamu makan mentah-mentah waktu kecil. Pada tumbuhan, gula jenis ini lebih sering ditemui, karena kereaktifannya yang lebih rendah dari glukosa. Tubuh tumbuhan memerlukan banyak sekali air, ingat? Rendahnya kereaktifan sukrosa ini membuat sukrosa tidak mudah terurai oleh air, sehingga tumbuhan dapat menyimpan cadangan makanan selama mungkin.Laktosa, gula dalam susu. Tersusun dari galaktosa dan glukosa. Gula ini hanya ditemui di susu mamalia, dan merupakan sumber nutrisi utama bagi bayi mamalia. Susu sapi yang kamu minum, penuh dengan laktosa.

POLISAKARIDA

Polisakarida adalah untaian panjang yang tersusun dari banyak monosakarida yang terhubung oleh ikatan glikosida. Ada tiga polisakarida penting yang akan sering kita temui di pelajaran SMP maupun SMA.

Zat tepung (= starch) adalah polisakarida yang dihasilkan oleh tanaman. Zat ini tidak larut dalam air dan membentuk granula (starch granule) di dalam sel tumbuhan. Sifatnya yang tidak larut dalam air membuat zat tepung tidak merubah potensial air dalam sel, sehingga sel tidak akan menyerap air melalui osmosis. Zat tepung bukanlah substansi murni, melainkan merupakan campuran dari amilum dan amilopektin.Amilum adalah poli-1-4-glukosa, jadi amilum berbentuk rantai tunggal glukosa. Sebenarnya, rantai ini layuh (lemes, floppy, tidak kokoh) dan cenderung melungker membentuk kumparan (= helix).

Amilopektin adalah poli-1-4-glukosa dengan sekitar 4% (1-6) cabang. Ini menjadikan struktur molekul amilopektin lebih “terbuka” daripada amilum. Karena memiliki lebih banyak ujung, amilopektin dapat lebih cepat dipecah oleh enzim amilase dibandingkan amilum.

Amilum dan amilopektin dipecah menjadi maltosa oleh enzim amilase, dengan kecepatan dan persentase yang berbeda.

Glikogen memiliki struktur yang mirip dengan amilopektin. Glikgen adalah poli-1-4-glukosa dengan 9% (1-6) cabang.

Glikogen

Glikogen digunakan oleh hewan sebagai cadangan makanan, dan ditemukan paling banyak pada otot dan hati. Karena itulah glikogen disebut juga dengan nama gula otot. Karena memiliki cabang yang banyak, glikogen dapat diuraikan (dipecahkan menjadi glukosa untuk energi) lebih cepat dibanding amilum dan amilopektin.

Selulosa hanya ditemukan pada tumbuhan, dan merupakan komponen utama dari dinding sel. Selulosa merupakan poli-1-4-glukosa, tetapi dengan isomer glukosa yang berbeda. Selulosa mengandung beta-glukosa, di mana bagian hidroksil pada karbon-1 melekat. Artinya, selulosa merupakan rantai glukosa yang berselang-seling atas-bawah.

Perselingan atas-bawah pada glukosaPerbedaan yang “kecil” ini membuat perubahan yang besar pada struktur dan sifat-sifat selulosa. Jika polimer alfa-1-4-glukosa pada zat tepung melingkar dan membentuk granula, maka polimer beta-1-4-glukosa pada selulosa membentuk rantai yang lurus. Ratusan rantai selulosa dihubungkan oleh ikatan hidrogen dan membentuk mikrofibril (fibril = serat, benang) selulosa. Mikrofibril ini sangat kuat dan kokoh, dan inilah yang membuat dinding sel tumbuhan keras dan tidak mudah berubah bentuk.

Ikatan beta-glikosida tidak dapat dipecahkan oleh enzim amilase. Untuk memecahkannya diperlukan enzim selulase (ase = pemecah; jika kamu perhatikan, semua nama enzim yang berfungsi menguraikan molekul besar menjadi lebih kecil berakhiran ase). Makhluk hidup non-tumbuhan yang memiliki selulase hanya bakteri. Hewan herbivora seperti sapi dan rayap, yang makanannya sebagian besar adalah selulosa, memiliki “bakteri baik” dalam perut mereka, sehingga mereka dapat mencerna selulosa. Manusia tidak dapat mencerna selulosa, kecuali mungkin kalau usus kamu dioperasi, terus dimasukin bakteri selulase. Mau?

Polisakarida lainnya antara lain:* Kitin (poliglukosa amina), terdapat pada dinding sel jamur (dinding sel jamur bukan terbuat dari selulosa) dan pada eksoskeleton (kerangka luar) serangga.* Pektin (poligalaktosa uronat), terdapat pada dinding sel tumbuhan, temannya selulosa.* Agar-agar (poligalaktosa sulfat), terdapat pada ganggang. Digunakan sebagai pengisi perut manusia dan sebagai media tanam.* Murein (polimer gula-peptida), terdapat pada dinding sel bakteri.* Lignin (polimer kompleks dari beberapa jenis karbohidrat), terdapat pada dinding sel xilem (pembuluh kayu), dan merupakan komponen utama dari kayu.

LIPIDALipida merupakan campuran dari beberapa senyawa hidropobis, yang terbuat dari unsur karbon, hidrogen, dan oksigen. Lipida mengandung lemak dan minyak (lemak berbentuk padat pada suhu kamar, sedangkan minyak berbentuk cair).

Trigliserida

Lemak atau minyak yang paling umum ditemui adalah trigliserida. Jadi daripada bingung, untuk selanjutnya kita akan tetap menggunakan istilah trigliserida. Senyawa ini terbentuk dari gliserol dan asam lemak (fatty acid).

