komposisi kimia sel (adnan, unm)

32
Komposisi Kimia Sel 35 35 KOMPOSISI KIMIA SEL Adnan (Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar) A. PENDAHULUAN Elemen utama sebuah sel adalah protoplasma. Protoplasma pada semua sel terdiri atas dua komponen utama, yaitu komponen anorganik dan komponen organik. Komponen-komponen anorganik terdiri atas air, garam- garam mineral, gas oksigen, karbon dioksida, nitrogen, dan amonia, sedangkan komponen organik terutama terdiri atas karbohidrat, lipida, protein, dan beberapa komponen-komponen spesifik seperti enzim, vitamin, dan hormon (Sheeler & Bianchi, 1983). Pada sel hewan dan tumbuhan, protoplasma mengandung sekitar 75-85% air, 10-20% protein, 2-3% lipida, 1% karbohidrat, dan 1% zat- zat anorganik lainnya (De Robertis et al., 1975). B. KOMPONEN ANORGANIK 1. Air Di dalam sel, air terdapat dalam dua bentuk, yaitu bentuk bebas dan bentuk terikat. Air dalam bentuk bebas mencakup 95% dari total air di dalam sel. Umumnya air berperan sebagai pelarut dan sebagai medium dispersi sistem koloid. Air dalam bentuk terikat mencakup 4-5% dari total air di dalam sel (De Robertis et al., 1975). Kandungan air pada berbagai jenis sel bervariasi diantara tipe sel yang berbeda. kandungan air (persen dari berat basah total) pada hati tikus, otot rangka tikus, telur bintang laut, E. coli, dan biji jagung secara berturut-turut masing-

Upload: adnanunm3177

Post on 12-Jun-2015

12.923 views

Category:

Documents


9 download

TRANSCRIPT

Page 1: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 35

35

KOMPOSISI KIMIA SEL Adnan

(Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar) A. PENDAHULUAN Elemen utama sebuah sel adalah protoplasma. Protoplasma pada semua sel terdiri atas dua komponen utama, yaitu komponen anorganik dan komponen organik. Komponen-komponen anorganik terdiri atas air, garam-garam mineral, gas oksigen, karbon dioksida, nitrogen, dan amonia, sedangkan komponen organik terutama terdiri atas karbohidrat, lipida, protein, dan beberapa komponen-komponen spesifik seperti enzim, vitamin, dan hormon (Sheeler & Bianchi, 1983). Pada sel hewan dan tumbuhan, protoplasma mengandung sekitar 75-85% air, 10-20% protein, 2-3% lipida, 1% karbohidrat, dan 1% zat-zat anorganik lainnya (De Robertis et al., 1975).

B. KOMPONEN ANORGANIK

1. Air

Di dalam sel, air terdapat dalam dua bentuk, yaitu bentuk bebas dan bentuk terikat. Air dalam bentuk bebas mencakup 95% dari total air di dalam sel. Umumnya air berperan sebagai pelarut dan sebagai medium dispersi sistem koloid. Air dalam bentuk terikat mencakup 4-5% dari total air di dalam sel (De Robertis et al., 1975). Kandungan air pada berbagai jenis sel bervariasi diantara tipe sel yang berbeda. kandungan air (persen dari berat basah total) pada hati tikus, otot rangka tikus, telur bintang laut, E. coli, dan biji jagung secara berturut-turut masing-

Page 2: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

36 Biologi Sel

36

masing terdiri atas 6—72%, 76%, 77%, 73%, dan 13% (Sheeler & Bianchi, 1983). Air merupakan medium tempat berlangsungnya transpor nutrien, reaksi-reaksi enzimatis metabolisme sel dan transpor energi kimia (Lehninger, 1988). Di dalam sel hidup, kebanyakan senyawa biokimia dan sebahagian besar dari reaksi-reaksinya berlangsung dalam lingkungan cair. Air berperan aktif dalam banyak reaksi biokimia dan merupakan penentu penting dari sifat-sifat makromolekul seperti protein (Mayes et al., 1988). Air dan produk ionisasinya seperti ion O+ dan OH- sangat mempengaruhi berbagai sifat komponen penting sel seperti enzim, protein, asam nukleat, dan lipida. Sebagai contoh, aktivitas katalitik enzim sangat tergantung pada konsentrasi ion H+ dan OH- (Lehninger, 1988). Oleh sebab itu, semua aspek dari struktur dan fungsi sel harus beradaptasi dengan sifat-sifat fisik dan kimia air. Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa air merupakan komponen sel yang dominan dan berfungsi untuk :

a. Pelarut berbagai zat organik dan anorganik, misalnya berbagai jenis ion-ion, glukosa, sukrosa, asam amino, serta berbagai jenis vitamin.

