BIOKIMIA

Biomolekul dalam Perspektif Al-Qur’an

ii

UU No 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta Fungsi dan Sifat hak Cipta Pasal 2 1. Hak Cipta merupakan hak eksklusif bagi pencipta atau pemegang Hak

Cipta untuk mengumumkan atau memperbanyak ciptaannya, yang timbul secara otomatis setelah suatu ciptaan dilahirkan tanpa mengurangi pembatasan menurut peraturan perundang-undangan yang berlaku.

Hak Terkait Pasal 49 1. Pelaku memiliki hak eksklusif untuk memberikan izin atau melarang

pihak lain yang tanpa persetujuannya membuat, memperbanyak, atau menyiarkan rekaman suara dan/atau gambar pertunjukannya.

Sanksi Pelanggaran Pasal 72 1. Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan perbuatan

sebagaimana dimaksud dalam pasal 2 ayat (1) atau pasal 49 ayat (2) dipidana dengan pidana penjara masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp 1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah).

2. Barangsiapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah)

iii

BIOKIMIA

Biomolekul dalam Perspektif Al-Qur’an

iv

Katalog Dalam Terbitan (KDT)

JULIANTO, Tatang S.

Biokimia: Biomolekul dalam Perspektif Al-Qur’an/oleh Tatang S Julianto.--Ed.1, Cet. 2--Yogyakarta: Deepublish, Maret 2015.

viii, 101 hlm.; Uk:15.5x23 cm ISBN 978-602-280-154-2 1. Biokimia I. Judul

572 Cetakan Pertama November 2013

Desain cover : Herlambang Rahmadhani Penata letak : Ika Fatria Iriyanti

Jl. Rajawali, G. Elang 6, No 3, Drono, Sardonoharjo, Ngaglik, Sleman

Jl.Kaliurang Km.9,3 – Yogyakarta 55581 Telp/Faks: (0274) 4533427

Hotline: 0838-2316-8088 Website: www.deepublish.co.id e-mail: deepublish@ymail.com

PENERBIT DEEPUBLISH (Grup Penerbitan CV BUDI UTAMA)

Anggota IKAPI (076/DIY/2012)

Copyright © 2015 by Deepublish Publisher All Right Reserved

Isi diluar tanggung jawab percetakan

Hak cipta dilindungi undang-undang Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini

tanpa izin tertulis dari Penerbit.

v

KATA PENGANTAR

Assalamu alaikum warahmatullahi wabarokatuh,

Alhamdulillahirobbil’alamin. Segala puji syukur ke hadirat

Allah SWT yang dengan segala limpahan rahmat dan karunia-Nya,

akhirnya buku ini dapat tersusun.

Buku ini disusun sebagai buku ajar Matakuliah Biokimia

dengan sajian yang berbeda dengan buku ajar Biokimia lainnya.

Dalam buku ini penulis mencoba untuk menghadirkan sisi religius

Islam khususnya firman-firman Allah yang termaktub dalam ayat-

ayat Al-Qur’an kaitannya dengan bahasan Biokimia yang selama

ini cenderung mengesampingkan pesan-pesan Al-Qur’an yang

seharusnya justru menjadi sumber ilmu dan petunjuk bagi manusia

termasuk bagi para peminat Biokimia. Banyak fenomena dan

peristiwa biokimia yang sebenarnya telah Allah sampaikan melalui

firman-firman-Nya dalam Al-Qur’an tanpa kita sadari. Betapa besar

dan agungnya Allah dengan segala ciptaan-Nya. Seluruh

biomolekul penyusun makhluk hidup tunduk dan patuh terhadap

hukum-hukum kimia dan fisika yang merupakan sunnah-Nya

sehingga walaupun terlihat sangat rumit namun terorganisasi

dengan rapih dan sempurna.

Semoga buku ini dapat bermanfaat bagi para pembaca

dalam memahami biomolekul sebagai pemeran utama dalam reaksi

biokimia serta menggugah untuk mengkaji Al-Qur’an lebih

mendalam khususnya yang berkaitandengan bidang biokimia.

Buku ini merupakan bahasan pendahuluan Biokimia yang khusus

membahas biomolekul penyusun makhluk hidup. Materi

vi

metabolisme biomolekul akan dibahas pada jilid lainnya dengan

tetap menghadirkan Al-Qur’an sebagai rujukannya.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam buku

ini. Oleh karenanya penulis berharap adanya masukan dan kritikan

untuk kesempurnaan buku ini di masa mendatang.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Badan

Pengembangan Akademik (BPA) Universitas Islam Indonesia (UII)

Jogjakarta yang telah memberi dukungan melalui Program Hibah

Kompetisi Program Studi (PHKPS) sehingga buku ini dapat

terwujud. Semoga Allah membalasnya dengan ganjaran yang

berlimpah.

Wassalamu alaikum warahmatullahi wabarokatuh.

Jogjakarta, 20 November 2013

Tatang S Julianto

vii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................. v

DAFTAR ISI ........................................................................................... vii

BAB 1. Falsafah Biokimia ............................................................... 1

BAB 2. Pengantar Biomolekul ....................................................... 9

BAB 3. Air ....................................................................................... 19

BAB 4. Karbohidrat ....................................................................... 31

BAB 5. Asam Amino dan Protein ............................................... 45

BAB 6. Enzim ................................................................................. 59

BAB 7. Lipida ................................................................................. 67

BAB 8. Asam Nukleat ................................................................... 75

BAB 9. Energetika Sel ................................................................... 87

BAB 10. Pengantar Metabolisme ................................................... 95

viii

1

BAB 1. Falsafah Biokimia

Di dalam matakuliah biokimia kita mempelajari proses

kimia yang terjadi di dalam zat hidup. Berbagai penelitian yang

telah dilakukan terhadap sel hidup suatu organisme menunjukkan

bahwa sel hidup itu tidak lain adalah kumpulan zat tak hidup. Zat

ini dapat diisolasi dan dipelajari dengan berbagai cara kimia dan

fisika seperti yang biasa dilakukan terhadap senyawa kimia

lainnya. Di dalam sel hidup organisme, zat tersebut bercampur,

bereaksi, dan berinteraksi satu dengan yang lain membentuk suatu

susunan yang rumit tetapi terorganisasi dengan rapih.

Organisme merupakan rangkaian rumit dan menakjubkan

dari berbagai senyawa kimia yang secara tetap berperan dalam

sederetan reaksi kimia yang saling berkaitan. Kenyataan bahwa

ilmu biokimia memungkinkan kita menata kerumitan ini ke dalam

sejumlah pola yang dapat dipahami merupakan daya tarik yang

besar dalam mempelajari ilmu biokimia. Banyak yang harus

dipelajari, tetapi bersama dengan bertambahnya pengetahuan yang

terinci dengan baik orang dapat mempelajari berbagai kebenaran

mengenai semua makhluk hidup sebagai tanda-tanda kebesaran

Allah SWT. Allah berfirman dalam Al-Qur’an Surat Ali-Imran: 190

– 191.

2

190. Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal,

191. (yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan Ini dengan sia-sia, Maha Suci Engkau, Maka peliharalah kami dari siksa neraka.

Ilmu biokimia merupakan hal yang pokok untuk dapat

mempelajari wujud kehidupan ini. Pengetahuan biokimia, seperti

pengetahuan matematika, sudah merupakan sarana yang umum

bagi para peminat pada berbagai cabang ilmu, yang pada

gilirannya sering memberikan sumbangan yang berarti bagi

pengetahuan itu sendiri.

Apa yang dapat ditawarkan dengan menggunakan ilmu

biokimia sebagai media untuk menjelaskan kehidupan?

Ilmu biokimia dapat menjelaskan asal-usul suatu bentuk.

Unsur kimia penyusun dan gaya yang timbul di antara mereka

menentukan susunan mikroskopik yang menentukan sifat dasar sel

dan organel sel penyusunnya. Asas biokimia merupakan sarana

pilihan untuk menjelaskan hal tersebut. Ilmu biokimia memerikan

tentang berbagai gaya yang berperan dalam penggabungan sel.

3

Bahasa biokimia melebur ke dalam bahasa anatomi apabila

bahasannya menyangkut tingkat organisasi yang lebih kompleks.

Dalam Al-Qur’an, Allah menggambarkan suatu peristiwa

bagaimana bentuk manusia diciptakan.

QS. Al-Mu’minun (23) : 13 – 14

13. Kemudian kami jadikan saripati itu air mani (yang disimpan) dalam tempat yang kokoh (rahim).

14. Kemudian air mani itu kami jadikan segumpal darah, lalu segumpal darah itu kami jadikan segumpal daging, dan segumpal daging itu kami jadikan tulang belulang, lalu tulang belulang itu kami bungkus dengan daging. Kemudian kami jadikan dia makhluk yang (berbentuk) lain. Maka Maha sucilah Allah, Pencipta yang paling baik.

Ilmu biokimia juga menjelaskan hereditas, yaitu penurunan

sifat-sifat dari induk kepada keturunannya. Informasi tentang sifat

dan perilaku organisme yang diturunkan dari generasi ke generasi

dan cara penyampaiannya ternyata bersifat molekular. Gabungan

dari berbagai informasi tersebut menyusun ilmu genetika, tetapi

rinciannya ada dalam ilmu biokimia.

4

QS. Ar-Ruum (30): 20

20. Dan di antara tanda-tanda kekuasaan-Nya ialah dia menciptakan kamu dari tanah, Kemudian tiba-tiba kamu (menjadi) manusia yang berkembang biak.

QS. As-sajdah (32) : 8 – 9

8. Kemudian dia menjadikan keturunannya dari saripati air yang hina.

9. Kemudian dia menyempurnakan dan meniupkan ke dalamnya roh (ciptaan)-Nya dan dia menjadikan bagi kamu pendengaran, penglihatan dan hati; (tetapi) kamu sedikit sekali bersyukur.

Gerakan adalah gejala molekular yang dihasilkan oleh daur

pembentukan dan pemutusan ikatan kimia. Energi didapatkan dari

metabolisme berbagai senyawa yang memasuki organisme dengan

aliran tetap, sedangkan produk reaksi tersebut dieksresikan ke

lingkungan sekitar. Ilmu biokimia menjelaskan keseluruhan proses

pembentukan dan penggunaan energi.

5

Demikian Allah menciptakan bentuk dan fungsi-fungsi

suatu makhluk hidup dalam suatu organisasi yang rumit namun

terorganisasi dengan sempurna.

Ciri zat hidup

Benda hidup tersusun atas molekul-molekul yang tidak

bernyawa. Bila komponen benda hidup diisolasi dan diteliti satu

persatu, molekul-molekul ini tidak bertentangan dengan semua

hukum fisika dan kimia yang berlaku bagi benda-benda mati.

Al-Qur’an telah memberikan informasi ini melalui firman

Allah dalam Surat Al-An’am ayat 95.

QS. Al-An’am (6): 95

95. Sesungguhnya Allah menumbuhkan butir tumbuh-tumbuhan dan biji buah-buahan. dia mengeluarkan yang hidup dari yang mati dan mengeluarkan yang mati dari yang hidup. (yang memiliki sifat-sifat) demikian ialah Allah, Maka Mengapa kamu masih berpaling?

Namun demikian, organisme hidup mempunyai sifat-sifat

khusus yang tidak diperlihatkan oleh benda mati.

