Ada kesalahan di dalam gadget ini
Ada kesalahan di dalam gadget ini

Rabu, 16 September 2009

Pengantar Biokimia

PENGANTAR BIOKIMIA
Apabila kita mengambil satu sendok gula dan melarutkan dalam air panas kemudian kita menambahkan satu saset teh celup maka akan terjadi reaksi kimia dalam gelas. Air akan berubah warna, bau bahkan rasanya. Reaksi kimia tersebut sangat dipengaruhi oleh suhu, tekanan (ketika kita mengaduk dengan sendok) dan perbandingan volume zat yang bereaksi. Reaksi kimia yang terjadi dalam sistem makluk hidup yaitu pada tingkat seluler merupakan kajian dari biokimia. Tentunya reaksi kimia yang terjadi dalam sistem seluler (makhluk hidup) sangat berbeda dengan reaksi kimia antara gula, air dan teh diatas yang berlangsung pada sebuah gelas.
Biokimia dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mengkaji dasar kimia dari kehidupan. Proses-proses kimia kehidupan berlangsung pada suatu unit dasar kehidupan yang disebut sel. Biokimiawan juga menjelaskan biokimia sebagai sains yang memfokuskan kajian pada konstituen kimia dari sel hidup, reaksi dan proses-proses yang berlangsung dalam sel. Dari definisi ini maka dapat dimengerti biokimia adalah mencakup wilayah yang luas termasuk biologi sel, biologi molekuler dan genetika molekuler.
Biokimia adalah ilmu yang mempelajari proses-proses/reaksi kimia yang berlangsung dalam sel. Bila reaksi yang terjadi dalam pembuatan teh manis di atas berlangsung pada suatu sistem (gelas) yang tidak hidup maka biokimia adalah reaksi yang berlangsung pada suatu sistem yang hidup (dalam sel). Karena berlangsung dalam sistem yang hidup maka reaksi yang terjadi bersifat dinamis. Tentunya dalam pembuatan teh manis reaksi yang terjadi hanya dipengaruhi oleh faktor-faktor fisik sajaantara lain oleh : suhu, volume pelarut, tekanan (mis: proses pengadukan dengan sendok). Tidak dengan dengan reaksi yang berlangsung dalam sistem makhluk hidup yaitu sel. Selain dipengaruhi oleh faktor fisik tersebut juga dipengaruhi oleh pH, mekanisme selektifitas sel (membran sel), homeostasis (pada hewan) dan terutama keterlibatan biokatalisator yaitu enzim.
Reaksi biokimia sangat unik, spesifik, terorganisasi dan terkontrol. Misalnya Pertama : sel tidak akan menguraikan glukosa untuk melepaskan energi dalam bentuk ATP apabila konsenterasi ATP sel cukup untuk aktivitas seluler. Kedua : karena melibatkan multienzim dan interkoneksi antar senyawa maka enzim dapat diregulasi/diatur. Artinya suatu produk metabolisme dapat tidak terbentuk jika suatu enzim kunci dihambat aktivitasnya. Ketiga: reaksi kimia dalam sel dikontrol melalui mekanisme molekuler yaitu melibatkan proses biosignaling dan ekspresi genetik dimana inti sel meregulasi proses seluler yang terjadi termasuk reaks-reaksi biokimia. Enzim sebagai bentuk protein fungsional diekspresikan melalui mekanisme signaling, transkripsi dan translasi yang melibatkan RNA. Sebagai contoh pada bakteri apabila media tumbuh tidak tersedia glukosa sebagai sumber karbon dan energi dan hanya tersedia laktosa maka senyawa ini akan menginduksi sistem ekspresi gen pada bakteri; bukan enzim heksokinase yang akan disintesis sebaliknya enzim β-galaktosidase untuk menguraikan laktosa menjadi glukosa dan galaktosa dalam rangka menghasilkan energi seluler dan sumber karbon bagi bakteri. Jadi dapat disimpulkan regulasi/pengaturan reaksi biokimia terdiri atas : regulasi metabolik dan regulasi tingkat molekuler.
DASAR MEMPELAJARI BIOKIMIA
Dari penjelasan di atas maka yang menjadi dasar dalam mempelajari biokimia adalah pengetahuan tentang : Biologi Umum, Kimia Organik, Fisika, Biologi Sel dan Genetik Dasar. Biokimia modern menjelaskan struktur, organisasi dan fungsi materi kehidupan dalam aras molekuler. Dibagi dalam tiga prinsip yaitu :
1. Struktur kimia dari komponen makluk hidup dan hubungan antara fungsi biologis dan struktur kimia.
2. Metabolisme – keseluruhan proses reaksi kimia yang terjadi dalam makhluk hidup.
3. Proses kimia dan substansi yang menyimpan serta mentransmisi informasi biologis.
Akar dari perkembangan Biokimia mulai sekitar abad 19 dipelopori oleh Friedrich Wohler. Pada saat itu ia mempercayai bahwa substansi dalam makluk hidup secara kualitatif berbeda dengan substansi pada benda tidak hidup. Pada tahun 1828 Wohler menunjukkan bahwa urea suatu substansi yang berasal dari makluk hidup dapat disintesis di laboratorium dari komponen inorganik amonium sianat.
Kromosom ditemukan pada tahun 1875 oleh Walter Flemming dan diidentifikasi sebagai elemen genetik tahun 1902. Perkembangan mikroskop antara tahun 1930-1950, memberikan banyak temuan struktur seluler yang baru. Dengan organela subseluler seperti mitokondria dan kloroplas dapat dipelajari hal ini menyatakan bahwa proses biokimia spesifik berlokasi pada kompartemen (organela) subseluler ini.
Asam nukelat diidentifikasi pada tahun 1869 oleh Friedrich Miescher tetapi struktur kimia masih kurang dimengerti, dan kemudian pada awal tahun 1900-an mereka menemukan substansi sederhana, yang hanya berperan dalam sel. Ide tentang gen, suatu unit informasi herediter pertama dikemukakan pada pertengahan abad ke 10 oleh Greoger Mendel. Pada tahun 1900, biologiwan menyatakan bahwa gen ditemukan dalam kromosom yang disusun oleh protein dan asam nukelat. Kebanyakan biokimiawan percaya bahwa hanya protein yang memiliki struktur cukup kompleks untuk membawa informasi genetik.
Hal ini menjadi terbukti salah ketika tahun 1940 dan awal tahun 1950 ditemukan struktur deoxyribonucleic acid (DNA) sebagai pembawa informasi genetik. Salah satu penemuan penting dalam sejarah sains terjadi tahun 1953 ketika James Watson dan Francis Crik menemukan struktur double helix dari DNA. Konsep ini memberikan penjelasan bagaimana informasi genetik dikode dalam struktur molekul dan meneruskannya dari satu generasi ke generasi selanjutnya. Perkembangan sejarah Biokimia, Biologi molekuler, Biologi Sel dan Genetika berhubungan erat (gambar 1).