b. Bahan pengsuspensi zat-zat organik dengan molekul besar seperti protein, lemak, dan pati. Dalam hal tersebut, air merupakan medium dispersi dari sistem koloid protoplasma.

c. Air merupakan media transpor berbagai zat yang terlarut atau yang tersuspensi untuk berdifusi atau bergerak dari suatu bagian sel ke bagian sel yang lain.

d. Air merupakan media berbagai proses reaksi-reaksi enzimatis yang berlangsung di dalam sel.

Page 3: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 37

37

e. Air digunakan untuk mengabsorbsi panas dan mencegah perubahan temperatur yang drastis di dalam sel.

Air mempunyai titik lebur, titik didih dan panas penguapan yang lebih tinggi dibandingkan dengan hampir semua cairan (tabel 2.1). Kenyataan ini menunjukkan adanya gaya tarik yang kuat diantara molekul-molekul air yang berdekatan yang memberikan air gaya kohesi internal yang tinggi. Sebagai contoh, panas penguapan merupakan ukuran langsung dari jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengalahkan gaya tarik menarik diantara molekul air yang berdekatan, sehingga molekul tersebut dapat saling berpisah dan masuk ke dalam fase gas. Tabel 2.1 Titik lebur, titik didih dan panas penguapan air dan

beberapa pelarut lainnya (Lehninger, 1988).

Jenis Zat Cair

Titik Lebur (0C)

Titik Didih (0C)

Panas Penguapan

(Kal/g)* Air 0 100 540 Metanol -98 65 263 Etanol -117 78 204 Propanol -127 97 164 Aseton -95 56 125 Hexana -98 69 101 Benzen 6 80 94 Khloroform -63 61 59

*Jumlah kalori energi panas yang diperlukan untuk mengubah 1,0 g cairan pada titik didihnya (tekanan atmosfer) menjadi keadaan gas pada suhu yang sama.

Besarnya daya tarik antara dua molekul air yang berdekatan disebabkan karena setiap atom hidrogen menggunakan sepasang elektron secara bersama-sama dengan atom oksigen sehingga menyebabkan atom

Page 4: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

38 Biologi Sel

38

molekul air berbentuk huruf V atau tetrahedral. Sisi oksigen yang berhadapan dengan dua hidrogen relatif kaya akan elektron, sedangkan pada sisi lainnya, inti hidrogen yang relatif tidak ditutupi membentuk daerah dengan muatan positif sehingga dikatakan bahwa molekul air bersifat dipolar atau dwikutub (Mayes, 1988; Lehninger, 1988) karena pemisahan muatan tersebut, maka dua molekul air dapat tertarik satu dengan yang lainnya oleh gaya elek-trostatik diantara muatan negatif sebagian pada atom oksigen dari suatu molekul air dan muatan positif sebagian pada atom hidrogen dari molekul air yang lain. Jenis interaksi elektrostatik ini disebut ikatan hidrogen. Donor Hidrogen Akseptor Hidrogen

O H ……………… O � C O H ……………… N O H ……………… O N O H ……………… O � C N O H ……………… O N O H ……………… N

Gambar 2.1. Ikatan hidrogen. Atom yang berikatan kovalen dengan H adalah donor hidrogen, sedangkan atom elektronegatif lainnya adalah akseptor (Lehninger, 1988).

Ikatan hidrogen segera terbentuk antara atom yang bersifat elektronegatif, biasanya atom oksigen atau nitrogen, dan suatu atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan atom elektronegatif lainnya pada molekul yang

Page 5: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 39

39

sama atau molekul lain. Atom hidrogen yang berikatan dengan atom elektronegatif kuat seperti oksigen cenderung mempunyai muatan positif kuat sebagian. Akan tetapi, atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan atom karbon yang tidak bersifat elektronegatif tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan hidrogen.