Ciri-ciri Materi Hidup

No Benda hidup Benda mati

1 Kompleks dan terorganisasi dengan baik

Terdiri dari campuran acak dari senyawa kimia yang sederhana

2 Mempunyai fungsi atau tujuan tertentu

Senyawa-senyawa penyusunnya kebetulan saja berada pada benda tersebut

6

No Benda hidup Benda mati

3 Mempunyai kemampuan untuk mengambil energi dari sekelilingnya; mengubah dan menggunakan energi tersebut untuk mempertahankan struktur oganisasi komponen (molekul) penyusunannya

Energi yang diserap akan menyebabkan berkurangnya kemantapan zat tersebut sehingga dapat terjadi proses penguraian

4 Mempunyai kemampuan mereplikasi diri

Tidak dapat mereplikasi diri

Pengertian Biokimia dalam makhluk hidup

Jika memang zat hidup terdiri atas zat tak hidup yang

berupa molekul kimia, lalu bagaimanakah mungkin bahwa zat

hidup itu berbeda secara radikal dari zat tak hidup?

Para filsafat pernah menjawab bahwa organisme hidup

dikaruniai suatu kekuatan hidup yang misterius dan ilahi (doktrin

vitalisme). Tetapi doktrin ini ditolak oleh ilmu pengetahuan

modern yang sekuler, yang mencari fenomena yang rasional.

Menurut mereka jawaban dari pertanyaan di atas merupakan

tujuan dari ilmu biokimia, yaitu mengetahui bagaimana kumpulan

zat tak hidup tersebut bercampur, bereaksi dan berinteraksi satu

dengan yang lain untuk mempertahankan dan melangsungkan

keadaan hidup. Mereka tidak mengetahui bahwa suatu urusan

ghoib yang menjadi penentu bentuk kehidupan. Urusan tersebut

adalah Ruh. Ketika Allah berkehendak memisahkan Ruh dari suatu

jasad makhluk hidup, maka tidak yang mampu menghalangi suatu

kematian walaupun jasad tersebut dalam keadaan yang baik. Jasad

yang telah terpisah dari Ruh-nya telah menjadi suatu bentuk

makhluk tak hidup.

7

QS. Al-an’am (6) : 59

59. Dan pada sisi Allah-lah kunci-kunci semua yang ghaib; tidak ada yang mengetahuinya kecuali dia sendiri, dan dia mengetahui apa yang di daratan dan di lautan, dan tiada sehelai daun pun yang gugur melainkan dia mengetahuinya (pula), dan tidak jatuh sebutir biji-pun dalam kegelapan bumi, dan tidak sesuatu yang basah atau yang kering, melainkan tertulis dalam Kitab yang nyata (Lauh Mahfudz)"

Di dalam biokimia kita mempelajari proses biokimia yang

terjadi dalam zat hidup. Jadi semua hukum kimia dan fisika yang

berlaku dalam proses kimia juga berlaku dalam zat hidup (proses

biologi mengikuti prinsip kimia dan fisika). Biologi adalah kimia,

dengan pengertian bahwa biologi bukanlah cabang ilmu kimia,

seperti kimia organik, kimia anorganik, ataupun kimia fisika.

Di sini molekul kimia yang terdapat dalam zat hidup itu

tidak hanya bercampur dan bereaksi membentuk biomolekul dan

berbagai komponen zat hidup lainnya, akan tetapi juga

mengadakan interaksi satu dengan yang lainnya mengikuti prinsip

lain dari hukum kimia dan fisika yang telah kita kenal. Prinsip ini

disebut prinsip azas logika molekul zat hidup (Principles of

molecular logic of living state).

8

9

BAB 2. Pengantar Biomolekul

Hanya 27 dari 92 unsur kimia alami yang penting bagi

berbagai makhluk hidup. Kebanyakan unsur di dalam makhluk

hidup mempunyai bilangan atom yang relatif rendah; hanya tiga

yang mempunyai bilangan atom di atas 34. Senyawa kimia yang

mengandung karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen merupakan

unsur yang paling utama di dalam organisme hidup.

Kimiawi organisme hidup terorganisasi di sekitar unsur

karbon yang mencapai lebih dari setengah berat keringnya.

Beberapa keistimewaan atom karbon tersebut diantaranya

adalah:

1. Membentuk empat (4) ikatan kovalen dengan atom lain

2. Dapat membentuk ikatan tunggal dan ganda dengan atom

oksigen dan nitrogen

3. Kemampuan memakai bersama pasangan elektron dengan

sesama karbon sehingga membentuk ikatan tunggal dan

ganda karbon-karbon yang stabil

4. Atom karbon yang terikat secara kovalen dapat disambung

membentuk berbagai jenis struktur (rantai linier, rantai

bercabang, struktur siklik dan bujur sangkar, dan kombinasi

struktur-struktur ini) untuk membentuk kerangka berbagai

jenis molekul organik.

Keistimewaan atom karbon tersebut menghasilkan jutaan

senyawa-senyawa kimia yang mampu berinteraksi satu dengan

10

lainnya dalam kaidah hukum fisika dan kimia menghasilkan fungsi

hidup yang menakjubkan.

QS. Al-Dzariyat (51) : 49

49. Dan segala sesuatu Kami ciptakan berpasang-pasangan supaya kamu mengingat kebesaran Allah.

QS. Yasin (36) : 36

36. Maha Suci Tuhan yang Telah menciptakan pasangan-pasangan semuanya, baik dari apa yang ditumbuhkan oleh bumi dan dari diri mereka maupun dari apa yang tidak mereka ketahui.

Pasangan-pasangan ikatan yang dibentuk atom karbon

tersebut menghasilkan zat yang disebut sebagai biomolekul.

Sifat Biomolekul:

1. Biomolekul mempunyai bentuk dan ukuran yang spesifik.

Hal ini disebabkan keempat ikatan kovalen tunggal atom

karbon terpisah di dalam suatu susunan tetrahedral dengan

sudut kira-kira 109,5o di antara dua ikatannya. Sudut ini

bervariasi pada molekul organik yang berbeda. Karena sifat

11

ini, senyawa karbon organik yang berbeda dapat berbeda

pula struktur tiga dimensinya.

2. Kebebasan sempurna dalam rotasi terhadap setiap ikatan

tunggal karbon, kecuali jika ada gugus berukuran besar atau

bermuatan tinggi yang terikat pada kedua atom karbon,

yang dapat menghambat rotasi.

3. Ikatan kovalen karbon mempunyai panjang yang khas.

Ikatan tunggal karbon-karbon mempunyai panjang rata-rata

0,154 nm (1,54 Å), ikatan ganda memiliki panjang ikatan

yang lebih pendek kira-kira 0,134 nm.

QS. Al-Furqon (25):2

2. Yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu baginya dalam kekuasaan(Nya), dan dia Telah menciptakan segala sesuatu, dan dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya*.

[*] Maksudnya: segala sesuatu yang dijadikan Tuhan diberi-Nya

perlengkapan-perlengkapan dan persiapan-persiapan, sesuai

dengan naluri, sifat-sifat dan fungsinya masing-masing dalam

hidup.

Sifat-sifat di atas memberikan konformasi tiga dimensi pada

biomolekul. Konformasi tiga dimensi biomolekul organik

merupakan hal yang paling penting dalam banyak aspek biokimia,

contohnya:

12

1. Dalam reaksi katalitik suatu enzim dan substratnya

2. Dalam pengikatan hormon oleh reseptornya dalam

permukaan sel

3. Dalam replikasi DNA

Biomolekul yang terdapat di dalam zat hidup berbeda dari

senyawa kimia yang ada di sekelilingnya (O2, CO2, N2, garam-

garam anorganik, ion-ion logam, daln lain-lain), karena berat

molekulnya jauh lebih besar dan strukturnya yang kompleks.

Jasad hidup yang paling sederhana, yaitu jazad bersel satu,

misalnya bakteri, terdiri dari berbagai senyawa kimia organik yang

mempunyai berat molekul besar dalam jumlah banyak sekali

dengan struktur yang kompleks.

Diperkirakan ada 1.200.000 spesies di atas bumi kita ini,

mulai dari organisme bersel satu (bakteri) sampai supermultisel

(manusia). Jika dihitung, maka di dalam seluruh organisme itu

terdapat kira-kira 1010 sampai 1012 macam protein dan 1010 asam

nukleat. Kira-kira satu juta macam senyawa kimia organik yang

telah diketahui oleh manusia sampai sekarang. Dapat dibayangkan

bahwa untuk mencoba mengisolasi, mengidentifikasi, dan

mensintesa semua senyawa tersebut seakan-akan kita berputus asa.

Namun tidaklah demikian halnya. Kita mengetahui bahwa setiap

molekul protein terdiri atas senyawa sederhana yang merupakan

molekul pembentuk yaitu asam amino yang banyaknya ada 20

macam. Asam amino terususun membentuk suatu rantai polimer

yang panjang yang disebut sebagai protein. Jadi setiap jenis

molekul protein dari 3000 macam protein dalam E. Coli, dibentuk

hanya oleh 20 macam asam amino. Demikian juga dengan molekul

asam nukleat merupakan suatu rantai panjang yang terdiri dari

beberapa satuan pembentuknya, yaitu lima macam

13

mononukleotida yang tersusun dalam urutan yang beraneka

ragam.

Karbohidrat dan lipid (lemak) merupakan dua biomolekul

lain yang merupakan komponen utama dalam sel hidup. Seperti

juga protein dan asam nukleat, kedua biomolekul ini merupakan

molekul besar yang dibentuk oleh satuan-satuan pembentuknya.

Monosakarida merupakan satuan pembentuk karbohidrat

(polisakarida) dan asam lemak merupakan pembentuk lipid.

Molekul-Molekul Sederhana Dan Keanekaragaman Selular

Studi ilmu biokimia akan kita mulai dengan memperhatikan

jenis-jenis dasar sel dan susunannya.

Klasifikasi (pengelompokan) sel secara umum

Semua organisme paling sedikit terdiri dari satu sel. Setiap

sel merupakan satu satuan hidup pokok yang mampu memenuhi

semua ukuran perseyaratan bagi benda hidup.

Kita dapat mengelompokkan sel menjadi dua kelas besar:

a. Prokariot

Organisme kecil bersel tunggal, mengandung semua

perangkat biokimia yang diperlukan untuk reproduksi dan

untuk mengambil dan memanfaatkan energi dari

sekelilingnya

b. Eukariot

Lebih rumit dan lebih besar ukurannya dibandingkan sel

prokariot.

14

Struktur Dasar dan Fungsi Sel

Struktur Sel Prokariot sel prokariot

a. Nukleoplasma

Nukleoplasma terdiri dari satu molekul tunggal DNA

berbentuk koil heliks-rangkap, yang merupakan pembawa

informasi genetik dalam semua sel

b. Sitoplasma

Sitoplasma merupakan suatu larutan yang mengandung

protein, asam nukleat dan zat-zat lainnya yang diperlukan

dalam metabolisme sel.

c. Dinding Sel dan Membran Sel

Struktur Sel Eukariot

a. Inti (nukleus)

Inti mengandung perangkat genetik sel. DNA sel eukariotik

lebih panjang dan lebih banyak molekulnya dibandingkan

dengan DNA prokariotik. DNA bergabung dengan protein

tertentu untuk membentuk struktur yang disebut

kromosom. Inti sel manusia biasanya mengandung 46

kromosom.

b. Retikulum Endoplasma (RE)

RE merupakan struktur tiga dimensi saluran membran

berliku-liku yang kompleks, membentuk banyak lipatan dan

belokan ke seluruh sitoplasma.

