Kuliah Biokimia Biomikromolekul dan

biomakromolekul dr. Syazili Mustofa, M. Biomed

Departemen Biokimia dan Biologi Molekuler

Fakultas Kedokteran Universitas Lampung

Tujuan pembelajaran

• Mengenal strukur dasar mikro molekul dan makro molekul. • Mengenal biopolymer. • Mahasiswa mampu menjelaskan pengertian biomolekul dan hirarkhi organisasi molekular sel • Karbohidrat: Sifat, susunan kimia dan penggolongan karbohidrat • peranan karbohidrat • Lipid: Asam lemak • Lipid penyusun utama membran • Karakteristik, penggolongan dan fungsi lipid • Mahasiswa mampu menjelaskan Asam amino dan Peptida: struktur umum dan sifat asam-amino • penggolongan asam amino • asam amino esensial-non esensial • ikatan peptida • Mahasiswa mampu menjelaskan penggolongan, sifat-sifat dan peranan protein dalam kehidupan • Mahasiswa mampu menjelaskan definisi basa nitrogen, gula pentosa, nukleosida,

Tujuan pembelajaran

• Mengenal strukur dasar mikro molekul dan makro molekul. • Mengenal biopolymer. • Mahasiswa mampu menjelaskan pengertian biomolekul dan hirarkhi organisasi molekular sel • Karbohidrat: Sifat, susunan kimia dan penggolongan karbohidrat • peranan karbohidrat • Lipid: Asam lemak • Lipid penyusun utama membran • Karakteristik, penggolongan dan fungsi lipid • Mahasiswa mampu menjelaskan Asam amino dan Peptida: struktur umum dan sifat asam-amino • penggolongan asam amino • asam amino esensial-non esensial • ikatan peptida • Mahasiswa mampu menjelaskan penggolongan, sifat-sifat dan peranan protein dalam kehidupan • Mahasiswa mampu menjelaskan definisi basa nitrogen, gula pentosa, nukleosida,

Biomolekul terdiri dari :

• Molekul anorganik, Air, elektrolit, • Biomikromolekul Molekul organik yang

berukuran kecil & berperan secara biologis, seperti: glukosa, asam amino, dll

• Biomakromolekul Molekul organik (polymer) yang berukuran besar & berperan secara biologis, seperti:

• Molekul berukuran besar (banyak jumlahnya) sintetis tidak termasuk biomakromolekul, karena tidak berperan secara biologis, seperti polystyrene (plastik), polyester (kain)

BIOMOLEKUL ; atom

• Untuk memahami fungsi biomekul, harus paham ikatan kimia Semua biomolekul adalah senyawa, dari tingkat yang paling sederhana ex: air H2O, elektrolit (dalam air) NaCl(Na+ + Cl; ploymer glukosa(glycogen; polymer asam amino (protein; interaksi antara protein berinteraksi dengan biomakromolekul lain secara tepat(suatu struktur yang fungsional, ex: mitokondria.

• Atom adalah satuan terkecil dari suatu materi yang terdiri atas inti, yang biasanya mengandung proton (muatan+) dan neutron (netral), dan kulit yang berisi muatan negatif yaitu elektron punya proton, neutron, elektron, (kecuali pd Hidrogen-1, yg tidak memiliki neutron) punya karekteristik tertentu, yaitu punya jumlah proton dan elektron yang sama (jika tdk sama disebut ion)

Unsur, molekul, dan ion

• Unsur adalah nama untuk kumpulan atom yang punya karakter yang sama Sekelompok atom yang memiliki jumlah proton yang sama pada intinya. Jumlah ini disebut sebagai nomor atom unsur. Contoh: semua atom yang memiliki 6 proton pada intinya adalah atom dari unsur kimia karbon, semua atom yang memiliki 92 proton pada intinya adalah atom unsur uranium.