2. Garam-garam Mineral

Kandungan garam-garam mineral pada berbagai tipe sel sangat bervariasi (tabel 2.2). Di dalam sel, garam-garam mineral dapat mengalami disosiasi menjadi anion dan kation. Bentuk-bentuk anion dan kation tersebut dinamakan ion. Ion-ion dapat terlarut di dalam cairan sel atau terikat secara khusus pada molekul-molekul lain seperti protein dan lipida. Secara umum, garam-garam mineral memiliki dua fungsi (Sheeler & Bianchi, 1983), yaitu : a. Fungsi osmosis, dalam arti bahwa konsentrasi total

garam-garam terlarut berpengaruh terhadap pelaluan air melintasi membran sel;

b. Fungsi yang lebih spesifik, yaitu peran seluler setiap ion terhadap struktur dan fungsi dari partikel-partikel seluler dan makromolekul.

Berbagai jenis garam-garam mineral sangat penting untuk kelangsungan aktivitas metabolisme sel, misal-nya ion Na+ dan K+, berperan dalam memelihara tekanan osmosis dan keseimbangan asam basa cairan sel. Retensi ion-ion menghasilkan peningkatan tekanan osmosis sebagai akibat masuknya air ke dalam sel. Beberapa ion-ion anorganik berperan sebagai kofaktor (tabel 2.3) dalam aktivitas enzim, misalnya ion magnesium. Fosfat anorganik digunakan dalam sintesis ATP yang mengsuplai energi kimia untuk proses

Page 6: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

40 Biologi Sel

40

kehidupan dari sel melalui proses fosforilasi oksidatif. Ion-ion kalsium dijumpai dalam sirkulasi darah dan di dalam sel. Di dalam tulang, ion-ion kalsium berkombinasi dengan ion-ion fosfat dan karbonat membentuk kristalin. Fosfat dijumpai di dalam darah dan di dalam cairan jaringan sebagai ion-ion bebas, tetapi fosfat di dalam tubuh banyak terikat dalam bentuk fosfolipida, nukleotida, fosfoprotein, dan gula-gula terfosforilasi (De Robertis et al., 1975). Tabel 2.3. Beberapa enzim yang mengandung atau memerlukan

unsur anorganik esensial sebagai kofaktor (Lehninger, 1988).

Unsur Anorganik

Enzim

Fe2+, Fe3+ Oksidase sitokhrom, Katalase, Peroksidase

Cu2+ Oksidase sitokhrom

Zn2+ Polimerase DNA, Anhidrase karbonik, Dehidrase alcohol

Mg2+ Hexokinase, 6-fosfatase glukosa

Mn2+ Arginase

K+ Piruvat kinase (juga memerlukan Mg2+)

Ni2+ Urease

Mo Nitrat reduktase

Se Peroksidase glutation

Beberapa fungsi seluler dari berbagai jenis ion ditunjukkan pada tabel 2.4. Di dalam sel juga terkandung berbagai jenis gas yang berasal dari lingkungan atau dihasilkan oleh metabolisme sel. Beberapa gas yang terdapat di atmosfer dapat masuk ke dalam sel misalnya

Page 7: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 41

41

gas oksigen (O2), karbon dioksida (CO2), dan gas nitrogen (N2). Di dalam sel, oksigen berperan untuk mengoksidasi bahan-bahan makanan. Karbon dioksida selain berasal

Tabel 2.4 Fungsi-fungsi seluler dari beberapa jenis ion (Sheeler & Bianchi, 1983).

Unsur

Ion Fungsi

Mo MoO=4 Kofaktor atau aktivator enzim (fiksasi nitrogen,

metabolisme asam nukleat, oksidasi aldehida)

Co Co2+ Unsur utama vitamin B12

Cu Cu+, Cu2+

Unsur utama plastocyanin dan kofaktor enzim-enzim pernapasan

I I- Unsur utama tiroksin dan hormon-hormon lain

B BO3-,

B4O7=

Mengaktifkan arbinose isomerase

Zn Zn2+ Kofaktor atau aktivator enzim (karbonat anhidrase, karboksi peptidase)

Mn Mn2+ Kofaktor atau aktivator enzim (beberapa kinase, isositrat dekarboksilase)

Fe Fe2+, Fe3+

Unsur utama Hb dan sitokhrom

Mg Mg2+ Unsur utama klorofil, mengaktifkan ATP-ase

S SO4= Unsur utama koenzimA, biotin, tiamin, dan

protein

P PO4=,

HPO4-

Unsur utama lipida, protein, asam nukleat, dan gula fosfat

Ca Ca2+ Unsur utama dinding sel tumbuhan, komponen matriks jaringan tulang, kofaktor enzim-enzim koagulasi

K K+ Kofaktor piruvat kinase

Page 8: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

42 Biologi Sel

42

dari lingkungan luar, juga dihasilkan dalam oksidasi bahan makanan sebagai hasil sampingan. CO2 dapat bereaksi dengan air membentuk asam karbonat yang selanjutnya mengalami disosiasi membentuk ion hidrogen dan bikarbonat dengan reaksi sebagai berikut : C6H12O6 + 6 CO2 6 H2O + 6 CO2 + Energi CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 H+ + HCO3

- Umumnya karbon dioksida di dalam sel berada

dalam bentuk bikarbonat atau karbonat (Sheeler & Bianchi, 1983).