Ruangan di dalamnya disebut sisterna, yang berfungsi

sebagai saluran untuk mengangkut berbagai produk ke

seluruh bagian sel. Beberapa sel berfungsi sebagai

penyimpan.

15

Dua jenis RE adalah:

1. RE kasar

Permukaan membran dipenuhi oleh ribosom. Ribosom

terlibat di dalam biosintesis protein yang akan disimpan

sementara atau diangkut ke luar sel.

2. RE halus

Permukaan tidak dilengkapi oleh ribosom

c. Membran Sel

Membran sel bekerja sebagai rintangan permeabilitas.

Terbuat dari lapisan lipida dan protein (lipoprotein)

d. Dinding Sel

Materi struktur primer dari dinding sel tumbuhan adalah

selulosa yang terikat dalam matriks karbohidrat dan

protein. Dinding sel mempunyai kekuatan mekanik yang

besar. Lapisan luar ini bertanggung jawab terhadap sifat-

sifat imunologik sel dan juga terhadap sifat-sifat adesif yang

memungkinkan jaringan tersusun dari kumpulan sel.

e. Mitokondria

Mitokondria berukuran kira-kira sebesar bakteri. Dapat

dikatakan sebagai rumah tenaga sel eukariotik, oleh karena

merupakan tempat terjadi oksidasi karbohidrat, lemak, dan

asam amino.

f. Peroksisom

Rongga-rongga kecil seperti gelembung. Disebut juga

vesikel. Struktur ini mengandung bermacam-macam

enzim oksidatif seperti katalase.

g. Butir Glikogen

Merupakan suatu ciri istimewa sel hati, karena hati

merupakan tempat utama untuk sintesa glikogen dalam

tubuh. Glikogen merupakan karbohidrat yang tersimpan.

16

h. Badan Golgi

Badan golgi merupakan vesikel membran yang pipih, yang

berguna sebagai zat pembungkus yang dikeluarkan oleh sel

hati.

i. Lisosom

Lisosom merupakan kantung atau gelembung bulat yang

dikelilingi membran dan berada dalam sitoplasma.

Ukurannya bervariasi, tetapi biasanya tidak lebih besar

daripada mitokondria.

j. Vakuola

k. Kloroplas

Gambar 1. Perbandingan organel-organel dalam sel hewan dan

tumbuhan

17

Bila kita tinjau lebih jauh kandungan bagian-bagian sel yang

dijelaskan di atas, maka kita akan menemukan molekul-molekul

kimia dasar penyusun organel tersebut. Molekul inilah yang

dinamakan biomolekul. Gambar 2 merupakan gambaran ikhtisar

biomolekul dari bagian-bagian sel.

Gambar 2. Ikhtisar Biomolekul

Level 1 merupakan gambaran utuh makhluk hidup baik

yang bersel tunggal maupun bersel banyak. Level 2 meupakan

gambaran organel-organel sel yang merupakan gabungan

biomolekul-biomolekul yang memberikan fungsi-fungsi tertentu,

misalnya kromosom sebagai bagian utama dalam inti sel (nukleus).

Level 3 menjelaskan biomolekul utama penyusun suatu organel sel.

Sebagai contoh, kromosom disusun biomolekul yang dinamakan

18

DNA (Deoxyribose Nucleic Acid), membran sel disusun oleh

biomolekul protein dan lipida, dan dinding sel disusun oleh

biomolekul selulosa. Level 4 memberikan gambaran monomer-

monomer penyusun biomolekul Level 3. DNA merupakan polimer

yang disusun oleh suatu asam nukleat, polimer protein disusun

oleh suatu asam amino, dan polimer selulosa disusun oleh glukosa.

Biomolekul menjadi sangat penting dipelajari untuk dapat

memahami peristiwa-peristiwa biokimia yang terjadi dalam tubuh

makhluk hidup. Pengetahuan ini dapat diterapkan dalam segala

hal yang berkaitan dengan fungsi-fungsi dalam makhluk hidup

seperti bidang kesehatan, pertanian, industri bioteknologi dan

sebagainya. Oleh sebab itu dalam bab-bab selanjutnya akan

dipelajari sifat-sifat fisika dan kimia biomolekul yang meliputi air,

protein dan asam amino, karbohidrat, lipida, dan asam nukleat.

19

BAB 3. Air

Air meliputi kira-kira 70% berat bersih dari sel dan

merupakan komponen yang menentukan. Air merupakan senyawa

yang berlimpah di dalam sistem hidup (70 % berat bersih sel). Air

merupakan biomolekul istimewa yang dianugerahkan oleh Allah

kepada manusia dan makhluk hidup lainnya. Allah berfirman

dalam Surat Al-Anbiya (30) dan Surat Ibrahim (32) tentang

keistimewaan air tersebut.

QS. Al-Anbiya’ (21) : 30

30. Dan apakah orang-orang yang kafir tidak mengetahui bahwasanya langit dan bumi itu keduanya dahulu adalah suatu yang padu, Kemudian kami pisahkan antara keduanya. dan dari air kami jadikan segala sesuatu yang hidup. Maka mengapakah mereka tiada juga beriman?

20

QS. Ibrahim (14) : 32

32. Allah-lah yang Telah menciptakan langit dan bumi dan menurunkan air hujan dari langit, Kemudian dia mengeluarkan dengan air hujan itu berbagai buah-buahan menjadi rezki untukmu; dan dia Telah menundukkan bahtera bagimu supaya bahtera itu, berlayar di lautan dengan kehendak-Nya, dan dia Telah menundukkan (pula) bagimu sungai-sungai.

Air merupakan medium beberapa fungsi dalam makhluk

hidup, diantaranya:

- Medium berlangsungnya transport nutrient

- Medium dalam reaksi enzimatis metabolisme

- Medium transfer energi kimia

Oleh karena itu semua aspek struktur dan fungsi sel harus

beradaptasi dengan sifat-sifat fisik dan kimia air

Tabel 2. Keistimewaan air bagi sistem hidup

Sifat Harga Akibat

Kalor penguapan yang tinggi (kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 mol air fasa cair)

9700 kal/mol Ini sangat tinggi bagi cairan, membuat air suatu zat pendingin dengan penguapan yang luar biasa baiknya (melalui keringat)

21

Sifat Harga Akibat

Kalor jenis (kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gram H2O 1oC

1 kal/g.der Air merupakan penyangga panas yang baik – temperatur suatu system berair tidak naik dngan cepat walaupun temperatur sekeliling dengan cepat berubah

Titik didih

100oC Ini sangat tinggi untuk suatu zat dengan bobot molekul 18. Air tetp cair pada temperature fisiologik

Apa yang menyebabkan hal tersebut terjadi ?

Struktur H2O :

Karena perbedaan keelektronegatifan antara hidrogen dan

oksigen, maka molekul air bersifat dwikutub. Oksigen menarik

elektron-elektron dalam molekul lebih kuat daripada hidrogen

yang membuat oksigen bermuatan parsial negatif dan hidrogen

parsial positif. Dalam keadaan cair dan padat antara molekul-

molekul air terjadi asosiasi secara luas yang disebabkan tarikan

dwikutub antara hidrogen positif dan oksigen negatif. Jenis asosiasi

intermolekular disebut ikatan hidrogen. Air adalah contoh suatu

cairan polar.

22

Keterangan:

a. model ball and stick

b. model space-filling

Gambar 3. Bentuk geometri H2O

Jumlah ikatan hidrogen air

Karena susunan yang hampir tetrahedral dari elektron di

sekitar atom oksigen, tiap-tiap molekul air secara teoritis dapat

23

membentuk ikatan hidrogen dengan sebanyak-banyaknya 4

molekul air tetangga.

Gambar 4. Ikatan Hidrogen antar molekul H2O

Ikatan hidrogen pada air cairan dan es

Pada setiap saat, suhu kamar tiap-tiap molekul air

membentuk ikatan hidrogen 3,4 molekul air lainnya. Karena

molekul air bergerak secara kesinambungan dalam keadaan cair,

ikatan hidrogen ini diuraikan dan dibentuk secara cepat dan terus

menerus sehingga air tidak bersifat kental, tetapi bersifat cair.

Pada struktur es, tiap molekul air bersifat tetap dalam ruang

dan berikatan hidrogen dengan maksimum 4 molekul air lainnya,

menghasilkan struktur kisi biasa. Hal inilah yang menyebabkan

tingginya titik cair es.

24

Gambar 5. Ikatan hidrogen antar molekul air dalam es

Ikatan hidrogen bersifat lemah dibandingkan ikatan kovalen

(energi ikatan air dalam bentuk cair hanya 4,5 kkal/mol,

dibandingkan dengan 110 kkl/mol bagi ikatan kovalen H-O pada

molekul air. Namun karena jumlahnya banyak, ikatan hidrogen

memberikan gaya kohesi internal yang tinggi bagi air.

Air pelarut polar

Air merupakan pelarut yang baik bagi larutan ionik dan

polar, dan pelarut yang tidak baik bagi larutan non-polar.

25

Beberapa contoh ikatan hidrogen dalam sistem hidup:

a. gugus hidroksil pada alkohol dan air

b. gugus karbonil pada keton dan air

c. diantara rantai polipeptida

d. pasangan basa yang saling komplementer pada dua untai

DNA

26

Air mempunyai sifat-sifat pelarut yang istimewa

Air merupakan pelarut yang jauh lebih baik. Kelompok

senyawa yang dapat terlarut dalam air :

a. Kristal garam: natrium klorida (ion-ion terhidrasi)

Gambar 6. Hidrasi molekul NaCl dalam air

27

b. Senyawa organik netral yang mempunyai gugus fungsional

(like dissolved like)

c. Senyawa amfipatik (mempunyai gugus hidrofil dan

hidofob), terdispersi di dalam air membentuk misel

Gambar 7. Pembentukan misel

28

Senyawa terlarut mengubah sifat-sifat air

Terdapat sifat utama air (sifat koligatif) yang tergantung

pada zat terlarut

1. Penurunan titik beku

2. Kenaikan titik didih

3. Penurunan tekanan uap

4. Tekanan osmosis

Contoh pengaruh zat terlarut terhadap sifat-sifat air

terhadap biologi

- Ikan air tawar tetap aktif dalam air pada suhu beku karena

konsentrasi total zat terlarut dalam dara ikan cukup tinggi

dan menekan titik beku darah lebih rendah dari tiitk beku

air

- Adanya senyawa terlarut dalam darah terutama protein

memberikan darah tekanan osmosis yang lebih tinggi

daripada tekanan cairan luar sel. Akibatnya air cenderung

berdifusi ke dalam kapiler darah dari bagian ektraselular,

membuat system vascular bertahan penuh dan mencegah

dari kerusakan.

- Pengaruh garam netral terlarut dapat digunakan untuk

memisahkan berbagai protein yang berbeda, karena

molekul-molekul ini bervariasi dalam kecenderungannya

untuk mengendap.