Dari gambar diatas dapat disimpulkan terdapat keterkaitan antara perkembangan biokimia, biologi sel dan genetika. Saat ini ketiga bidang tersebut membentuk suatu disiplin ilmu baru yaitu biologi molekuler. Perbedaan antara biologi molekuler dan biokimia belum jelas karena kedua disiplin ini mempelajari tentang kehidupan ditinjau dari aras molekuler.
Biokimia dibentuk dari tema-tema utama yaitu :
1. Kimia organik yang menjelaskan tentang properti dari biomolekul
2. Biofisik yang menerapkan teknik fisika untuk mempelajari struktur biomolekul
3. Penelitian medis yang meningkatkan pemahaman kita tentang keadaan suatu penyakit dalam aras molekuler
4. Nutrisi, yang menerangkan metabolisme dengan menjelaskan makanan yang dibutuhkan untuk menjaga kesehatan tubuh
5. Mikrobiologi yang menunjukkan organisme sel tunggal dan virus melakukan proses-proses biokimia, mempelajari berbagai lintasan metabolisme dengan mudah dan mekanisme regulasi metabolisme.
6. Fisiologi yang melakukan penyelidikan tentang proses kehidupan pada jaringan dan level organisme
7. Biologi sel yang menjelaskan divisi biokimia yang bekerja dalam sel
8. Genetika yang menjelaskan mekanisme ysng ada pada suatu sel organisme dan identitas biokimianya.