• Molekul adalah gabungan dari beberapa atom unsur, bisa dua atau lebih. Jika gabungan dari atom unsur yang sama jenisnya maka disebut Molekul Unsur, Contohnya: O2, H2, O3, S8

• Jika gabungan dari atom unsur yang berbeda jenisnya maka disebut Molekul Senyawa, Contohnya: H2O, CO2, C2H5

• Ion adalah atom yang bermuatan listrik, ion yang bermuatan listrik disebut kation ion yang bermuatan negatif disebut anion.

Sifat kimia, kestabilan dan prinsip oktet

• Sifat kimia senyawa ditentukan oleh elektron terluar dari senyawa Jumlah unsur 118 di tabel periodik, sebagian besar berada dalam bentuk senyawa kecuali atom murni, gas mulia

• Gas mulia adalah unsur-unsur golongan VIIIA (18) dalam tabel periodik. Disebut mulia karena unsur-unsur ini sangat stabil (sangat sukar bereaksi). Tidak ditemukan satupun senyawa alami dari gas mulia.

• Menurut Lewis, kestabilan gas mulia tersebut disebabkan konfigurasi elektronnya yang terisi penuh, yaitu konfigurasi oktet (duplet untuk Helium). Helium, Neon, Argon, Kripton, Xenon, Radon

• Untuk memenuhi prinsip oktet tesebut, atom-atom harus bekerja sama, baik dengan sesama maupun dengan atom lain, kecuali gas mulia

• Prinsip oktet harus dipenuhi karena ketika terpenuhi, atom tersebut berada pada tingkat energi bebas yang paling rendah

Cara membentuk oktet bersama ?

• Sifat kimia senyawa ditentukan oleh elektron kulit terluar dari senyawa (1) Model atom Bohr, Niels Bohr mengemukakan bahwa atom terdiri dari inti berukuran sangat kecil dan bermuatan positif dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif yang mempunyai orbit.

• Muatan yang berlainan saling tarik menarik, demikian juga sebaliknya (2) Hukum Coulomb, Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya, yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya

Cara membentuk oktet bersama ?

• Jumlah energi minimum yang membuat elektron melompat ke suatu orbit yang lebih tinggi = kuantum. Dalam keadaan ini, elektron tereksitasi. Sebaliknya, jika sumber energi tidak ada elektron akan kembali ke orbit yang lebih rendah dan energi tadi akan dilepaskan, sebagai panas, muatan listrik, cahaya.

• Misal pada CH4, elektron kulit terluar akan membentuk orbit bersama yang melingkupi kedua atom yang menjadi konstituennya. Dengan cara seperti itu terbentuk ikatan kimia.

• Ikatan yang paling sederhana, 2H( H2 Ikatan kovalen = ikatan yang terbentuk dari pemakaian elektron kulit terluar, yang dipakai bersama-sama oleh 2 atom yang berikatan, demi mencapai sistem dengan energi bebas terendah

Karakteristik interaksi 2 atom yang sama & berbeda

• H2, O2, N2 (karena karakteristik atom-atom konstituennya sama, maka penggunaan elektron kulit terluar nya secara adil (ikatan kovalen Ikatan antara 2 atom yang berbeda, ex: CH4, antara atom C – 4H, ke-4 elektron kulit terluar atom C dan 1 elektron H, berada tepat ditengah-tengah antara inti atom C dan H. CH4 (ikatan kovalen non-polar/netral.

• lain halnya dengan Oksigen(kulit terluar semi radikal, ada 2 orbit di kulit terluar yang masing2 diisi 1 elektron, sehingga affinitas nya sangat kuat terhadap elektron. O – H ( H2O, elektron dari H tertarik sedikit mendekati inti atom O, akibatnya atom H relatif bermuatan positip & atom O relatif bermuatan negatip. Disebut ikatan kovalen terkutub, mempunyai polaritas.