Asam basa mencerminkan sifat-sifat air

Pengukuran pH adalah salah satu prosedur yang paling

penting dan sering digunakan di dalam biokimia, karena pH

menentukan banyak peranan penting daris struktur dan aktivitas

makromolekul biologi seperti aktivitas katalitik enzim. Pengukuran

pH darah dan urin umum dilakukan dalam mendiagnosis penyakit.

29

pH plasma darah seorang yang menderita diabeters kronis sering

lebih rendah daripada pH normal 7,4 (asidosis). Bila lebih rendah

dari pH normal disebut alkalosis.

Fosfat dan bikarbonat adalah buffer biologi penting

Cairan intra selular dan ekstra selular semua organisme

cenderung mempunyai pH dan konstanta yang khas, yang diatur

oleh berbagai aktivitas biologi. Akan tetapi garis pertahanan

pertama organisme hidup terhadap perubahan pH internalnya

diberikan oleh sisitem buffer.

Dua buffer yang paling penting pada mamalia adalah

system fosfat (pH 6,9 – 7,4) dan bikarbonat (pH 7,4)

Sistem buffer fosfat

H2PO4- H+ + HPO42-

Donor proton akseptor proton

Sistem buffer bikarbonat

H2CO3 H+ + HCO3- ( dalam darah)

CO2 (d) + H2O H2CO3

CO2 (g) CO2 (d) (dalam rongga paru-paru)

pH darah dipertahankan pada nilai tetap dan cermat.

Plasma darah manusia secara normal menunjukkan pH mendekati

7,4. Jika terjadi kesalahan di dalam mekanisme pengaturan pH,

dapat menyebabkan kerusakan berat dan kematian. Bagian yang

tertama sangat sensitif adalah aktivitas katalitik enzim yang hanya

dapat bekerja optimal pada pH optimum.

Suatu kelebihan asam dalam darah akan bereaksi dengan

buffer bikarbonat membentuk asam karbonat (H2CO3) yang

30

selanjutnya dengan cepat akan terurai membentuk CO2 terlarut dan

air. Peristiwa ini terjadi dalam paru-paru. CO2 terlarut akan keluar

bersama uap air melalui paru-paru berupa gas CO2.

Gambaran mekanisme kerja buffer bikarbonat ditunjukkan

oleh gambar di bawah ini.

Gambar 8. Peran buffer bikarbonat dalam darah

31

BAB 4. Karbohidrat

Nama karbohidrat berasal dari kenyataan bahwa

kebanyakan senyawa dari golongan ini mempunyai rumus empiris

yang menunjukkan bahwa senyawa tersebut adalah karbon

”hidrat” dan memiliki perbandingan karbon terhadap hidrogen

dan terhadap oksigen sebagai 1:2:1. Walaupun banyak karbohidrat

yang umum sesuai dengan rumus empiris (CH2O)n , yang lain tidak

memperlihatkan perbandingan ini dan beberapa yang lain juga

mengandung nitrogen, fosfor, atau sulfur.

Fungsi biologi karbohidrat

a. Tongkat kehidupan bagi kebanyakan organisme.

b. Pusat metabolisme tanaman hijau dan organisme

fotosintetik lainnya

c. Pati dan glikogen berperan sebagai penyedia sementara

glukosa

d. Polimer protein berperan sebagai unsur structural dan

penyangga dalam dinding sel bakteri dan tumbuhan dan

pada jaringan pengikat dan dinding sel organisme hewan

e. Karbohidrat berfungsi sebagai pelumas sendi kerangka

f. Karbohidrat berfungsi sebagai perekat diantara sel

g. Karbohidrat berfungsi sebagai pemberi spesifisitas biologi

pada permukaan sel hewan

32

Al-Qur’an memberikan contoh sumber karbohidrat dalam

tanaman yang merupakan nikmat yang diberikan oleh Allah

kepada makhluk-nya.

QS. Ar-Ra’d (13) : 4

4. Dan di bumi Ini terdapat bagian-bagian yang berdampingan, dan kebun-kebun anggur, tanaman-tanaman dan pohon korma yang bercabang dan yang tidak bercabang, disirami dengan air yang sama. kami melebihkan sebahagian tanam-tanaman itu atas sebahagian yang lain tentang rasanya. Sesungguhnya pada yang demikian itu terdapat tanda-tanda (kebesaran Allah) bagi kaum yang berfikir.

Penggolongan karbohidrat

Golongan karbohidrat didasarkan atas jumlah monomer gula

1. Monosakarida

Satuan karbohidrat tersederhana; taka dapat dihidrolisis

menjadi molekul karbohidrat yang lebih kecil

33

contoh: glukosa, fruktosa, galaktosa, ribose, dektrosa,

laktosa, maltosa

2. Disakarida

Karbohidrat yang tersusun atas dua (2) satuan

monosakarida

Contoh: sukrosa (tersusun atas glukosa dan fruktosa)

3. Oligoskarida

Karbohidrat yang tersusun dari tiga sampai sepuluh (3 – 10)

satuan monosakarida

contoh: glikoprotein, proteoglikan (oligoskarida lebih dari 2

rantai monosakarida biasanya tak terdapat secara bebas,

biasa sebagai rantai samping ikatan peptida)

4. Polisakarida

Karbohidrat yang tersusun dari lebih delapan satuan

monosakarida

contoh: pati, selulosa

Karbohidrat yang berlebih dapat diubah menjadi:

- Lemak

- Steroid (kolesterol)

- Protein (terbatas)

Dan sebaliknya melalui aktivitas asetil koenzim A

Monosakarida

Dapat digunakan sebagai energi oleh organisme atau

disimpan sebagai glikogen. Bila organisme memerlukan energi,

glikogen diubah lagi menjadi glukosa.

34

Monosakarida tidak berwarna, merupakan kristal padat

yang bebas, larut dalam air tetapi tak larut dalam pelarut non polar.

Kebanyakan memiliki rasa manis.

Rumus empiris (CH2O)n dimana n = 3 – 7. kerangka

monosakarida merupakan rantai karbon berikatan tunggal yang

tidak bercabang. Salah satu atom karbon tersebut berikatan ganda

dengan satu atom oksigen, membentuk gugus karbonil dan atom

karbon yang lain berikatan dengan gugus karboksil.

Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon,

monosakarida tersebut merupakan suatu aldehida dan disebut

sebagai suatu aldosa. Tetapi jika gugus karbonil berada pada posisi

lain, monosakarida tersebut menjadi suatu keton dan disebut

ketosa.

Monosakarida segera mereduksi senyawa pengoksidasi

seperti ferisianida, hidrogen peroksida atau Cu2+, sifat ini berguna

dalam analisa gula. Karbohidrat yang mempunyai sifat ini disebut

sebagai gula pereduksi.

35

Dengan mengukur jumlah senyawa pengoksidasi yang

tereduksi oleh suatu larutan gula tertentu, dapat dilakukan

pendugaan konsentrasi gula. Dengan cara ini, darah dan air seni

dapat dianalisa kandungan gulanya pada diagnosa diabetes mellitus.

Penderita penyakit ini menunjukkan tingkat gula darah yang tinggi

secara abnormal, dan pengeluaran gula pada air seni berlebih.

Monosakarida : Stereokimia

a. Stereoisomer

Semua monosakarida, kecuali dihidroksiaseton,

mengandung satu atau lebih atom karbon asimetri atau kiral (atom

karbon yang mengikat empat gugus yang berbeda), dan karenanya

terdapat dalam bentuk isomer yang bersifat optik aktif.

Aldosa yang paling sederhana, yaitu gliseraldehida,

mengandung hanya satu atom karbon kiral, dan karenanya,

memiliki dua bentuk isomer optik yang berbeda atau enantiomer.

Aldoheksosa mempunyai empat atom karbon kiral dan dapat

berada dalam 2n = 24 = 16 bentuk stereoisomer yang berbeda.

36

37

Jika dua gula berbeda hanya dalam konfigurasi di sekitar

satu atom karbon spesifik, senyawa-senyawa tersebut dinamakan

epimer.

D-glukosa dan D-manosa adalah epimer bila dilihat dari atom karbon 2

D-glukosa dan D-galaktosa adalah epimer jika dilihat dari atom karbon 4

b. Notasi D dan L

D dan L digunakan untuk menunjukkan konfigurasi dari

atom karbon kiral yang paling jauh dari atom karbon gugus

karbonil.

Jika gugus hidroksil pada atom karbon kiral yang paling

jauh mengarah ke kanan pada rumus proyeksi maka gula tersebut

menunjukkan suatu gula D

Jika gugus hidroksil pada atom karbon kiral yang paling

jauh mengarah ke kiri pada rumus proyeksi maka gula tersebut

menunjukkan gula L

38

c. Bentuk cincin

Aldehida dan keton bereaksi dengan alkohol membentuk

masing-masing hemiasetal dan hemiketal.

Karena monosakarida mempunyai gugus baik gugus

aldehida maupun keton ditambah gugus alkohol (hidroksil), maka

pembentukan hemiasetal dan hemiketal dapat terjadi,

menghasilkan suatu struktur cincin. Karena alasan sterik sudut

ikatan, struktur cincin lima dan enam lebih memungkinkan.

39

Sebagai contoh, D-glukosa yang berada sebagai larutan

mengalami pembentukan hemiasetal intramolekuler dimana gugus

hidroksil bebas pada C-5 bereaksi dengan C-1 aldehida. Senyawa

cincin enam ini selanjutnya disebut sebagai piranosa, sebab

mempunyai kesamaan dengan senyawa piran yang memiliki enam

cincin. Nama secara sistimatik senyawa cincin dari D-glukosa

adalah α-D-glukopiranosa dan β-D-glukopiranosa.

α-D-glukopiranosa β-D-glukopiranosa

40

Aldoheksosa yang berada dalam bentuk larutan juga

membentuk senyawa cincin lima. Karena mempunyai kesamaan

struktur dengan senyawa furan yang bercincin 5 maka senyawa

cincin bentukannya disebut furanosa. (coba saudara jelaskan

mekanisme reaksi pembentukannya!).

Cincin aldopiranosa lebih stabil dibandingkan dengan

aldofuranosa.

Bentuk isomer monosakarida yang hanya dibedakan oleh

konfigurasi atom karbon hemiasetal dan hemiketalnya disebut

anomer. Atom karbon hemiasetalnya (atau karbonilnya) disebut

sebagai karbon anomerik. Peristiwa perubahan anomer α dan β

dari D-glukosa dalam larutan berair disebut sebagai proses

mutarotasi.

d. Reaksi

Aldosa merupakan gula pereduksi yang berarti bahwa

fungsi aldehida gula mempunyai kemampuan mereduksi ion

logam atau mengalami oksidasi menjadi gugus asam karboksilat.

Ketosa tidak mudah teroksidasi sehingga tidak termasuk

sebagai gula pereduksi.

Perbedaan ini merupakan dasar bagi berbagai macam uji

pendahuluan untuk glukosa sebagai suatu aldoheksosa yang

merupakan gula pereduksi.

41

Uji Tollens

Uji Fehling (Benedict)

Oksidasi aldosa pada umumnya menghasilkan asam

aldonat. Dalam beberapa hal asam aldonat membentuk suatu

lakton.

Beberapa asam aldonat merupakan asam organik yang kuat

dan beberapa garamnya digunakan dalam ilmu kedokteran.