TUJUAN BIOKIMIA ADALAH UNTUK MENJELASKAN PROSES KIMIA DALAM SEL HIDUP DALAM BASIS MOLEKULER
Tujuan utama dari biokimia adalah mengerti secara lengkap, pada tingkat molekuler, semua proses kimia yang berlangsung dalam sel makluk hidup. Untuk mengerti proses-proses tersebut maka para biokimiawan mengisolasi sejumlah molekul yang ditemukan di dalam sel, mengidentifikasi, menentukan strukturnya dan menganalisa bagaimana mereka berfungsi.
MANFAAT MEMPELAJARI BIOKIMIA
Mempelajari biokimia sama halnya dengan mempelajari proses-proses yang terjadi dalam tubuh manusia, hewan dan tumbuhan juga bakteri. Setiap hari manusia membutuhkan makanan dan minuman, apabila sakit sering mengkonsumsi obat. Begitu juga tumbuhan dapat memanfaatkan energi foton dari cahaya matahari dan berlangsung pada pada organel fotosintetik mentransformasi CO2 yang sebenarnya adalah sisa metabolisme hewan menjadi bentuk karbohidrat.
Mempelajari biokimia berarti memahami proses-proses tersebut di atas. Bagaimana “nasib” makanan yang kita makan? Bagaimana tumbuhan membuat makanan bagi hewan dan manusia? Bagaimana makanan menghasilkan energi untuk sel sehingga proses kehidupan dapat berlangsung? Apa yang terjadi jika senyawa/molekul asing bagi tubuh (xenobiotik) sampai masuk ke sistem seluler? Dan banyak pertanyaan lainnya. Mempelajari biokimia akan membawa kita pada suatu dimensi yang terjadi pada sistem seluler dan molekuler makhluk hidup yang tidak kelihatan tetapi dampaknya kelihatan. Kita akan lebih menghargai dan mengagumi betapa Agungnya Pencipta kehidupan di bumi.
1.1. KONSEP TENTANG SEL SEBAGAI DASAR BIOKIMIA
Kesatuan dan keragaman makluk hidup menjadi tidak terpisahkan dalam tingkat seluler. Organisme paling sederhana terdiri atas satu sel dan mikroskopik. Organisme yang lebih besar, multiseluler tersusun atas banyak sel dengan karakteristik berbeda dalam hal jenis, ukuran dan fungsi spesialisasinya. Terlepas dari berbagai jenis, ukuran dan fungsi. Semua sel memiliki aktivitas dasar yang sama pada level biokimia.
A. Sel adalah unit struktural dan fungsional semua makluk hidup
Semua sel umumnya memiliki struktur dasar yang sama. Semua sel memiliki nukleus, membran plasma dan sitoplasma.
Membran plasma adalah bagian paling tepi dari sel yang memisahkan sel dengan lingkungan atau dengan sel tetangga dalam satu jaringan. Membran plasma tersusun atas biomolekul seperti lipid, protein dan karbohidrat. Interaksi struktural dari biomolekul tersebut memberikan fungsi spesifik pada membran sel antara lain bersifat selektif permiabel, terdiri atas lapisan (bilayer) dan memiliki barir hidrofobik. Fungsi membran yang sangat penting adalah transport “substansi” dari luar ke dalam sel. Transport membran menjadi suatu topik penting dalam biokimia yang perlu dibahas tersendiri.
Sitoplasma adalah volume yang diselaputi oleh membran plasma terdiri atas larutan cair, partikel tersuspensi dengan fungsi khusus. Stosol dalam konsenterasi yang tinggi mengandung enzim dan molekul RNA yang mengkode protein termasuk enzim, komponn-komponen asam amino dan nukleotida dimana makromolekul dibentuk/disusun; raturan molekul organik kecil yang disebut metabolit, senyawa intermediet dalam jalur biosintesis dan degradasi, koenzim (komponen esensial pada banyak reaksi katalisis enzim; senyawa inorganik), ribosom (protein kecil yang tersusun atas protein dan molekul RNA) yang menjadi tempat sintesis protein.
Nukleus (eukariotik) dan nucleoid (prokariotik) dimiliki oleh semua jenis sel dimana tersimpan genom (susunan lengkap satu satu set gen pada suatu species) yang menyusun DNA disimpan dan direplikasi pada sel berikutnya.