Karakteristik interaksi 2 atom yang sama & berbeda

• Ada jg kelompok atom, kelebihan muatan positip sehingga akan menarik elektron paangannya ke orbit nya demi mencapai prinsip oktet (atom itu bermuatan negatip & pasangan nya positip. Dalam keadaan prinsip ini, interaksi antar atom tersebut terjadi karena prinsip tarik menarik antar atom berbeda muatan (membentuk ikatan ion, misalnya pada elektrolit, HCl, HI, HBr, HF)

• Ada 2 ikatan kimia – dasar (primer) = ikatan kovalen & ikatan ion – Ikatan kimia sekunder = ikatan kovalen netral & terkutub,

terbentuk setelah ada ikatan kovalen

Air

• Senyawa yang paling stabil, tidak dapat mengalami dekomposisi (penguraian) secara spontan, cepat atau lambat jika dibiarkan (begitu saja), sangat inert, tidak mudah bereaksi

• Air sangat stabil, karena merupakan senyawa yang tingkat energi bebasnya paling rendah

• Elektrolit yang larut dalam air memiliki peranan (di dalam sel) : Mempertahankan jumlah air supaya tidak berubah Garam-garam monovalen, ex: garam kalium, natrium; sifatnya sangat higroskopis, sehingga keberadaaannya dalam suatu ruang ikut mempertahankan air dalam jumlah tertentu

Air dan pH

• Air membantu mempertahankan pH intrasel dan ekstrasel Di dalam sel terjadi metabolisme, yang hasil akhirnya CO2 dan H2O; dimana hasil antara sebelumnya berupa asam organik, bahkan pada kondisi tertentu, misal pada keadaan hipoksia maka akan terbentuk hasil akhir yang berupa asam-asam organik, ex: produksi asam laktat meningkat pada keadaan hipoksia, glukosa dalam konsisi anaerob, hasil metabolit antara nya etanol( cuka (asam asetat). Jika asam organik ini dibiarkan, maka dapat mengganggu fungsi biomakromolekul.

• Untuk itu pH harus dipertahankan, baik intra sel maupun ekstra sel, dengan bantuan elektrolit. Dengan bantuan elektrolit (natrium, kalium), asam-asam organik tadi (umumnya asam lemah) akan membentuk larutan buffer

Air

• Molekul Air membentuk gugus yang terikat hidrogen dengan molekul air lainnya. Molekul air dapat bersifat sebagai donor atau akseptor proton untuk membentuk ikatan hidrogen antar molekul air lainnya. Ikatan hidrogen inilah yang menyediakan tegangan permukaan, viskositas, keadaan cair pada suhu kamar, dan daya pelarut air.

Struktur bangun air adalah tetrahedral • memiliki satu atom sebagai pusat dan empat

substituen yang tersusun dalam bentuk limas segitiga, atau tetrahedron ("empat muka").

• Molekul air akan saling berasosiasi melalui ikatan hidrogen, pada gambar ini ikatan hidrogen ditunjukkan dengan garis putus putus. Garis tegas adalah ikatan kovalen.

• Gambar kiri adalah hubungan antara dua molekul air dan gambar kanan hubungan gugus empat molekul air yang berikatan dengan ikatan hidrogen.

• air dapat menjalankan fungsi secara bersamaan yaitu sebagai donor hidrogen dan sebagai akseptor hidrogen.

Biomikromolekul dan biomakromolekul

• Biomikromolekul. Yaitu molekul-molekul organik yang umum ditemui dalam mahluk hidup apapun, umumnya dikelompokkan dalam 4 kelompok besar, yaitu glukosa,asam amino, lipid, bahan buangan hasil metabolisme misalnya: urea (pada mahluk bersel banyak, mamalia), asam urat, bilirubin, & bahan absorbsi dari makanan misalnya: glukosa, asam amino, vitamin

• Biomakromolekul Ada 4, yaitu (1) protein, (2) asam nukleat, (3) polisakarida, (4) lipid membran

Biomikromolekul

• Ada yang berupa bahan buangan baik di dalam sel atau luar sel (darah), yang harus dikeluarkan dari sel, yang berasal dari asam amino (protein) dan asam nukleat;