Misalnya kalsium glukonat yang merupakan senyawa yang stabil

dan merupakan bentuk yang dapat diterima secara biologik untuk

memberikan kalsium dalam keadaan yang kekurangan. Asam L-

askorbat (vitamin C) merupakan lakton yang diturunkan dari asam

heksonat yang mengandung sebuah ikatan rangkap antara karbon 2

dan 3.

Monosakarida lain

Selain D-aldosa dan D-ketosa, ada banyak jenis

monosakarida yang lain yang dapat dipandang sebagai turunan

gula.

Gula amino merupakan kelas monosakarida dengan gugus

–NH2 sebagai pengganti gugus hidroksi (-OH) pada karbon nomor

2. Gula amino pada umumnya ditemukan di alam sebagai turunan

R C

O

H+ Ag+2 + 2OH- R C

O

OH2Ag+ + H2O

H2O++ Cu2O2R C

O

OHOH-2+2+R C

O

HCu++

Cermin perak

merah bata

42

N-asetil yang tidak bermuatan pada pH fisiologis. Sebuah contoh

penting adalah N-asetil-D-glukosamin yang merupakan monomer

dari polisakarida kitin, komponen utama dari cangkang serangga,

kerang, udang dan kepiting.

Gula deoksi dihasilkan dari pergantian gugus –OH dalam

gula oleh –H misalnya melalui reduksi selektif. Gula deoksi yang

paling penting adalah 2-deoksiribosa yang merupakan unsur

karbohidrat DNA (Deoxyribose Nucleic Acid).

Disakarida

Disakarida terdiri dari dua unit monosakarida yang

berikatan kovalen satu sama lain, gugus hidroksil salah satu gula

bereaksi dengan karbon anomer pada gula kedua, disebut ikatan

O-glikosida, yang segera terhidrolisa oleh asam tetapi tahan

terhadap basa.

43

Disakarida yang banyak terdapat di alam :

maltosa, terdiri dari D-glukosa – D-glukosa

laktosa, terdiri dari D-galaktosa – D-glukosa

sukrosa, terdiri dari D-fruktosa – D-glukosa

44

Polisakarida

Tersusun atas banyak unit monosakarida

Dua jenis polisakarida :

1. Homopolisakarida, mengandung hanya satu jenis monomer

monosakarida. Contoh : pati (hanya mengandung unit-unit

D-glukosa)

2. Heteropolisakarida, mengandung dua atau lebih jenis unit

monosakarida yang berbeda. Contoh : asam haliuronat pada

jaringan pengikat

Karbohidrat yang berlebih dapat diubah menjadi:

- Lemak

- Steroid (kolesterol)

- Protein (terbatas)

Dan sebaliknya melalui aktivitas asetil koenzim A

45

BAB 5. Asam Amino dan Protein

Protein adalah makromolekul yang paling berlimpah di

dalam sel hidup dan merupakan 50 % atau lebih berat kering sel.

Protein ditemukan di dalam semua sel dan bagian sel. Protein juga

sangat bervariasi., ratusan jenis yang berbeda dapat ditemukan

dalam satu sel.

Gambar 9. Contoh-contoh bentuk protein dalam makhluk hidup

Gambar 9 di atas merupakan beberapa contoh bentuk

protein dalam makhluk hidup. Kunang-kunang dapat

memancarkan cahaya kuning yang berkedap-kedap disebabkan

oleh adanya senyawa protein luciferin yang terlibat dapat reaksi

oksidasi dan respirasi. Sel darah merah mengandung senyawa

protein hemoglobin yang berfungsi sebagai alat transport oksigen

dalam tubuh manusia dan binatang. Cula badak merupakan

kumpulan protein keratin yang membentuk struktur yang kuat dan

berfungsi sebagai alat pertahanan.

46

Istilah protein diperkenalkan pada tahun 1830-an oleh pakar

kimia Belanda bernama Mulder, yang merupakan salah satu dari

orang pertama yang mempelajari kimia dalam protein secara

sistimatik. Ia secara tepat menyimpulkan peranan inti protein

dalam sistem hidup dengan menurunkan nama dari bahasa Yunani

proteos, yang berarti ”bertingkat pertama”.

Protein merupakan komponen utama dalam semua sel

hidup. Fungsinya terutama sebagai unsur pembentuk struktur sel,

misalnya dalam rambut, wol, kolagen, jaringan penghubung,

membran sel dan lain-lain. Selain itu dapat pula berfungsi sebagai

protein yang aktif, seperti misalnya enzim, yang berperan sebagai

katalis segala proses biokimia dalam sel. Protein aktif selain enzim

adalah hormon, toksin, antibodi, antigen dan lain-lain.

Allah mencontohkan salah satu bentuk dan manfaat protein

bulu binatang melalui firman-Nya dalam Al-Qur’an Surat An-Nahl

ayat 5.

QS. An-Nahl (16) : 5

5. Dan dia Telah menciptakan binatang ternak untuk kamu; padanya ada (bulu) yang menghangatkan dan berbagai-bagai manfaat, dan sebahagiannya kamu makan.

Ciri molekul Protein

1. Berat molekul yang besar; ribuan sampai jutaan.

2. Umumnya terdiri dari 20 macam asam amino yang saling

terikat oleh ikatan peptida

47

3. terdapatnya ikatan kimia lainnya selain ikatan peptida,

seperti ikatan hidrogen, ikatan Van der Waals, ikatan

polar/nonpolar, dan ikatan ionik

4. Strukturnya tidak stabil terhadap beberapa faktor seperti

pH, radiasi, temperatur, pelarut organik, dan detergen.

5. Umumnya reaktif dan sangat spesifik, disebabkan

terdapatnya gugus samping (kation, anion, hidroksil

aromatik, hidroksil alifatik, amina, amida, tiol, dan

heterosiklik) dan susunan khas struktur makromolekul.

Asam Amino

Asam amino: pembangun protein, precursor kimia bagi

senyawa yang mengandung nitrogen penting

Gambar 10. Struktur asam amino

48

Sebagian besar asam amino memiliki struktur yang sama

(dalam bentuk tak terionisasi) karena kerangka kovalen protein

adalah tetap dan menyangkut fungsi karboksil dan amino, maka

gugus R yang memberi suatu kedudukan bagi sifat-sifat fisik dan

kimia asam amino dalam rantai protein.

Penggolongan 20 asam amino yang umum dalam protein:

a. Gugus rantai cabang hidrofobik

Alanin valin leusin

Triptofan metionin isoleusin

49

Prolin fenilalanin

b. Gugus rantai cabang polar tak bermuatan

Serin Glisin Treonin

Sistein Asparagin Glutamine Tirosin

50

c. Gugus rantai cabang bermuatan negatif pada pH 7

Asam aspartat Asam glutamate

d. Gugus rantai cabang bermuatan positif pada pH 7

Arginin Lisin Histidin

51

Sifat Asam Basa Asam Amino

Di dalam larutan air netral, asam amino selalu dalam bentuk

ion berdwikutub (zwitter ion).

zwitter ion : ion dua kutub, disebabkan terdapatnya gugus pemberi

proton (asam) maupun gugus penerima proton (basa) dalam satu

molekul asam amino, pada batas pH tertentu (konstanta dielektrik).

asam amino bersifat amfoter; yaitu dapat bertindak sebagai asam

sekaligus sebagai basa.

Sebagai asam (donor proton)

H3N+CHRCOO- H2NCHRCOO- + H+

Sebagai basa (akseptor proton)

H3N+CHRCOO- + H+ H3N+CHRCOOH

Asam amino monokarboksilat seperti glisin merupakan suatu asam

berbasa dua

52

Gambar 11. Titik ekuivalen titrasi glisin

Reaksi kimia asam amino

a. Reaksi ninhidrin

Untuk penentuan kuantitatif asam amino, dengan cara

memanaskan campuran asam amino dan ninhidrin,terjadi

larutan berwarna biru, intensitasnya dapat diukur dengan

spektrofotometri

b. Reaksi Sanger

reaksi antara gugus α-amino dengan 1-fluoro-2,4-

dinitrobenzen (FDNB) dalam suasana basa lemah,dipakai

untuk menentukan asam amino N-ujung suatu rantai

polipeptida

53

c. Reaksi dansil klorida

reaksi antara gugus amino dengan 1-dimetil-amino naftalen-

5-sulfonil klorida (dansil klorida) detentukan dengan

fluorometri

d. Reaksi Edman

reaksi antara α-amino dengan fenilisotiosianat, dalam

suasana asam dengan pelarut nitrometan. hasil reaksi dapat

dipisahkan dan diidentifikasi dengan kromatografi.

Digunakan untuk penentuan asam amino N-ujung suatu

rantai polipeptida

e. Reaksi basa Schiff

reaksi reversibel antara gugus α-amino dengan gugus

aldehid

f. Reaksi dengan gugus R

gugus –SH pada sistein, hidroksifenol pada tirosin dan

guanidium pada arginin memberikan reaksi khas.

Analisis asam amino

1. Kromatografi partisi

Asam amino dapat dipisahkan dengan cara partisi karena

tiap asam amino memiliki koefisien partisi tertentu untuk

pasangan pelarut tertentu

2. Kromatografi penukar ion

Pemisahan asam amino dengan prinsip perbedaan sifat

asam basanya

3. Elektroforesis kertas

Berdasarkan harga pK’ yang berbeda daan pada pH

tertentu, asam amino bergerak dengan arah dan kecepatan

berbeda terhadap ujung kertas yang memiliki muatan listrik

berbeda, sehingga asam amino dapat dipisahkan

54

4. kromatografi lapis tipis

PEMISAHAN didasarkan pada perbedaan kecepatan

gerakan masing-masing asam amino dalam larutan buffer

dengan pH tertentu.

PEPTIDA

Ikatan peptida merupakan ikatan antara gugus α-karboksil

dari asam amino yang satu dengan α-amino dari asam amino

lainnya.

Ikatan peptida

55

Contoh ikatan peptida pada senyawa aspartam, suatu pemanis

sintetis

PROTEIN

Protein merupakan susunan asam amino yang digabungkan

oleh ikatan peptida.

Fungsi Jenis Contoh

Katalik Struktural Motil (mekanik) Penyimpanan (dari zat makanan) Pengangkutan (dari zat makanan) Pengatur (dari metabolisme sel) Perlindungan (kekebalan, darah) Tanggap toksik

Enzim Protein structural Protein kontraktil Protein angkutan Protein angkutan Protein hormone Enzim pengatur Antibody Protein penggumpal Protein toksik

Katalase pepsin Kolagen, elastin, keratin Aktin, myosin Kasein,ovalbumin, feritin Albumin serum , hemoglobin Insulin Fosfofruktokinase Immunoglobulin Trombin, fibrinogen Toksin bisa ular, toksin bakteri

56

Jenis protein:

Protein sederhana: hanya asam amino

Protein berkonjugasi: asam amino + gugus prostetik

nonprotein

Penggolongan protein berdasarkan bentuk:

Protein globular

Rantai polipeptida berlipat menjadi bentuk bulat padat

(globular), biasanya larut dalam air,sebagian besar

mempunyai fungsi gerak. Contoh: enzim

Protein serabut

Rantai polipeptida memanjang pada satu sumbu,

membentuk serabut panjang, tidak larut dalam air.hampir

semua protein serabut memberikan fungsi structural atau

pelindung.contoh: keratin, kolagen.

Beberapa protein tidak berbentuk bola maupun serabut,

misalnya myosin dan fibrinogen.