B. Dimensi seluler dibatasi oleh difusi oksigen
Umumnya sel bersifat mikroskopik; tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Sel hewan dan tumbuhan berdiameter 5 sampai 100 µm sedangkan sel bakteria hanya berukuran 1 sampai 2 µm. Apakah yang membatasi dimensi seluler? Yang dapat membatasi sel adalah “jumlah” biomolekul kebutuhan sel. Kedua kecepatan difusi dari molekul terlarut dalam sistem cairan. Sebagai contoh sel bakteri sangat tergantung pada konsumsi oksgen untuk menghasilkan eneri seluler harus mendapatkan oksigen molekuler melalui difusi dari sekeliling medium plasma membrannya. Sel bakteri sangat kecil sedangkan ratio O2 dilingkungan sangat besar , sehingga setiap bagian dari sitoplasma sangat mudah untuk mendapatkan oksigen lewat difusi ke dalam sel. .......(hal 4).

Terdapat tiga domain kehidupan
Semua makluk hidup dibumi dikelompokkan dalam tiga kelompok besar (kingdom atau domain) yang merupakan percabangan hasil perkembangan evolusi dari progenitor yang sama (gambar 2).

Gambar 2. Filogeni 3 domain kehidupan
Dua kelompok besar prokariotik dapat dibagi berdasarkan latar belakang biokimia yaitu: archaebacteria (Yunani arche : asal) dan eubakteria (Yunani Eu : benar). Eubakteria hidup ditanah, permukaan air, dan jaringan makluk hidup. Archaebacteria adalah prokariotik yang paling primitif, hidup ditempat-tempat ekstrim seperti danau garam, laut dalam dan bersifat anaerobik. Bakteri metan adalah contoh organisme yang termasuk dalam Archaebacteria. Eubacteria adalah prokariotik yang banyak diteliti terutama Escherichia coli.
Organisme juga dapat diklasifikasikan berdasarkan sumber energi dan sumber karbon (gambar 3).

Gambar 3 Klasifikasi Makluk Hidup berdasarkan sumber energi dan sumber karbon.
Sel eukariotik memiliki banyak jenis organel bermembran yang dapat diisolasi untuk mempelajari struktur dan aktivitas biokimianya dalam sistem seluler. Kompartemen bermembran yang terdapat dalam sel eukariotik yaitu mitokondria, retikulum endoplasmik, badan golgi dan lisosom. Khusus pada sel tumbuhan terdapat vakuola dan plastida. Pada sitoplasma sel juga terdapat granula atau droplet yang berisi nutrisi seperti pati dan lemak.


Gambar 4 Struktur Sel Eukariotik : sel hewan (atas) dan sel tumbuhan (bawah).
Dalam perkembangan biokimia Albert Claude, Christian de Duve dan George Palade mengembangkan metode pemisahan organela dari sitosol. Hal ini memungkinkan isolasi biomolekul dan komponen seluler untuk mempelajari struktur dan fungsinya. Dalam fraksinasi sel, sel atau jaringan dipecah dengan homogenasi. .... Homogenat kemudian disentrifugasi; organel seperti nukleus, mitokondria, lisosom berbeda dalam ukurannya sehingga pembentukan sedimen berbeda kecepatannya. ...



Gambar 5 Fraksinasi subseluler jaringan. (Atas) Sentrifugasi diferensial. (Bawah) Sentrifugasi isopenik (densitas-sukrosa)






1.2. DASAR KIMIA
A. Atom, Senyawa dan Molekul
Atom : unit dasar penyusun materi. Atom disusun atas elektron (pada orbital/sheel bermuatan -), proton (bermuatan +) dan neutron (netral). Proton dan neutron terletak diinti. Atom dalam keadaan stabil apabila tingkatan energi terluarnya terisi elektron.
Atom adalah komponen terkecil unsur yang tidak akan mengalami perubahan dalam reaksi kimia. Semua atom terdiri atas komponen yang sama, sebuah inti dan electron. Diameter inti sekitar 10-15 - 10-14 m, yaitu sekitar 1/10 000 besarnya atom. Lebih dari 99 % massa atom terkonsentrasi di inti. Inti terdiri atas proton dan neutron, dan jumlahnya menentukan sifat unsur.


Gambar Model atom yang diusulkan oleh Bohr

Materi : segala sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Materi dibangun dari atom-atom.
Unsur (elements) : substansi yang disusun oleh satu jenis atom. Terdapat sekitar 100 unsur yang diketahui (lihat tabel periodik).
Senyawa (compounds) : substansi yang tersusun atas 2 atau lebih unsur yang berbeda dan membentuk rasio yang berimbang
Molekul : substansi yang terdiri atas 2 atau lebih atom. Molekul pada umumnya penyusun substansi yang lebih besar.