C. Komponen Organik

Komponen-komponen organik sel terdiri atas protein, lipid, karbohidrat, dan beberapa komponen-komponen spesifik lainnya seperti enzim, vitamin, dan hormon. Lebih kurang 10-20% isi sel terdiri atas protein. Protein merupakan makromolekul dengan berat molekul berkisar antara 10.000-10.000.000. sedangkan karbohidrat di dalam sel kurang lebih 1% dan umumnya dalam bentuk monosakarida, disakarida, dan oligosakarida, sedangkan lipida berkisar 2-3%. Masing-masing komponen organik sel tersebut akan dibahas secara terpisah pada uraian selanjutnya.

1. Protein Protein adalah makromolekul yang terdiri atas asam-asam α-amino yang saling berikatan dengan ikatan kovalen diantara gugus α-karboksil asam amino dengan

Page 9: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 43

43

gugus α-amino dari asam amino yang lain. Ikatan di antara asam amino disebut ikatan peptida. Beberapa unit asam amino yang berikatan dengan ikatan peptida disebut polipeptida. Molekul protein dapat terdiri atas satu atau sejumlah rantai polipeptida dan setiap rantai dapat terdiri atas ratusan hingga jutaan residu asam amino.

a. Klasifikasi Hingga saat ini belum ada klasifikasi protein yang secara umum memuaskan. Klasifikasi protein yang menonjol didasarkan pada antara lain:

• Kelarutan • Bentuk keseluruhan • Peranan biologis Pembagian protein juga dapat dilakukan

berdasarkan fungsi dan strukturnya. Berdasarkan fungsinya, protein diklasifikasikan menjadi (i) protein enzim, berperan dalam mempercepat reaksi-reaksi biokimia, (ii) protein sruktural, membentuk struktur-struktur biologis, (iii) protein transpor, berperan sebagai pengangkut subtansi-subtansi penting, dan (iv) protein pertahanan, melindungi tubuh dari invasi benda-benda asing. Berdasarkan strukturnya, protein diklasifikasikan menjadi: (i) protein globular, memi-liki pelipatan-pelipatan yang kompleks, struktur tertier de-ngan bentuk yang tidak teratur. Protein serabut, meman-jang, lipatan sederhana, umum dijumpai pada protein struktural. Dalam uraian berikut ini hanya dibahas klasifikasi berdasarkan bentuk dan peranan biologisnya. Berdasarkan bentuknya, protein dibagi menjadi : 1) Protein globular

Page 10: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

44 Biologi Sel

44

Rantai polipeptida mengandung banyak lipatan dan berbelit. Rasio aksial kurang dari 10, misalnya insulin, albumin, globulin plasma, dan kebanyakan enzim.

2) Protein fibrosa Rantai polipeptida atau kelompok rantai yang

membelit dalam bentuk spiral atau heliks, dan dihubungkan oleh ikatan disulfida dan hidrogen. Rasio aksial lebih besar dari 10, misalnya keratin dan miosin.

Gambar 2.3. Struktur protein.

Klasifikasi protein atas dasar peranan biologisnya ditunjukkan pada tabel 2.5.

b. Ikatan-ikatan pada Struktur Protein Struktur protein umumnya dipertahankan oleh dua ikatan sangat kuat yaitu ikatan peptida dan ikatan disulfida; dan tiga ikatan yang lemah, yaitu ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik dan interaksi elektrostatif.

1) Ikatan peptida

Ikatan peptida adalah ikatan yang menghubungkan atom α-karboksil dari suatu asam amino dan atom α nitrogen dari asam amino yang lain.