Tingkat organisasi struktur protein

Struktur primer; hanya urutan asam amino dalam rantai

polipeptida dan letak suatu jembatan sulfide dalam rantai

protein. Struktur primer diselenggarakan oleh ikatan-ikatan

peptide yang kovalen.

Struktur sekunder; banyaknya struktur helix-α atau

lembaran berlipatan β yang beraturan dan berhubungan

dengan struktur protein secara keseluruhan.

Diselenggarakan oleh ikaatan-ikatan hydrogen antara

oksigen karbonil dan nitrogen amida dari rantai polipeptida

Struktur tersier; mengacu pada cara rantai protein dalam

protein globular yang dilekukkan dan dilipat untuk

57

membentuk struktur tiga dimensi secara menyeluruh.

Struktur tersier diselenggarakan oleh interaksi antara gugus

R asam amino

Struktur kuartener; penyusunan protomer dalam protein

oligomerik

Gambar 11. Struktur protein

Residu ujung-N : asam amino dalam rantai protein dengan gugus

α-amino bebas

Residu ujung-C : asam amino dalam rantai protein dengan gugus

karboksil bebas

58

Keadaan asal protein : suatu kondisi dimana suatu protein ada

dalam struktur tiga dimensi yang

memungkinkannya melaksanakan fungsi

biologiknya.

Keadaan terdenaturasi : kondisi dimana terjadi perubahan

structural reversible atau irreversible

pada suatu protein yang menyebab-

kannya kehilangan semua atau sebagian

dari fungsi biologiknya.

Cara-cara untuk melakukan denaturasi:

1. Perlakuan pemanasan

2. Perubahan pH yang besar

3. Perlakuan kimiawi

4. Perlakuan mekanik

59

BAB 6. Enzim

Enzim adalah golongan protein yang paling banyak dalam

sel hidup, dan mempunyai fungsi penting sebagai katalisator reaksi

biokimia secara kolektif membentuk metabolisme-perantara

(intermediary metabolism) dari sel.

Sejarah penelitian enzim:

1. Awal tahun 1800; penelitian mengenai pencernaan daging

oleh sekresi lambung dan perubahan pati menjadi gula oleh

air liur

2. Tahun 1950, Louis Pasteur menyimpulkan bahwa

fermentasi gula menjadi alkohol oleh ragi dikatalisis oleh

”ferment” yang secara struktural terikat pada sel ragi.

3. Tahun 1897, Eduard Buchner untuk pertama kalinya

berhasil melakukan ekstraksi enzim dari sel ragi yang

berfungsi dalam fermentasi alkohol

4. Tahun 1926, James Summer untuk pertama kalinya dapat

mengisolasi enzim urease berwujud kristal dari kacang-

kacangan. Dia menyimpulkan bahwa kristal urease terdiri

dari protein

5. Tahun 1930, John Northrop dan koleganya mengkristalkan

tripsin dan pepsin, dan kimotripsin

60

Sifat-sifat katalitik khas enzim:

1. Enzim meningkatkan laju reaksi pada kondisi biasa

(fisiologik) dari tekanan, suhu, dan pH. Hal ini merupakan

keadaan yang jarang dengan katalis-katalis lain

2. Enzim berfungsi dengan selektivitas atau spesifisitas

bertingkat luar biasa tinggi terhadap reaktan yang

dikerjakan dan jenis reaksi yang dikatalisasikan. Maka

reaksi-reaksi yang bersaing dan sampingan tidak teramati

dalam katalisasi enzim

3. Enzim memberikan peningkatan laju reaksi yang luar biasa

disbanding dengan katalis biasa.

Penamaan dan klasifikasi enzim

Penamaan enzim secara trivial, misalnya pepsin, tripsin,

katalase, tidak dapat menerangkan sifat dan macam reaksi kimia

yang terjadi.

Penamaan dan klasifikasi enzim secara sistimatik telah

ditentukan oleh suatu badan internasional bernama Commision on

Enzymes of the Intenational Union of Biochemistry (CEIUB).

Kebanyakan enzim diberi nama menurut reaksi yang

dikatalisisnya. Biasanya akhiran untuk nama enzim ialah –ase,

misalnya suatu polimerase adalah enzim sembarang yang

mengkatalisis suatu reaksi polimerisasi, suatu reduktase adalah

sembarang enzim yang mengkatalisis reaksi reduksi

Klasifikasi enzim dibagi menjadi 6 (enam) golongan yaitu:

1. Oksidoreduktase (oksidasi reduksi)

a. Bekerja pada CH-OH

b. Bekerja pada C=O

c. Bekerja pada –CH=CH-

d. Bekerja pada –CH-NH2

61

e. Bekerja pada –CH-NH-

f. Bekerja pada N fungADH; NADPH

2. Transferase (pemindahan gugus fungsional)

a. Gugus satu-karbon

b. Gugus aldehida atau keton

c. Gugus asil

d. Gugus glikosil

e. Gugus fosfat

f. Gugus mengandung S

3. Hidrolase (reaksi hidrolisa)

a. Ester

b. Ikatan glikosidik

c. Ikatan peptide

d. Ikatan C-N lain

e. Anhidrida asam

4. Liase (adisi pada ikatan rangkap atau kebalikan reaksi

tersebut)

a. C=C

b. C=O

c. C=N

5. Isomerase (reaksi isomerisasi)

a. Rasemase

6. Ligase (pembentukan ikatan dengan pembelahan ATP)

a. Terbentuk ikatan C-O

b. Terbentuk ikatan C-S

c. Terbentuk ikatan C-N

d. Terbentuk ikatan C-C

62

Bagian-bagian Enzim

Bagian protein (tak aktif) disebut Apoenzim

Bagian bukan protein :

a. Gugus prostetik; secara kuat terikat pada apoenzim,

seringkali terikat secara kovalen. Gugus ini menentukan

jenis proses-proses kimia yang akan dikatalisis. Molekulnya

terletak pada kedudukan dalam struktur tersier dalam

enzim yang dikenal sebagai sisi aktif.

b. Koenzim; secara lemah terikat pada apoenzim dan dapat

didisosiasikan secara reversibel

c. Kofaktor ion logam

Holoenzim (aktif) = apoenzim + bagian bukan protein

Mekanisme Reaksi Enzimatik

Suatu molekul substrat berikatan dengan bagian aktif enzim

melalui suatu mekanisme khas dan selektif dalam hubungan yang

disebut lock and key.

63

Gambar 12. Mekanisme key and lock serta contoh reaksi

terkatalisis enzim

64

Inhibisi Reaksi Enzimatik

Pada umumnya proses inhibisi merupakan suatu kontrol

dari reaksi enzim

Proses inhibisi reaksi enzim ada dua macam:

1. Inhibisi bersaing (competitive inhibition)

Inhibisi ini terjadi pada sisi aktif yang sama, sehingga

substrat bersaing dengan suatu inhibitor

memperebutkan sisi aktif yang sama.

Gambar 13. Mekanisme Inhibisi kompetitif

Inhibisi bersaing dapat dihilangkan dengan memperbesar

konsentrasi substrat.

Misalnya:

Reaksi inhibisi malonat terhadap enzim

suksinatdehidrogenase. Dalam proses inhibisi ini

malonat sebagai inhibitor bersaing dengan suksinat

sebagai substrat terhadap sisi aktif yang sama pada molekul

enzim suksinatdehidrogenase.

65

2. Inhibisi tak bersaing (non competitive inhibition)

Pada reaksi inhibisi ini, substrat dan inhibitor masing-

masing berikatan dengan enzim pada tempat yang berbeda.

Gambar 13. Mekanisme Inhibisi non kompetitif

66

67

BAB 7. Lipida

Suatu lipida didefinisikan sebagai senyawa organik yang

terdapat dalam alam serta tak larut dalam air, tetapi larut dalam

pelarut organik non polar

Dalam makhluk hidup, lipida yang paling banyak adalah

lemak/minyak atau triasil gliserol (trigliserida) yang merupakan

bahan bakar bagi hampir semua makhluk hidup.

QS. Al-Mu’minun (23):20

20. Dan pohon kayu keluar dari Thursina (pohon zaitun), yang menghasilkan minyak, dan pemakan makanan bagi orang-orang yang makan.

Fungsi lipida:

1. Penyimpan energi dan transpor

2. Struktur membran

3. Kulit Pelindung, komponen dinding sel

4. Penyampaian kimia

68

Contoh lipida dalam kehidupan sehari-hari

Senyawa ini digunakan untuk membuat kerangka sarang

lebah yang kuat sebagai tempat berlindung dan menyimpan

makanan dalam bentuk madu. Allah berfirman dalam Al-Qur’an

Surat An-Nahl ayat 68,

QS. An-Nahl (16):68

68. Dan Tuhanmu mewahyukan kepada lebah: "Buatlah sarang-sarang di bukit-bukit, di pohon-pohon kayu, dan di tempat-tempat yang dibikin manusia",

Jenis lipida utama berdasarkan strukturnya dibagi menjadi:

5. Triasil gliserol

Triasil gliserol adalah ester dari alkohol gliserol dengan tiga

molekul asam lemak. Triasil gliserol adalah komponen

Triacontanoylpalmitat, komponen utama lilin lebah, suatu ester asam palmitat dengan triacontanol.

69

utama dari lemak penyimpan (storage lipid) pada sel hewan

dan tumbuhan, tetapi pada umumnya tidak dijumpai pada

membran.

6. Lilin

Lilin adalah ester asam lemak berantai panjang yang jenuh

dan tidak jenuh (mempunyai dari 14 sampai 36 atom

karbon) dengan alcohol berantai panjang (mempunyai atom

karbon dari 16 – 22)

7. Fosfogliserida

a. Fosfatidiletanoalamin

b. Fosfatidilkolin

c. Fosfatidilserin

d. Fosfatidilinositol

e. Kardiolipin

8. Spingolipida

a. Spingomielin

b. Serebrosida

c. Gangliosida

70

5.

Ste

rol

da

n e

ster

asam

lem

ak

ny

a

Gam

bar

14. I

kh

tisa

r li

pid

a

71

Asam Lemak

Asam lemak jarang terdapat bebas di alam tetapi terdapat

sebagai ester dalam gabungan dengan alcohol.

Sifat-sifat asam lemak:

1. Asam lemak pada umumnya adalah asam monokarboksilat

berantai lurus

2. Asam lemak pada umumnya mempunyai jumlah atom

karbon genap

3. Asam lemak dapat dijenuhkan atau dapat mempunyai satu

atau lebih ikatan rangkap

Asam lemak :

1. Jenuh (butirat, palmitat, stearat)

2. Tak jenuh (palmitoleat, oleat, linoleat, linolenat, arakidonat)

Hampir semua asam lemak yang terdapat dalam alam

mempunyai jumlah atom karbon yang genap (4 sampai 24) karena

asam ini dibiosintesis dari gugus asetil berkarbon 2 dalam asetil

koenzim A.

72

Reaksi:

Lemak dan minyak

Lemak dan minyak adalah trigliserida atau triasilgliserol

(trimester dari gliserol)

Perbedaan lemak dan minyak

1. Pada temperatur kamar lemak berbentuk padat dan minyak

berbentuk cair. Tersusun atas asam lemak-asam lemak

jenuh.