• bahan buangan yang berasal dari karbohidat dalam bentuk gas CO2 (1) dan air (2);

• urea; setiap asam amino memiliki unsur buangan ke 3 & 4 (urea), semua asam amino pasti punya gugus NH2 dan 2 asam amino memiliki gugus belerang. Jika asam amino mengalami metabolisme/degradasi, NH2 akan diproses lebih dahulu untuk kemudian bisa dipakai (sebagian) untuk senyawa lain dan sisanya (kelebihan) akan dibuang. Pada mahluk bersel banyak kelebihan ini akan dibuang dalam bentuk urea.

Biomikromolekul

• Asam urat, bahan buangan yang berasal dari asam nukleat (purin); purin tidak bisa diuraikan secara sempurna menjadi CO2, H2O, NH3, sehingga purin hanya dioksidasi dan dikeluarkan sebagai asam urat (uric acid).

• asam empedu, berasal dari kolesterol dan dibuang dalam jumlah kecil sehingga mungkin terdeposit,

• bilirubin, pada mahluk yang mempunyai hemoglobin, hasil pemecahan heme pada hemoglobin

• bahan yang dipakai, baik yang disentesis sendiri maupun yang berasal dari luar, yaitu glukosa, asam amino (asam amino essensial berasal dari absorpsi), lipid (asam lemak) dan vitamin senyawa biomikromolekul lain yang jumlah nya kecil, misalnya mediator growth hormon, second messenger (intrasel),

Glukosa

• suatu monosakarida terpenting yang digunakan sebagai sumber energi bagi hewan dan tumbuhan.

• salah satu hasil utama fotosintesis dan zat awal respirasi. • Bentuk alami (D-glukosa) disebut juga dekstrosa, terutama pada

industri pangan. • Rumus C6H12O6 berat molekul 180, mengandung enam atom

karbon. • Merupakan aldehid (mengandung gugus -CHO). Lima karbon dan

satu oksigennya membentuk cincin yang disebut "cincin piranosa“. Dalam cincin ini, tiap karbon terikat pada gugus samping hidroksil dan hidrogen kecuali atom kelimanya, yang terikat pada atom karbon keenam di luar cincin, membentuk suatu gugus CH2OH. Struktur cincin ini berada dalam kesetimbangan dengan bentuk yang lebih reaktif, yang proporsinya 0.0026% pada pH 7.

Gambaran proyeksi Haworth struktur glukosa (α-D-glukopiranosa)

α-D-glukopiranosa bentuk kursi

Proyeksi 2D-Fischer rantai D-glukosa

Glukosa

• Glukosa merupakan sumber tenaga yang terdapat di mana-mana dalam makhluk hidup. dapat dibentuk dari formaldehid pada keadaan abiotik mudah tersedia bagi sistem biokimia

• kecenderungan glukosa, dibandingkan dengan gula heksosa lainnya, yang tidak mudah bereaksi secara nonspesifik dengan gugus amino atau protein. Reaksi ini (glikosilasi) mereduksi atau bahkan merusak fungsi berbagai enzim. Rendahnya laju glikosilasi ini dikarenakan glukosa yang kebanyakan berada dalam isomer siklik yang kurang reaktif.

• Bentuk rantai D-Glukosa. • Dalam respirasi, melalui serangkaian reaksi terkatalisis enzim,

glukosa teroksidasi hingga akhirnya membentuk karbondioksida, air dan ATP

• Sebelum digunakan, glukosa dipecah dari polisakarida.

Asam amino • Asam amino adalah semua senyawa organik yang

memiliki gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina (biasanya -NH2). Keduanya terikat pada satu atom karbon (C) yang sama (disebut atom C alfa)

• Gugus karboksil memberikan sifat asam dan gugus amina memberikan sifat basa.

• Dalam bentuk larutan, asam amino bersifat amfoterik cenderung menjadi asam pada larutan basa dan menjadi basa pada larutan asam. Perilaku ini terjadi karena asam amino mampu menjadi zwitter-ion.