Tabel 1. Contoh Senyawa dan Molekul
CO2 Senyawa dan Molekul
H2O Senyawa dan molekul
O2 Molekul
H2 Molekul
H2SO4 Senyawa dan molekul
HCl Senyawa dan molekul
C6H12O6 Senyawa dan molekul



Gambar unsur-unsur yang membentuk 97% senyawa yang ditemukan pada sistem makhluk hidup.

B. Ikatan Ion dan Ikatan Kovalen
Ada banyak jenis ikatan kimia akan tetapi akan dibahas disini adalah ikatan Ion dan Ikatan Kovalen.
Ikatan ion : terbentuk apabila satu elektron atau lebih dipindahkan dari satu atom ke atom lain (transfer of elektron) sedangkan
Ikatan kovalen : terbentuk apabila satu elektron atau lebih digunakan bersama antar atom (sharing of electron)
Kedua ikatan ini terbentuk sangat tergantung pada keelektronegatifan suatu atom.

Gambar 1 . Ikatan kovalen antara atom hidrogen dimana terjadi penggunaan bersama elektron.


Gambar air merupakan contoh ikatan kovalen polar (bermuatan) sedangkan metana adalah contoh ikatan kovalen nonpolar (tidak bermuatan).


Gambar 2 Ikatan Ion antara Na+ dan Cl-. Terjadi pemberian elektron pada suatu atom.

C. Rekasi Kimia
Reaksi kimia terdiri atas pembentukan dan pemutusan ikatan (dapat ikatan ionik atau ikatan kovalen).
Reaksi kimia sangat penting bagi kehidupan :
- Untuk membuat atom-atom menjadi stabil (dalam sel MH)
- Membentuk molekul-molekul baru yang dibutuhkan oleh sel
- Untuk menata energi seluler (pelepasan, penggunaan dan penyimpanan energi).
Contoh reaksi kimia dalam sistem makhluk hidup :


Dari reaksi diatas dapat diidentifikasi :
- Terdapat berbagai jenis unsur terlibat dalam suatu reaksi
- Jumlah atom tertentu tiap unsur terlibat dalam reaksi
- Terdapat reaktan (zat yang bereaksi) dan produk dari suatu reaksi kimia.
Bagaimana membaca reaksi kimia diatas :
Karbondioksida dan air bereaksi dengan adanya cahaya matahari dan klorofil menghasilkan karbohidrat dan oksigen.
Pada reaksi diatas bila ditinjau dari kesetaraan reaksi terdapat:
- 6 molekul CO2 (reactan)
- 6 molekul H2O (reaktan)
- 1 molekul karbohodrat (produk)
- 6 molekul oksigen (Produk)

Tabel Kesetaraan Reaksi
Reaktan Produk
6 C 6 C
18 O 18 O
12 H 12 H


Keasaman (pH)
pH 7 : berarti terdapat keseimbangan ion H+ dan OH- dalam suatu larutan.
ph < 7 : berarti larutan lebih banyak mengandung ion H+ = asam
pH>7 : berarti larutan lebih banyak menganding ion OH- = basa
Keasaman (pH) sangat mempengaruhi reaksi kimia seluler.





Gambar Tabel Periodik Unsur
Unsur yang paling banyak terdapat pada makluk hidup adlah hidrogen, oksigen, nitrogen dan karbon. Semua unsur tersebut membentuk lebih dari 99% masa sel.
Bulk elemen (warna orange) adalah komponen struktural dari sel dan jaringan dan dibutuhkan dalam makanan dalam jumlah gram. Elemen tamabahan berwarna kuning dibutuhkan dalam jumlah sedikit. Untuk manusia dibutuhkan dalam jumlah miligram setiap hari antara lain (Fe, Cu dan Zn). Contoh fungsi penting dari elemen tambahan adalah fungsi Fe dalam kapasitas transpor oksigen oleh molekul hemoglobin.
Biomolekul adalah substansi karbon dengan berbagai jenis gugus fungsional
Kimia makluk hidup disusun oleh karbon, dimana jumlahnya lebih dari setengah berat kering sel. Karbon dapat membentuk ikatan tunggal dengan atom hidrogen dan juga ikatan tunggal dan ganda dengan atom oksigen dan nitrogen. Tiap atom karbon dapat membentuk ikatan tunggal dengan empat atom karbon lain. Dua atom karbon juga dapat menggunakan dua atau tiga electron pairs membentuk ikatan double (atau triple).