Gliserol adalah senyawa tiga-karbon yang kecil,dengan tiga gugus hidroksil.

Asam lemak adalah molekul yang panjang dengan sebuah“kepala” yang polar dan hidrofilis, serta “ekor” yang nonpolardan hidrofobis. Rantai hidrokarbon asam lemak panjangnyaberkisar antara 14 hingga 22 unit CH2. Rantai hidrokarbon disebut juga dengan nama gugus R, sehingga rumus asam lemak dapat juga ditulis sebagai R-COOH.

Jika tidak ada ikatan ganda C=C pada rantai hidrokarbonnya, maka asam lemak itu disebut Rantai hidrokarbon. Semua tangan atom C pada asam lemak ini terisi oleh hidrogen. Asam lemak jenuh berbentuk rantai tunggal yang lurus, dan memiliki titik leleh yang tinggi.

Jika ada ikatan ganda C=C pada rantai hidrokarbonnya, maka asam lemak itu adalah asam lemak tak jenuh. Asam lemak jenis ini membentuk rantai yang melengkung, dan punya titik leleh yang rendah.

Satu molekul gliserol bergabung dengan tiga molekul asam lemak, untuk menbentuk molekul trigliserida, dalam reaksi kondensasi di bawah ini:

(BENTAR, GAMBARNYA BELUM UPLOAD)

Trigliserida tidak larut dalam air. Senyawa ini digunakan sebagai cadangan energi, pelapis, serta pelindung di dalam jaringan adiposa (jaringan lemak) yang berada di bawah kulit, atau menjadi pelindung di sekitar organ dalam. Senyawa ini bagus untuk menyimpan energi karena menyimpan lebih banyak energi per unit massa dibandingkan senyawa lain. Karbohidrat dapat diuraikan lebih cepat, dan glikogen disimpan di otot untuk kebutuhan energi yang seketika.

Trigliserida yang mengandung asam lemak jenuh memiliki titik leleh yang tinggi, dan cenderung ditemukan pada hewan berdarah panas. Pada suhu kamar, senyawa ini berbentuk padat, biasa disebut lemak. Contohnya gajih dan mentega.

Trigliserida yang mengandung asam lemak tak jenuh memiliki titik leleh rendah, dan cenderung ditemukan pada hewan berdarah dingin serta tumbuhan. Pada suhu kamar, senyawa ini berbentuk cair, biasa disebut minyak. Contohnya minyak ikan dan minyak kelapa sawit.

Fosfolipida

Fosfolipida punya struktur yang mirip dengan trigliserida, tapi dengan satu gugus fosfat yang menggantikan salah satu rantai asam lemak. Dimungkinkan juga terdapatnya gugus lain yang terhubung dengan fosfat. Fosfolipida punya sebuah “kepala” yang polar dan hidrofilis–yaitu gugus fosfatnya sendiri, dan dua buah “ekor” yang nonpolar dan hidrophobis–yakni bagian asam

lemaknya. Percampuran sifat polar dan nonpolar ini penting dalam biologi, karena fosfolipida adalah komponen utama dari membran sel.

Ketika dicampur dengan air, fosfolipida akan membentuk bola dengan kepala hidrofilis (fosfat) menghadap ke air dan ekor hidrophobis saling berhadapan.Fosfolipida juga dapat membentuk lapisan ganda. Air yang terdapat pada bagian tengah akan terperangkap dan terpisah dengan air yang ada pada luar lapisan. Struktur yang alami ini disebut juga liposom, dan ini mirip dengan membran yang mengelilingi sel.

Lilin

Lilin terbuat dari asam lemak yang bergabung dengan alkohol. Lilin dapat ditemukan pada lapisan anti-air makhluk hidup, misalnya pada kutikula daun, eksoskeleton serangga, bulu burung, dan rambut mamalia. Jadi, rambut kamu itu ada lilinnya loh!!!

Steroid

Steroid adalah molekul hidrophobis berukuran kecil yang terdapat pada hewan. Yang termasuk steroid antara lain:

Kolestrol, yang terdapat pada membran sel hewan untuk memperkokoh struktur membranGaram empedu, berguna untuk mengemulsikan lemak pada makanan (jika bingung berlanjut, hubungi guru)Hormon-hormon steroid, seperti testoteron, esterogen, progesteron, dan kortisolVitamin D, yang membantu penyerapan Ca2+ oleh tulang.

Protein

Protein adalah senyawa biologi yang paling kompleks dan paling beragam. Protein punya banyak sekali jenis dan fungsi yang berbeda, seperti pada daftar di bawah:

Struktur, contohnya kolagen (tulang, tulang rawan, tendon), keratin (rambut), aktin (otot)Enzim, contohnya amilase, pepsin, katalase, dll (lebih dari 10.000 jenis)Transportasi, contohnya hemoglobin (oksigen), transferrin (zat besi)Pompa, contohnya pompa Na+ K+ pada membran selPenggerak, contohnya miosin (otot), kinesin (silia)Hormon, contohnya insulin dan glukagonReseptor, contohnya rhodopsin (protein penerima cahaya pada retina)Antibodi, contohnya imunoglobulinCadangan makanan, contohnya albumin (pada telur dan darah), kasein (pada susu)Pembekuan darah, contohnya trombin dan fibrinPelumas, contohnya glikoprotein pada cairan sinovial (cairan antartulang)Racun, contohnya toksin difteriaAnti-pembekuan, contohnya glikoprotein pada kutu kutub (sejenis insekta, pada kutub utara, yayaya)Dan masih banyak lagi.