2. Sebagian besar gliserida dalam hewan adalah berupa lemak

(lemak hewani), sedangkan dalam tumbuhan cenderung

berupa minyak (minyak nabati). Tersusun atas asam lemak-

asam lemak tak jenuh

H3CC

O

SCoAbanyak tahap

CH3(CH2)14COO2H

asetil koenzim A asam palmitat

HC

H2C

H2C O

O

O

C

C

C

O

O

O

R

R

R

suatu triasil gliserol

Jumlah karbon genap

73

Konfigurasi di sekitar ikatan rangkap apa saja dalam asam

lemak alamiah adalah cis, suatu konfigurasi yang menyebabkan

titik leleh minyak itu rendah. Asam lemak jenuh membentuk rantai

zig-zag yang dapat cocok satu dengan yang lain secara mampat

sehingga gaya tarik Van der Waals-nya tinggi. Oleh karena itu

lemak-lemak jenuh itu bersifat padat. Jika beberapa ikatan rangkap

cis terdapat dalam rantai, molekul itu tak dapat membentuk kisi

yang rapi dan mampat, tetapi cenderung melengkung, trigliserida

tak jenuh ganda (polyunsaturated) cenderung berbentuk minyak.

Gambar 15. Struktur triasil gliserol dalam bentuk lemak dan

minyak

74

Asam karboksilat yang diperoleh dari hidrolisis lemak atau

minyak yang disebut asam lemak, umumnya mempunyai rantai

hidrokarbon panjang dan tidak bercabang.

Reaksi hidrolisis lemak/minyak:

HC

H2C

H2C O

O

O

C

C

C

O

O

O

R

R

R

suatu triasil gliserol

+ H2O3H+

HC

H2C

H2C OH

OH

OH

gliserol

RCOOH+ 3

suatu asam lemak

75

BAB 8. Asam Nukleat

Asam nukleat merupakan rantai polimer yang tersusun dari

mononukleotida

Fungsi asam nukleat :

1. Berperan untuk menyimpan, mereplikasi dan men-

transkripsi informasi genetik

2. Berperan dalam metabolisme antara dan

3. Berperan dalam reaksi transformasi energi sebagai ko-enzim

pembawa energi, ko-enzim dalam perpindahan berbagai

biomolekul, ko-enzim dalam reaksi oksidasi reduksi

QS. Al-Furqon (25) : 54

54. Dan dia (pula) yang menciptakan manusia dari air lalu dia jadikan manusia itu (punya) keturunan dan mushaharah[*] dan adalah Tuhanmu Maha Kuasa.

[*] Mushaharah artinya hubungan kekeluargaan yang berasal

dari perkawinan, seperti menantu, ipar, mertua dan sebagainya.

Mononukleotida :

Mononukleotida terdiri dari 3 unsur yang dapat dipisahkan

dan dikenali, yaitu

76

- Basa-basa nitrogen heterosiklik (basa purin: adenine dan

guanine ; basa pirimidin; sitosin, urasil, timin)

- Gula 5-karbon ( D-ribosa dalam RNA, 2-deoksi D-ribosa

dalam DNA)

- Fosfat

Struktur dari basa nitrogen

Sifat basa purin dan pirimidin

• Dapat membentuk ikatan Hidrogen antar basa (Pasangan

Basa)

• Sistem cincin heterosiklik nitrogen dari basa nitrogen

menyerap sinar UV dengan kuat pada daerah 250 – 280 nm

77

Ikatan hidrogen antar basa nitrogen (model Watson-Crick)

Nukleosida

Nukleosida : suatu turunan N-glikosil yang terbentuk dari

gabungan sebuah pentosa dan basa pirimidin atau

purin (tanpa gugus fosfat).

golongan nukleosida:

1. Ribonukleosida, mengandung D-ribosa

2. 2’-deoksiribonukleosida, mengandung 2-deoksi-D-ribosa.

78

Sifat nukleosida:

1. Lebih muda larut daripada basa N-nya

2. Mantap dalam alkali

3. Terhidrolisis oleh asam pada suhu tinggi, menghasilkan bsa

dan pentosa bebas

4. Terhidrolisis oleg enzim nukleaosidase

5. Nukleosida pirimidin lebih tahan hidrolisis daripada purin

Nukleotida : merupakan ester nukleosida yang asam aksinya,

yaitu asam fosfat, telah membentuk ikatan ester

dengan salah satu dari gugus-gugus –OH dari

pentosa

79

golongan nukleotida: 1. deoksiribonukleotida

2. ribonukleotida

Ikhitisar Nukleosida dan nukleotida

Basa Nukleosida Nukleotida Asam nukleat Nama

sistematik Nama trivial

Singka-tan

Purin

Adenin Guanin Pirimi-din

Sitosin Timin Urasil

Adenosin Guanosin Sitidin Tymidin Uridin

- Adenosin5’-

monofosfat - Deoksiaden

osin 5’-monofosfat

- Guanosin 5’-monofosfat

- Deoksiguanosin 5’-monofosfat

- Sitidin 5’-

monofosfat - Doksisitidin

5’-monofosfat

- Tymidin 5’-monofosfat/Deoksitymidin 5’- monofosfat

- Uridin 5’-monofosfat

- asam

adenilat - asam

deoksiadenilat

- asam guanilat

- asam deoksiguanilat

- asam

sitidilat - asam

deoksisitidilat

- asam tymidilat/asam deoksitimidilat

- asam

uridilat

AMP d AMP GMP d GMP CMP d CMP TMP/ d TMP UMP

RNA DNA RNA DNA RNA DNA DNA RNA

80

Polinukleotida : merupakan polimer mononuklotida

Golongan polinukleotida :

1. Asam deoksiribonukleat (Deoxyribo Nucleic Acid, DNA) :

terdiri atas unit-unit doksiribonukleotida yang

dihubungkan dengan suatu rantai dengan ikatan kovalen

2. Asam ribonukleat (Ribo Nucleic Acid, RNA) : disusun dari

unit-unit ribonukleotida

DNA : terdiri atas unti-unit mononukleotida d AMP, d GMP, d

TMP, dan d CMP yang dihubungkan dalam suatu variasi deretan

oleh ikatan fosfodiester membentuk rantai double helix.

81

Gambar 16. Rantai DNA dalam kromosom

82

Gambar 17. Ikatan double helix DNA menurut Watson-Crick

RNA : merupakan rantai poliribonukleatida tunggal tersusun dari

mononukleotida dengan basa A, G, U, C.

Jenis RNA :

1. RNA pemindah (messenger RNA-mRNA) : disintesis dalam

inti sel dalam proses transkripsi (proses penurunan urutan

basa dari slah satu untai DNA kromosom dengan perantara

enzim, menjadi bentuk rantai tunggal mRNA), merupakan

83

komplemen urutan basa dalam DNA yang ditranskripsi.

mRNA keluar dari inti sel menuju ribosom untuk memulai

proses biosintesin polipeptida.Urutan tripel nukleotida

(kodon) spanjang rantai mRNA menentukan urutan residu

asam aminio yang membentuk rantai polipeptida

Gambar 18. Messenger-RNA (m-RNA)

2. RNA peminda (transfer RNA- tRNA), berfungsi sebagai

pembawa asam amino spesifik dalam proses biosintesis

protein pada ribosom, merupakan molekul yang relatif

kecil

84

Gambar 19. Transfer RNA (t-RNA)

3. RNA ribosom (r-RNA), membentuk 65% berat ribosom. r-

RNA berfungsi untuk menterjemahkan kode genetik yang

dibawa oleh m-RNA dalam bentuk asam amino-asam amino

yang selanjutnya akan disusun menjadi suatu protein.

85

Gambar 20. Ribosom RNA (r-RNA) di dalam ribosom

Hidrolisis asam nukleat

1. Hidrolisis dengan enzim

Ikatan fiosfodiester pada DNA dan RNA dapat dihidrolisis

oleh enzim nukleas.nuklease yang menyerang hanya pada

ujung rantai polinukleotida disebut eksonuklease. Yang

menyerang di bagian dalam rantai disebut endonuklease

2. Hidrolisis dengan asam basa

Hidrolisis lemah dari DNA dengan asam pH 3,0 sangat

selektif yaitu pecahnya ikatan β-glikosida antara gugus basa

purin dan gugus deoksiribosa, tetapi ikatan pirimidin-

doksiribosa tidak akan terpengaruh. Hidrolisis ini

menghasilkan derivat DNA tanpa basa purin disebut asam

apurinat. Pada kondisi lain, dapat dihasilkan asam

apiridamat yaitu derivat DNA tanpa basa pirimidin.

DNA tidak dapat dihirolisis oleh basa, tetapi RNA bisa.

86

Nukleoprotein

Merupakan gabungan antara asam nukleat dengan protein

tertentu membentuk struktur yang sangat kompleks dan memiliki

aktivitas fungsional. Contoh : ribosom dan virus.

87

BAB 9. Energetika Sel

Sel hidup berada dalam aktivitas biokimia yang terus

menerus sebagai hasil pertumbuhan dan pemeliharaan struktur sel.

Misalnya pada suatu kultur prokariot yang sedang tumbuh seperti

E. Coli, reproduksi oleh pembagian sel terjadi kira-kira satu kali

setiap 20 menit. Sebuah kultur hanya memerlukan mengandung

glukosa untuk sumber karbon dan garam-garam anorganik untuk

memberikan nitrogen, fosfor dan zat-zatsederhana lain yang

diperlukan. Kenyataan bahwa satu sel E.Coli mampu menjadi dua

sel setiap menit yang berarti bahwa ia di dalam membran selnya

mempunyai semua kimia yang diperlukan untuk bersintesis,

dengan menggunakan hanya sedikit zat pendukung sederhana,

semua protein, asam nukleat, karbohidrat, koenzim, dan

biomolekul-biomolekul lain yang diperlukan oleh sel hidup.

Dalam bab ini dan berikutnya dapat dipelajari bagaimana

sel memperoleh energi dari zat-zat makanan dan bagaimana sel

menggunakan energi dan zat-zat makanan untuk menghasilkan

zat-zat yang dibutuhkannya. Sebelum membicarakan proses-proses

kimia secara terinci maka terlebih dahulu harus melangkah ke

beberapa pengertian dasar mengenai sel dan fungsinya.

88

Arus Energi di dalam Biosfer

Sel terbagi atas dua kelompok: heterotrop yang

memperoleh makanan dari sel lain, dan autrotrop yang

menciptakan makanannya sendiri dari zat-zat anorganik sederhana

dan cahaya matahari. Kedua jenis sel ini ada hubungan dekat oleh

proses keseluruhan dari siklus karbon.

Sel autotropik yang fotosintetik menyimpan energi cahaya

matahari dalam bentuk karbohidrat, yang kemudian dimanfaatkan

oleh sel heterotrop non fotosintetik sebagai sumber dari bukan saja

melainkan juga bahan mentah untuk biosintesis. Arus energi dari

matahari melalui bermacam-macam tahap pemanfaatan secara

skematik ditunjukkan dalam gambar.

89

Arus karbon dalam biosfer

QS. Ar-Rahman (55) : 17 – 18

17. Tuhan yang memelihara kedua tempat terbit matahari dan Tuhan yang memelihara kedua tempat terbenamnya.

18. Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan?