• Asam amino termasuk golongan senyawa yang paling banyak dipelajari karena salah satu fungsinya sangat penting dalam makhluk hidup yaitu sebagai penyusun protein

Gugus karboksil

Gugus Amina Bersifat basa

Atom C-alfa

Gugus atau rantai samping. membedakan satu asam amino dengan asam amino lainnya

Struktur asam α-amino, dengan gugus amina di sebelah kiri dan gugus karboksil di sebelah kanan.

Asam amino

• Asam amino biasanya diklasifikasikan berdasarkan sifat kimia rantai samping tersebut menjadi empat kelompok. Rantai samping dapat membuat asam amino bersifat asam lemah, basa lemah, hidrofilik jika polar, dan hidrofobik jika nonpolar.

• Protein tersusun dari berbagai asam amino yang masing-masing dihubungkan dengan ikatan peptida. Meskipun demikian, pada awal pembentukannya protein hanya tersusun dari 20 asam amino yang dikenal sebagai asam amino dasar atau asam amino baku atau asam amino penyusun protein (proteinogenik). Asam-asam amino inilah yang disandi oleh gen sebagai kode genetik.

• Fungsi asam amino – Penyusun protein dan enzim – Kerangka dasar sejumlah senyawa penting dalam dalam metabolisme

(terutama vitamin, hormon dan asam nukleat). – Pengikat ion logam penting yang diperlukan dalam dalam reaksi enzimatik

(kofaktor).

Klasifikasi asam amino

Asam amino alifatik sederhana • Glisina (Gly, G) • Alanina (Ala, A) • Valina (Val, V) • Leusina (Leu, L) • Isoleusina (Ile, I) Asam amino hidroksi-alifatik • Serina (Ser, S) • Treonina (Thr, T)

Asam amino dikarboksilat (asam) • Asam aspartat (Asp,

D) • Asam glutamat

(Glu, E) Amida • Asparagina (Asn, N) • Glutamina (Gln, Q) Asam amino basa • Lisina (Lys, K) • Arginina (Arg, R) • Histidina (His, H)

(memiliki gugus siklik)

Asam amino dengan sulfur • Sisteina (Cys, C) • Metionina (Met,

M) Prolin • Prolina (Pro, P)

(memiliki gugus siklik)

Asam amino aromatik • Fenilalanina (Phe,

F) • Tirosina (Tyr, Y) • Triptofan (Trp, W)

(singkatan dalam kurung

menunjukkan singkatan tiga huruf dan satu huruf yang sering digunakan)

Asam amino essensial

• spesies tersebut memerlukannya tetapi tidak mampu memproduksi sendiri atau selalu kekurangan asam amino yang ini.

• Untuk memenuhi kebutuhan ini, spesies itu harus memasoknya dari luar (lewat makanan). Istilah "asam amino esensial" berlaku hanya bagi organisme heterotrof.

• Bagi manusia, ada delapan (ada yang menyebut sembilan) asam amino esensial yang harus dipenuhi dari diet sehari-hari, yaitu isoleusina, leusina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofan, dan valina. Histidina dan arginina disebut sebagai "setengah esensial" karena tubuh manusia dewasa sehat mampu memenuhi kebutuhannya. Asam amino karnitin juga bersifat "setengah esensial" dan sering diberikan untuk kepentingan penobatan.

• glukosa,asam amino, lipid, bahan buangan hasil metabolisme misalnya: urea (pada mahluk bersel banyak, mamalia), asam urat, bilirubin, & bahan absorbsi dari makanan misalnya: glukosa, asam amino, vitamin

Lipid

• Lipid adalah sekelompok senyawa yang mempunyai ciri; relativ tidak larut dalam air, namun larut dalam pelarut nonpolar seperti eter dan kloform.