Page 11: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 45

45

Gambar 2.4. Pembentukan Ikatan peptida

Tabel 2.5. Penggolongan protein berdasarkan peranan biologisnya

Golongan Contoh Enzim Ribonuklease

Tripsin Protein transpor Hemoglobin

Albumin serum Mioglobin β-lipoprotein

Protein nutrient dan penyimpan

Gliadin (Gandum) Ovalbumin (Telur) Kasein (Susu) Feritin

Protein Kontraktil Aktin Miosin Tubulin Dynein

Protein struktural Keratin Fibroin Kolagen Elastin Proteonglikan

Protein pertahanan Antibodi

Page 12: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

46 Biologi Sel

46

Fibrinogen Trombin Toksin Botulinus Toksin Difteri Bisa ular Risin

Protein pengatur Hormon Insulin Hormon Tumbuh Kortikotropin Hormon Paratiroid

Peptida yang dibentuk oleh dua molekul asam

amino disebut dipeptida; bila dibentuk oleh 3 molekul asam amino disebut tripeptida; dan bila dibentuk oleh banyak molekul asam amino disebut polipeptida.

2) Ikatan disulfida

Terbentuk antara 2 residu sistein yang saling berhubungan 2 bagian rantai polipetida melalui residu sistein. NH HN

O = C C = O

CH − CH2 − S − S − CH2 − CH

HN NH

C = O O = C

3) Ikatan hidrogen

Terbentuk antara gugus NH- atau -OH dan gugus C=O dalam ikatan peptida atau -COO- dalam gugus R, misalnya dua peptida mungkin membentuk ikatan hidrogen.

Page 13: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 47

47

| | C = O ................................ H − N | | H − N C = O | |

4) Interaksi hidrofobik

Rantai samping non polar asam amino netral pada protein cenderung bersekutu.

5) Interaksi elektrostatik

Merupakan ikatan garam antara gugus yang bermuatan berlawanan pada rantai samping asam amino.

c. Sifat-sifat Protein 1) Membentuk ion

Protein dalam air mampu membentuk ion + dan -, dalam suasana asam membentuk ion positif dan dalam suasana basa membentuk ion negatif.

2). Denaturasi

Denaturasi adalah perubahan konformasi alamiah menjadi suatu konformasi yang tidak menentu. Hal ini dapat terjadi karena terjadinya perubahan suhu, pH, atau terjadinya suatu reaksi dengan senyawa-senyawa lain misalnya ion-ion logam. d. Asam Amino Asam amino adalah asam karboksilat yang mempunyai gugus amino. Asam amino yang terdapat sebagai komponen protein mempunyai gugus NH2 pada atom karbon α dari posisi gugus -COOH. Atom karbon α

Page 14: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

48 Biologi Sel

48

dari asam amino kecuali glisin masing-masing dihubungkan pada empat gugus kimia yang berlainan sehingga atom karbon α bersifat asimetris. Oleh karena itu, molekul asam amino mempunyai dua konfigurasi yaitu D dan L. COOH COOH | | H2N − C − H H − C − NH2 | | R R Asam α-L-amino Asam α-D-Amino Molekul asam amino dikatakan mempunyai konfigurasi L, apabila gugus NH2 di sebelah kiri atom karbon α. Bila gugus NH2 di sebelah kanan atom karbon α, maka asam amino tersebut mempunyai konfigurasi D. Struktur umum asam amino adalah:

Klasifikasi asam amino didasarkan atas: pembentukannya di dalam tubuh dan strukturnya. Klasifikasi asam amino berdasarkan pembentukannya di dalam tubuh ditunjukkan pada tabel 2.6.

Page 15: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 49

49

Tabel 2.6 Klasifikasi asam amino berdasarkan pembentukannya di dalam tubuh (Lehninger, 1988)

Asam Amino Esensil Asam Amino Non Esensil

Arginin Histidin Isoleusin Leusin Metionin Fenilalanin Threonin Triptofan Valin

Alanin Aspargin Asam Aspartat Sistein Glutamin Asam Glutamat Glisin Hidroksilisin 4-hidroksiprolin Prolin Serin Tirosin

Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak dapat dibuat dalam tubuh. Sedangkan asam amino non esensial adalah asam amino yang dapat dibuat dalam tubuh. Berdasarkan strukturnya, asam amino dikelompokkan menjadi 7 yaitu asam amino dengan rantai samping yang :

a. Merupakan rantai karbon yang alifatik, misalnya glisin, alanin, valin, leusin dan isoleusin.

b. Mengandung gugus hidroksil, misalnya serin dan threonin

c. Mengandung atom belerang, misalnya sistein, dan metionin

d. Mengandung gugus asam atau amidanya, misalnya asam aspartat, aspargin, asam glutamate, dan glutamine.

e. Mengandung gugus basa, misalnya arginin, lisin, hidroksilisin dan histidin

Page 16: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

50 Biologi Sel

50

f. Mengandung cincin aromatic, misalnya fenilalanin, tirosin dan triptofan.