Kita dapat mencatat banyak persamaan antara proses

metabolik antara proses metabolik dalam sel-sel prokariotik

sederhana seperti bakteri dan proses dalam eukariotik yang lebih

rumit seperti pada sel dari hewan tingkat tinggi. Oleh karena

90

universalitas dari proses metabolik utama maka para cendikiawan

mampu untuk menggunakan prokariot sederhana untuk

mempelajari metabolisme perantara, dan sebenarnya dapat

mempeluas banyak dari kesimpulan yang diperoleh dari studi-

studi demikian pada proses yang bersesuaian di dalam sel hewan

bertingkat lebih tinggi.

Arus Nitrogen dalam biosfer

91

Organisme dapat dikelompokkan berdasarkan cara

memperoleh energi, yaitu:

Sel Autotropik

Sel autrotopik dapat dibagi menjadi kemoautotrop dan

fotoautotrop.

Kemoautotrop memperoleh energi dengan mengoksidasi

molekul-molekul yang tereduksi seperti H2S, S, NH3, NO2,

dan CO, sehingga menghasilkan energi yang diperlukan

untuk mereduksi CO2 (digunakan sebagai sumber karbon

untuk menghasilkan karbohidrat) dan memberikan tenaga

pendorong bagi proses yang memerlukan energi.

Organisme non fotosintetik ini termasuk keluarga bakteri

dari pengambilan molekul-molekul anorganik sederhana.

Fotoautotrop memperoleh energi dengan mengubah sinar

matahari menjadi energi kimia. Sel-sel ini termasuk semua

sel tumbuhan fotosintetik: lumut, lumut biru-hijau yang

prokariotik, dan bakteri belerang fotosintetik.

Sel Heterotrop

Kemoheterotrop memerlukan senyawa organik baik sebagai

sumber energi. Kelas ini meliputi lapangan yang maha luas

dari organisme termasuk hewan bertingkat tinggi, jamur,

protozoa, dan kebanyakan bakteri.

Kita dapat membuat pembedaan diantara kemotrop yaitu

organisme aerobik dan anaerobik.

Organisme aerobik menggabungkanoksidasi molekul-

molekul organik dengan mereduksi O2 menghasilkan

air. Oksigen dalam hal ini sebagai penerima elektron.

92

Organisme aerob tidak dapat hidup tanpa adanya

oksigen.

Organisme Anaerobik jauh lebih umum. Mereka terbagi

menjadi dua macam: anaerobik tegas dan anaerobik

fakultatif.

Anaerobik tegas menggunakan molekul-molekul

organik sebagai penerima elektron ujung pada

metabolisme oksidatif dan teracuni oleh adanya

oksigen. Clostridium botulinus suatu anaerob tegas

yang kadang-kadang terdapat pada makanan

berkadar asam rendah yang kurang baik dalam

proses pengalengan, menghasilkan toksin bakteri

yang mematikan yang mengakibatkan botulisme

atau keracunan makanan.

Anaerobik fakultatif dapat menggunakan O2 atau

molekul organik sebagai penerima elektron.

Manusia adalah anaerobik fakultatif. Ragi juga

anaerobik fakultatif karena dapat mengubah

glukosa menjadi CO2 dan H2O dengan keberadaan

O2. Dalam keadaan tanpa oksigen ragi mengubah

glukosa menghasilkan CO2 dan suatu molekul

organik yang direduksi seperti etanol.

Aerobi : C6H12O6 + 6H2O 6CO2 + 6H2O

Anaerobik : C6H12O6 2CO2 + 2CH3CH2OH

93

Fotoheterotrop memerlukan senyawa organik lain dari CO2

sebagai sumber karbon. Karena senyawa organik di alam

hampir selalu berasal dari degradasi materi yang pernah

hidup, maka sel ini adalah heterotrop. Organisme demikian

termasuk bakteri non-belerang ungu.

Adenosin Trifosfat

Pemindahan-pemindahan energi selular yang lain dari

reaksi-reaksi oksidasi-reduksi memanfaatkan energi yang disimpan

pada ikatan-ikatan P-O dari asam fosfat anhidrida dan turunan

ester fosfat. Biomolekul pusat pada sistem pemindahan energi ini

adalah Adenosin Trifosfat (ATP). Struktur ATP dan zat-zat yang

ada hubungannya ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

94

ATP dan Energetika Selular

ATP bertugas sebagai pusat medium pertukaran yang

menghubungkan reaksi-reaksi biokimia yang menghasilkan energi

penyambung dengan proses-proses yang memerlukan energi di

dalam sel. Bekerjanya ATP berpusat pada kemantapannya untuk

menjadi donor gugus fosforil berenergi tinggi kepada akseptor

gugus fosforil seperti senyawa sejenis –OH.

95

BAB 10. Pengantar Metabolisme

Metabolisme

Pengertian metabolisme adalah segala proses kimia yang

terjadi di dalam makhluk hidup. Di dalam proses ini makhluk

mendapat, mengubah, dan menggunakan senyawa dari sekitarnya

untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya

Jenis metabolisme dapat dibagi menjadi:

1. Katabolisme

2. Anabolisme

Katabolisme

Pencernaan

Pencernaan pada hewan tingkat tinggi pada dasarnya

merupakan proses hidrolitik. Molekul-molekul seperti polisakarida,

protein, asam nukleat dan lipida yang menyusun bagian terbesar

dari makanan harus dihancurkan menjadi molekul-molekul kecil

agar memungkinkan penyerapannya menembus lapisan usus kecil.

QS. Al-A’raf (7) : 31

96

31. Hai anak Adam, pakailah pakaianmu yang indah di setiap (memasuki)

mesjid, makan dan minumlah, dan janganlah berlebih-lebihan[*].

Sesungguhnya Allah tidak menyukai orang-orang yang berlebih-lebihan.

[*] Maksudnya: janganlah melampaui batas yang dibutuhkan oleh

tubuh dan jangan pula melampaui batas-batas makanan yang

dihalalkan.

Pencernaan dan adsorbsi Karbohidrat

Pemecahan makanan polisakarida pada manusia dimulai di

dalam mulut, tempat α-amilase air liur menghidrolisis beberapa

dari ikatan α-1 4 glikosida. Sedikit pemecahan lebih jauh dari

karbohidrat terjadi hingga makanan mencapai usus kecil. Di sini

amilase pankreas mengkatalisis reaksi hidrolisis polisakarida

berikatan α-1 4 terutama menjadi glukosa dan maltosa. Apabila

terjadi percabangan seperti pada amilopeptin atau glikogen, maka

dihasilkan pula isomaltosa suatu disakarida yang berikatan α-1 6.

Selain disakarida yang ditimbulkan oleh reaksi α-amilase, maka

makanan disakarida lain meliputi laktosa (dari susu) dan sukrosa.

Disakarida dipecah oleh enzim khusus yang terletak pada

permukaan besar yang berlipat terbentuk oleh sel-sel yang melapisi

usus kecil. Permukaan ini telah diistilahkan sebagai batas sikat dari

mukosa usus dan memberikan suatu permukaan yang luar biasa

luasnya untuk absorbsi yang efisien dari makanan yang

dicernakan.

QS. Al-A’la (87) : 2 – 3

2. Yang Menciptakan, dan menyempurnakan (penciptaan-Nya),

97

3. Dan yang menentukan kadar (masing-masing) dan memberi petunjuk,

Enzim-enzim terlibat dalam pencernaan karbohidrat

disajikan pada tabel di bawah ini:

Enzim Substrat Hasil Utama

α-amilase Polisakarida berikatan α-1 4

Glukosa, maltosa, dan isomaltosa

Maltase I dan II Maltosa Glukosa

Maltase III dan IV Maltosa dan sukrosa Glukosa dan fruktosa

Maltase V Disakarida yang berikatan α-1 6

Glukosa (dari isomaltosa), glukosa dan fruktosa (dari platinosa)

β-galaktosidase Oligosakarida berikatan-β

Tergantung pada substrat

Laktase Laktosa Galaktosa dan glukosa

Pencernaan laktosa jarang terjadi karena laktosa hanya

ditemukan dalam susu. Pada kebanyakan mamalia enzim

pencernaan laktase yang terdapat bayi menghilang setelah

penyapihan. Kelangkaan enzim pada bayi dapat mengakibatkan

peradangan isi perut yang hebat, karena laktosa yang tidak

dicernakan dan diserap memperlancar pertumbuhan bakteri usus

yang tidak diinginkan.

Pencernaan dan Absorbsi Lemak

Metabolisme lemak memulai dengan asam lemak bebas. Ini

dihasilkan baik oleh hidrolisis intra selular dari trigliserida

simpanan maupun oleh hidrolisis lemak gizi di dalam usus kecil.

98

Kebanyakan lipida dalam makanan kita berbentuk triasil

gliserol. Pencernaan lemak berlangsung dalam usus kecil. Di sini

lipida makanan direaksikan dengan enzim hidrolase yang disebut

dengan lipase. Karena lipase larut dalam air sedang substratnya

tidak, maka materi lipida diubah menjadi globul kecil-kecil

(teremulsikan) oleh garam-garam empedu. Empedu dihasilkan

dalam hati dan disimpan di dalam kandung empedu yang

mengeluarkannya di dalam usus kecil. Zat pengemulsi yang utama

di dalam empedu adalah garam-garam natrium asam taurokolat

dan asam glikokolit, keduanya turunan steroid. Lipase pankreas

menghidrolisis dua dari tiga sambungan ester dalam triasil gliserol.

Gliserol monoalkil dan asam lemak diserap melalui lapisan

usus dan diubah kembali menjadi triasil gliserol yang kemudian

masuk ke dalam darah melewati sistem limfa.

Lipida diangkut di dalam darah dalam beberapa bentuk:

1. Kilomikron, merupakan misel yang sebagian besar terdiri

atas triasil gliserol dan kira-kira 1% protein

2. Lipoprotein dengan densitas sangat rendah (Very Low

Density Lipoprotein, VLDL), mengandung kira-kira 10%

berat protein dan mengangkut terutama triasil gliserol

3. Lipoprotein berdensitas rendah (Low Density Lipoprotein,

LDL), mengandung kira-kira 20% protein dan penting

untuk mengangkut kolesterol. Di dalam laboratorium klinik

uji untuk derajat darah dari kolesterol penting dalam

diagnosa tahap- tahap dini dari atherosclerosis dengan

keadaan terdepositnya kolesterol pada dinding pembuluh

nadi sehingga dapat menghalangi aliran darah.

4. Lipoprotein berdensitas tinggi (High Density Lipoprotein,

HDL), mengandung kira-kira 40% protein dan penting

dalam mengangkut fosfolipida

99

5. Serum albumin, mengikat dan mengangkut asam lemak

bebas di dalam darah.

Pencernaan dan Absorbsi Protein

Pencernaan protein dimulai dari dalam perut. Di sini enzim

proteolitik pepsin mengkatalisis reaksi hidrolisis ikatan peptida

pada protein untuk menghasilkan campuran polipeptida. Isi perut

yang asam dinetralisasikan pada suasana alkali dari usus kecil.

Polipeptida dihidrolisis oleh tripsin, khimotripsin,

karboksipeptidase, dan elastase. Enzim-enzim ini memecah protein

dan polipeptida makanan menjadi pecahan-pecahan kecil

oligopeptida dan asam amino bebas.

Ikhtisar Proses Pencernaan

100

Mulut

Lambung

101

Usus Halus