• lipid adalah senyawa yang tidak berhubungan secara kimiawi, namun berhubungan secara fisikawi merupakan gabungan dari berbagai substansi yang tidak berhubungan secara kimiawi.

• Yang termasuk lipid adalah lemak, minyak, steroid, dan lilin.

Fungsi Lipid

• sebagai bahan bakar pada tubuh lebih banyak menghasilkan energi daripada karbohidrat. Satu gram lipid menghasilkan energi 9,5 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat menghasilkan energi sebesar 4 kalori.

• Selain itu lipid juga dapat disimpan dalam tubuh kita dengan jumlah tak terbatas, berbeda dengan karbohidrat yang disimpan terbatas dalam bentuk glikogen. Kelebihan lipid pada manusia akan disimpan dalam jaringan adiposa.

• Jaringan ini merupakan penahan panas pada jaringan bawah kulit dan melindungi beberapa organ, misalnya ginjal.

• Manusia harus menkonsumsi lipid karena lipid mengandung asam lemak esensial, vitamin larut lemak (vitamin A, D, E dan K) dan berbagai mikronutrien yang terkandung dalam lemak alami makanan. Makanan yang mengandung asam lemak omega 3 rantai panjang bermanfaat bagi beberapa penyakit kronis seperti penyakit kardiovaskular, artritis rematik, dan dimensia.

Klasifikasi lipid

Pembagian ini disebut klasifikasi Bloor. • Lipid sederhana adalah bentuk ester asam lemak dengan berbagai

alkohol. Ada dua contoh lipid sederhana yaitu lemak dan lilin. Lemak adalah bentuk ester dari asam lemak dengan gliserol. Pada kondisi cair, lemak disebut minyak. Lilin adalah bentuk ester dari asam lemak dengan alkohol monohidril yang memiliki berat molekul yang lebih tinggi dari pada gliserol.

• Lipid kompleks adalah bentuk ester asam lemak yang mengandung alkohol, dan beberapa bagian lain. Ada tiga jenis lemak kompleks, yaitu fosfolipid, glikolipid, dan lipid kompleks lainnya. Fosfolipid mengandung residu asam fosforik. Lipid ini terkadang memiliki basa yang mengandung nitrogen (misalnya kolin) dan berbagai substituen lainnya. Pada kebanyakan fosfolipid, alkoholnya berupa gliserol (disebut gliserofosfolipid), namun pada sfingofosfolipid, alkoholnya berupa sfingosin, yang mengandung gugus asam amino. Glikolipid adalah lipid kompleks yang mengandung asam lemak, sfingosin dan karbohidrat. Lipid kompleks lainnya contohnya sulfolipid, aminolipid dan lipoprotein.

Klasifikasi lipid

• Turunan lipid terbentuk dari hidrolisis lipid sederhana maupun lipid kompleks. Contohnya adalah asam lemak, gliserol, steroid, lemak aldehid, benda keton, hidrokarbon, dan mikronutrien, serta hormon. Sebagian turunan lipid ini juga berperan sebagai pembentuk lipid sederhana atau lipid kompleks , misalnya asam lemak dan gliserol.

• Lipid jenis lainnya adalah kelompok lipid yang tidak terklasifikasi karena sulit digolongkan. Jumlahnya sangat banyak misalnya skualen, karotenoid, Vitamin E dan Vitamin K.

Biomakromolekul

• ada 4, yaitu (1) protein, (2) asam nukleat, (3) polisakarida, (4) lipid membran.

• Mendukung secara global fungsi kehidupan; Protein, melaksanakan hampir seluruh fungsi kehidupan, kecuali mempertahankan sandi genetik; polisakarida, sangat berperan sebagai cadangan makanan dalam sel, pembentuk strukur membran, berperan sebagai jaringan dasar (ground substance) tempat melekatnya sel-sel satu sama lain pada mahluk multiseluler (fungsi pendukung); lipid membran, melapisi seluruh permukaan membran sel

Protein

• asal kata protos dari bahasa yunani berarti "yang paling utama")

• Senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida melalui sintesis dehidrasi.

• Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, kadang sulfur dan fosfor.

• berperan penting dalam struktur dan fungsi semua makhluk hidup dan virus.

Sintesis protein

• Biosintesis Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik . Kode genetik pada gen ditranskripsikan menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan untuk proses translasi yang dilakukan ribosom Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh. • Sintesis kimia Protein pendek dapat juga disintesis decara kimia dengan metode yang disebut sintesis peptida mendasarkan pada teknis sintesis organik seperti ligasi kimia untuk menghasilkan peptida dalam jumlah tinggi.

Struktur protein

• Struktur protein dapat dilihat sebagai hierarki, yaitu berupa struktur primer (tingkat satu), sekunder (tingkat dua), tersier (tingkat tiga), dan kuartener (tingkat empat)

• struktur primer protein merupakan urutan asam amino penyusun protein yang dihubungkan melalui ikatan peptida. Urutan asam amino menentukan fungsi protein, translokasi asam amino akan mengubah fungsi protein.

Struktur protein

• struktur sekunder protein adalah struktur tiga dimensi lokal dari berbagai rangkaian asam amino pada protein yang distabilkan oleh ikatan hidrogen. Berbagai bentuk struktur sekunder misalnya ialah sebagai berikut: – alpha helix (α-helix, "puntiran-alfa"), berupa pilinan rantai

asam-asam amino berbentuk seperti spiral;

– beta-sheet (β-sheet, "lempeng-beta"), berupa lembaran-lembaran lebar yang tersusun dari sejumlah rantai asam amino yang saling terikat melalui ikatan hidrogen atau ikatan tiol (S-H);

– beta-turn, (β-turn, "lekukan-beta"); dan

– gamma-turn, (γ-turn, "lekukan-gamma").

Struktur protein

• struktur tersier yang merupakan gabungan dari aneka ragam dari struktur sekunder. Struktur tersier biasanya berupa gumpalan atau benang.

• Beberapa molekul protein dapat berinteraksi secara fisik tanpa ikatan kovalen membentuk oligomer yang stabil (misalnya dimer, trimer, atau kuartomer) dan membentuk struktur kuartener. contoh struktur kuartener yang terkenal adalah insulin.

Struktur protein

Asam amino Lembaran beta Puntiran alfa Lembaran beta

Struktur sekunder pelipatan atau perpuntiran lokal polipeptida menjadi lembaran lembaran atau puntiran puntiran

Struktur primer. Untaian rantai asam amino

Struktur tersier pelipatan tiga dimensi protein karena interaksi rantai samping

Struktur kuartener protein mengandung lebih dari satu rantai asam amino

Fungsi protein

• Protein merupakan aktor utama dalam sel yang banyak terlibat dalam proses regulator.

Enzim • Enzim merupakan protein yang terlibat sebagai katalisator dalam berbagai

macam reaksi kimia di dalam tubuh. Antibodi • Antibodi merupakan protein khusus yang berperan penting dalam

pertahanan tubuh. Pensinyalan sel dan pengikatan ligan • Banyak protein terlibat dalam proses pensinyalan sel dan transduksi sinyal.

Contohnya yaituinsulin yang berperan penting dalam pengaturan glukosa dalam darah.

Protein struktural • Protein struktural berperan dalam kekerasan dan kekakuan komponen

biologis. Kebanyakan protein struktural yaitu protein fibrous sebagai contoh kolagen.

asam nukleat

• Asam nukleat adalah makromolekul yang kompleks, berbobot tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah DNA dan RNA. Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.

• Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah nitrogen nitrogen hetero siklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2- deoksiribosa. Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan:adenin, sitosin dan guanin dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timin dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.