g. Membentuk ikatan dengan atom N pada gugus amino, misalnya prolin dan hidroksi prolin

Uraian klasifikasi asam amino berdasarkan strukturnya diuraikan lebih detail pada pembahasan berikut. Beberapa rumus kimia asam amino adalah sebagai berikut:

Page 17: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 51

51

2. Karbohidrat Molekul karbohidrat adalah substansi yang terdiri atas atom-atom C, H, dan O. Perbandingan antara molekul H dan O adalah 2:1. Jadi memiliki rasio yang sama dengan molekul air (H2O), misalnya: Ribosa = C6H10O5 Glukosa = C6H12O6 Sukrosa = C12H24O11

Rumusa empiris dari karbohidrat adalah Cn(H2O)n. Dengan dasar perbandingan tersebut, orang pada mulanya berkesimpulan bahwa dalam karbohidrat terdapat air, sehingga digunakan kata karbohidrat yang berasal dari kata karbon dan hidrat atau air.

Page 18: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

52 Biologi Sel

52

covalent bond by dehydration

Gambar 2.5. Struktur kimia glukosa, maltosa dan sukrosa

Karbohidrat sering disebut sakarida. Ada beberapa senyawa yang memiliki rumus empiris seperti karbohidrat tetapi bukan karbohidrat, misalnya C2H4O2 (asam asetat), CH2O (formaldehida). Dengan demikian, senyawa yang termasuk karbohidrat tidak hanya ditinjau dari rumus empirisnya saja, tetapi yang penting adalah rumus strukturnya. Dari rumus struktur, akan terlihat bahwa ada gugus fungsi penting yang terdapat pada molekul karbohidrat. Gugus fungsi itulah yang menentukan sifat senyawa tersebut. Berdasarkan gugus molekul yang ada pada karbohidrat, maka karbohidrat dapat didefenisikan secara kimia sebagai plohidroksialdehid atau polihidroksiketon serta yang menghasilkannya pada proses hidrolisis. Berbagai senyawa yang termasuk kelompok karbohidrat mempunyai molekul yang berbeda-beda

Page 19: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 53

53

ukurannya, yaitu dari senyawa sederhana dengan berat molekul ren-dah hingga berat molekul besar. Berbagai senyawa terse-but dapat dibagi dalam empat golongan, yaitu monosaka-rida, disakarida, oligosakarida, dan polisakarida. a. Monosakarida Monosakarida sering disebut gula sederhana (simple sugars) adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana lagi. Molekulnya hanya terdiri atas beberapa atom karbon saja. Monosakarida dapat dikelompokkan berdasarkan kandungan atom karbonnya, yaitu triosa, tetrosa, pentosa, dan heksosa atau heptosa. Misalnya : Triosa = (C3H6O3) Tetrosa = (C4H8O4) Pentosa = (C5H10O5) Heksosa = (C6H12O6) Monosakarida atau gula sederhana hanya terdiri atas satu unit polihidroksialdehida atau keton atau hanya terdiri atas satu molekul sakarida. Monosakarida yang umum dikenal mempunyai rumus empiris (CH2O)n, dimana n = 3 atau jumlah yang lebih besar lainnya. Kerangka monosakarida adalah rantai karbon berikatan tunggal yang tidak bercabang. Satu diantara atom karbon berikatan ganda terhadap suatu atom oksigen membentuk gugus karbonil, masing-masing atom karbon lainnya berikatan dengan gugus hidroksil. Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon, monosakarida tersebut adalah suatu aldosa, dan jika gugus karbonil berada pada posisi lain, monosakarida tersebut adalah suatu ketosa. Berbagai jenis monosakarida aldosa dan ketosa ditunjukkan pada gambar 2.6.

Page 20: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

54 Biologi Sel

54

Gambar 2.6 Berbagai jenis monosakarida dalam bentuk aldosa (Frisell, 1982)

b. Disakarida. Disakarida terdiri atas dua monosakarida yang berikatan kovalen terhadap sesamanya. Pada kebanyakan disakarida, ikatan kimia yang menggabungkan kedua unit monosakarida disebut ikatan glikosida, dan dibentuk jika gugus hidroksil pada salah satu gula bereaksi dengan karbon pada gula yang kedua.

Disakarida menghasilkan dua molekul monosakarida yang sama atau berbeda bila mengalami hidrolisis, misalnya:

Page 21: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 55

55

Maltosa →Glukosa + Glukosa Laktosa →Glukosa + Galaktosa Sukrosa →Glukosa + Fruktosa

Oligosakarida menghasilkan 3-6 molekul monosakarida bila mengalami hidrolisis, misalnya :

Maltotriosa →3 residu Glukosa Rafinosa →Galaktosa+ Galaktosa + Fruktosa Stakiosa → Galaktosa + Glukosa + Fruktosa

c. Polisakarida Polisakarida atau glikan tersusun atas unit-unit gula yang panjang. Polisakarida dapat dibagi menjadi dua kelas utama yaitu homopolisakarida dan heteropolisakarida. Homopolisakarida yang mengalami hidrolisis hanya menghasilkan satu jenis monosakarida, sedangkan heteropolisakarida bila mengalami hidrolisis sempurna menghasilkan lebih dari satu jenis monosakarida.

Page 22: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

56 Biologi Sel

56

Gambar 2.6. Struktur kimia pati dan selulosa

Polisakarida menghasilkan lebih dari enam molekul monosakarida bilamana mengalami hidrolisis, misalnya :

Amilum : amilosa → 250-300 glukosa amilopektin → 1000 glukosa Glikogen → Glukosa Selulosa → Glukosa + Selulosa Seluniosa → Glukosa

3. Lipida Lipida adalah senyawa organik berminyak atau berlemak yang tidak larut di dalam air tetapi larut di dalam pelarut non polar seperti eter, kloroform dan benzen. Jenis

Page 23: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 57

57

lipida yang paling banyak adalah triasilgliserol yang merupakan bahan bakar utama bagi hampir semua organisme. Lipida polar adalah komponen utama membran sel, yaitu “tempat” terjadinya reaksi-reaksi metabolik. Membran melindungi sel dari lingkungan dan juga memung-kinkan adanya kompartemen-kompartemen di dalam sel untuk aktivitas metabolik. Tetapi, membran bukan hanya sekedar pembungkus sel, tetapi membran mengandung banyak enzim penting dan sistim transpor.

a. Klasifikasi Klasifikasi lipida menurut Bloor (Mayes, 1988) adalah sebagai berikut : 1). Lipida sederhana, yaitu ester asam lemak dengan

berbagai alkohol, terdiri atas: a. Lemak, yaitu ester asam lemak dengan gliserol b. Lilin, yaitu ester asam lemak dengan alkohol

monohidrat yang mempunyai berat molekul yang lebih besar.

Page 24: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

58 Biologi Sel

58

Gambar 2.7. Struktur kimia asam lemak.

2).Lipida campuran, yaitu ester asam lemak yang mengandung gugus tambahan selain alkohol dan asam lemak, terdiri atas: a. Fosfolipida, yaitu lipida yang mengandung residu

asam fosfat sebagai tambahan asam lemak dan alkohol

b. Glikolipida, yaitu campuran asam lemak dengan karbohidrat

c. Lipida campuran lain seperti sulfolipida dan aminolipida, termasuk lipoprotein

d. Derivat lipida, yaitu zat yang diturunkan dari golongan-golongan di atas bila mengalami hidrolisis

Page 25: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 59

59

b. Asam lemak. Asam lemak adalah asam karboksilat yang diperoleh dari hidrolisis ester, terutama gliserol dan kolesterol. Asam lemak terdiri atas asam lemak jenuh, bila tidak mengandung ikatan rangkap, misalnya asetat, palmitat, stearat, dan arakidat, sedangkan asam lemak yang lain, yaitu asam lemak tidak jenuh, bila mengandung satu atau lebih ikatan rangkap, misalnya palmitoleat, oleat, elaidat, linoleat, dan arakhidonat. Trisasilgliserol sering disebut sebagai asam lemak netral adalah ester alkohol gliserol dan asam lemak. Jika asam lemak diesterifikasi dengan alkohol monohidrat yang mempunyai berat molekul besar sebagai pengganti gliserol, senyawa yang dihasilkan memiliki titik lebur yang tinggi dan disebut lilin. 1). Fosfolipida Fosfolifida meliputi (i) asam fosfatidat dan fosfa-tidilgliserol, (ii) fosfati-dilkolin, (iii) fosfatidiletanolamin, (iv) fosfatidilinositol, (v) fosfatidilserin, (vi) lisofosfolipid, (vii) plasmalogen, dan (viii) sfingomielin. Asam fosfatidat adalah penting sebagai perantara dalam sintesis triasilgliserol dan fosfolipida, tetapi tidak banyak ditemukan di dalam jaringan. Kardiolipin adalah fosfolipida yang ditemukan dalam membran mitokondria yang dibentuk dari fosfatidilgliserol.