Nukleotida

Basa nitrogen

Karbohidrat

Karbohidrates adalah aldehid atau keton yang merupakan turunan dari alkohl polihidrik

Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh terutama sebagai bahan bakar (misalnya glukosa) cadangan makanan (misalnya pati pada tumbuhan dan glikogen pada hewan), dan materi pembangun (misalnya pada tumbuhan, kitin pada hewan dan jamur

Karbohidrat mengandung fungsi karbonil (sebagai aldehid atau keton) dan banyak gugus hidroksil.

Struktur pati dan glikogen. Amilosa adalah polimer linier residu glukosa yang terhubung α1 → 4, yang melilit menjadi heliks. Amilopektin dan glikogen terdiri dari rantai pendek residu glukosa yang terhubung α1 → 4 dengan titik cabang yang dibentuk oleh ikatan glikosida α1 → 6.

Lipid membran

• Fosfolipid dan lipoprotein penting sebagai penyusun membran alamiah seperti membran sel dan membran organel sel seperti mitokondria. Lipoprotein juga berfungsi sebagai pembawa trigliserida dan kolesterol dalam pembuluh darah. Fosfolipid adalah lipid utama pada membran biologis. Fosfolipid adalah turunan dari asam fosfatidik. Seperti trigliserida, gliserofosfolipid mempunyai spektrum asam lemak pada posisi sn-1 dan sn-2, namun pada posisi sn-3 ditempati oleh fosfat yang teresterifisasi pada senyawa amino. Fosfat bertindak sebagai jembatan ester, menghubungkan diasilgliserida dengan senyawa nitrogen yang polar, misalnya kolin, etanolamin, atau serin. Fosfatidil kolin biasanya terdiri dari 18 atom karbon serta mengandung asam palmitat atau asam stearat pada sn-1nya, dan asam lemak tak jenuh seperti asam oleat, linoleat, atau linolenat pada posisi sn-2nya.

Membran biologis

• Saat fosfolipid terdispersi dalam larutan berbahan air, maka fosfolipid akan spontan membentuk struktur pipih (lamellar), dan pada kondisi yang cocok akan melanjutkan membentuk struktur dua lapis, yang bukan hanya berbentuk pipih namun juga membentuk kantong tertutup, disebut liposom. Liposom ini adalah sebuah model struktur membran biologis, dimana terdapat dua lapis lipid polar dengan sisi polar terpapar lingkungan cairan akuos dan bagian asam lemaknya yang hidrofobik terlindung di bagian dalam membran. Permukaan liposom adalah bagian yang liat, mobil, dan fleksibel pada suhu tubuh.

• Saat fosfolipid berada dalam konsentrasi yang kritis di dalam media akuos, fosfolipid akan membentuk misel. Penggumpalan garam empedu ke dalam bentuk misel dan liposom sangat penting dalam memfasilitasi penyerapan lipid di usus halus.

Membran biologis

• Liposom juga dapat dibuat secara in vitro dengan cara sonikasi lipid amfifatik dalam media akuos. Sonikasi adalah proses penggetaran sampel biologi dengan menggunakan gelombang ultrasonik. Liposom hasil sonikasi dapat digunakan pembawa misalnya sebagai pembawa molekul obat pada sirkulasi yang mentarget organ spesifik seperti pada terapi kanker, bisa juga digunakan sebagai media transfer gen kedalam sel di vaskular, atau sebagai pembawa molekul aktif obat dalam sediaan topikal dan transdermal

• Membran biologis juga mengandung bagian penting dari lipid amfifatik, yaitu kolesterol. Kolesterol berbentuk pipih, kaku, hidrofobik dan memiliki bagian polar berupa grup hidroksil. Kolesterol ditemukan pada hampir semua membran biologis dan menjadi pengatur fluiditas membran. Pada temperatur rendah, kolesterol menghalangi perlekatan antar rantai asam lemak dan meningkatkan fluiditas, namun pada temperatur tinggi, kolesterol cenderung tidak berfungsi dan menurunkan fluiditas. Kombinasi kolesterol-fosfolipid menghasilkan bentuk intermediet antara gel dengan kristalin cair membran biologis, yang membuat struktur membran menjadi stabil dan luwes.