Page 26: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

60 Biologi Sel

60

Fosfatidilkolin atau lesitin mengandung gliserol dan asam lemak serta asam fosfat dan kolin. Tersebar luas di dalam sel-sel tubuh dan mempunyai fungsi metabolik dan struktural yang sangat penting pada membran sel. Fosfatidiletanolamin atau sefalin mirip dengan fosfatidilkolin, hanya kolinnya diganti dengan etanolamin. Seperti halnya fosfatidilserin dan fosfatidiletanolamin, fosfatidilinositol juga merupakan komponen membran yang sangat penting. Fosfatidilserin mengandung asam amino sering sebagai pengganti etanolamin. Sfingomielin merupakan jenis fosfolipida yang banyak dijumpai pada jaringan otak dan saraf.

Gambar 2.8. Berbagai macam fosfolipida (http://www.

surrey.ac.uk/SBMS/ACADEMICS_homepage/hinton/Cell%20Biol%202%202004.)

Page 27: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 61

61

2). Glikolipida Glikolipida mengandung seramida dan galaktosa. Oleh sebab itu, sfingolipida dapat dikelompokkan ke dalam glikolipida. Glikolipida sederhana hanya mengandung galaktosa, asam lemak dengan berat molekul besar, dan sfingosin atau serebrosida. Masing-masing serebrosida dibedakan oleh jenis asam lemak dalam molekulnya.

Gambar 2.1 Struktur serebrosida (R=H) dan sulfatida (serebrosida sulfat, R=SO=) (Mayes, 1988)

3) Steroid Semua steroid memiliki inti siklik serupa yang menyamai fenanteren (cincin A, B, dan C) yang merupakan tempat perlekatan cincin siklopentana (D). Hormon steroid merupakan hormon turunan kolsterol, bersifat lipofilik dan dapat masuk ke dalam sel target.

Page 28: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

62 Biologi Sel

62

Reseptor umumnya terdapat di dalam inti sel, di dalam sitoplasma sel, dan kadang-kadang pada membrane plasma. Hormon steroid bekerja mengaktivasi DNA untuk sintesis protein, cara kerjanya lambat dan relatif lama. Beberapa contoh hormon steroid adalah cortisol, estrogen, and testosterone

Gambar 2.9. Beberapa contoh hormone steroid (Bowen, A.R. 2001)

4. Asam Nukleat Asam nukleat merupakan senyawa penting yang terdapat di dalam sel, tersusun atas unit-unit nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas basa purin atau pirimidin

Page 29: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 63

63

yang terikat pada gula pentosa dan diesterifikasi dengan asam fosfat. Di alam dikenal dua jenis asam nukleat yaitu ADN dan ARN. Gula pentosa terdiri atas ribosa dan deoksiribosa. Dalam keadaan bebas, gula tersebut berbentuk pirinosa, akan tetapi dalam suatu nukleotida gula tersebut berbentuk furanosa.

Gambar 2.2 Struktur gula ribosa dan deoksiribosa

Basa pirimidin diturunkan dari senyawa pirimidin yang berupa cincin pirimidin. Di dalam nukleotida dan asam nukleat, pirimidin yang umum dijumpai adalah sitosin, urasil, dan timin. Selain itu, sering dijumpai dalam bentuk 5-hidroksimetilsitosin dan 5-metilsitosin.

Page 30: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

64 Biologi Sel

64

Page 31: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

Komposisi Kimia Sel 65

65

Gambar 2.3 Struktur basa purin dan basa pirimidin

Anonim. 2007. DNA Structur and function. http://www.bios.niu.edu/johns/genetics/chromo_struct.ppt.

Basa purin adalah turunan dari senyawa purin yang mengandung cincin pirimidin dan cincin imidazol yang

Page 32: KOMPOSISI KIMIA SEL (adnan, UNM)

66 Biologi Sel

66

berikatan secara bersama. Basa purin yang sangat penting dalam nukleotida dan asam nukleat adalah adenin dan guanin. Jika basa purin dan basa pirimidin berikatan de-ngan gula, maka terbentuk nukleosida. Bila nukleosida diesterifikasi dengan asam fosfat, maka terbentuk nukleo-tida (gambar 2.12).

Gambar 2.4 Struktur nukleosida dan nukleotida (De Robertis et al., 1975).