Gambar 7 Geometri dari dari ikatan karbon

Atom karbon memiliki karakteristik ikatan tetrahedral. Karbon-karbon ikatan tunggal memiliki rotasi bebas, seperti yang ditunjukkan pada etana (CH3-CH3). Ikatan rangkap tidak memiliki rotasi bebas atau hanya sedikit. Ikatan ganda dua karbon dan atom lain A, B, X dan Y all lie un the same rigid plane.
Ikatan kovalen karbon dalam biomolekul dapat membentuk rantai linear, rantai bercabang dan struktur siklik. Pada rangka karbon terikat gugus tertentu yang disebut gugus fungsional yang menyebabkan karakteeristik kimia spesifik pada suatu molekul.
Kebanyakan biomolekul dapat dikatakan adalah turunan dari hidrokarbon dengan atom hidrogen ang digantikan oleh banyak gugus fungsional membentuk banyak famili substansi organik. Termasuk didalamnya adalah alkohol yang memiliki satu atau lebih gugus hidroksil; amina dengan gugus amino; aldehida dan keton dengan gugus karbonil; dan asam karboksilik dengan gugus karboksil. Banyak biomolekul adalah polifungsional, mengandung dua atau lebih gugus fungsional berbeda, tiap biomolekul tersebut memiliki karakteristik dan reaksi kimia sendiri. Karakteristik substansi ditentukan oleh kimia dari gugus fungsional tersebut dan disposisi/gerak dalam struktur ruang tiga dimensi.


Gambar 8 Beberapa gugus fungsional yang umum terdapat pada biomolekul.

Sel mengandung kumpulan molekul-molekul kecil
Terlarut dalam fase cair (sitosol) semua sel mengandung sekitar 100 sampai 200 molekul organik kecil berbeda (Mr ~ 100 sampai ~ 500), dalam sitosol terdapat metabolit-metabolit hasil dari jalur metabolisme utama yang terjadi pada semua sel.Kumpulan molekul tersebut antara lain asam amino, nukleotida, gula dan derivat terfosforilasinya dan asam mono, di, dan trikarboksilat. Molekul-molekul ini tetap berada dalam sel karena membran plasma bersifat impermiabel, walaupun transporter spesifik dimembran dapat mengkatalisis pergerakan beberapa molekul masuk dan keluar sel atau antara kompartemen-kompartemen dalam sel eukariotik.


Gambar 9. Beberapa gugus fungsional yang umum pada biomolekul tunggal. Asetil koenzim A (asetil KoA) adalah karir gugus asetil dalam beberapa reaksi enzimatik.

Terdapat biomolekul kecil lain yang spesifik terdapat pada sel atau organisme tertentu. Sebagai contoh pada tumbuhan berpembuluh terdapat serangkaian molekul kecil yang disebut metabolit sekunder yang berperan spesifik pada kehidupan tumbuhan. Metabolit ini termasuk dalam substansi yang menjadi penanda kimia (chemichal marker) suatu tumbuhan misalnya morfin, guanin, nikotin dan kafein yang sebenarnya dihasilkan oleh tumbuhan dengan tujuan utama pertananan. Kumpulan molekul kecil pada suatu sel disebut metabolom, pararel dengan istilah “genom”.

Makromolekul adalah konstituen utama dalam sel
Banyak molekul biologis adalah makromolekul, polimer dari dari beberapa molekul dengan berat molekul tertentu. Protein, asam nukleat dan polisakarida diproduksi melalui polimeraisasi substansi kecil dengan berat molekul 500 atau kurang. Jumlah unit polimerisasi antara puluhan sampai jutaan. Sintesis makromolekul pengkonsumsi energi yang utama dalam aktivitas seluler. Makromolekul dapat membentuk kompleks supramolekular, membentuk unit fungsional seperti ribosom.


Protein adalah polimear panjang dari asam amino, menyusun fraksi terbesar disamping air dalam sel. Beberapa protein memiliki aktivitas katalitik dan fungsi sebagai enzim, yang lain berperan sebagai elemen struktur, reseptor signal atau transporter yang membawa substansi spesifik masuk atau keluar sel. Asam nukleat : DNA dan RNA adalah polimer dari nukelotida. Asam nukleat menyimpan dan mentransmisi informasi genetik dan beberapa molekul RNA memiliki struktur dan peran katalitik dalam kompleks supramolekuler. Polisakarida adalah polimer dari gula sederhana seperti glukosa, memiliki dua fungsi utama yaitu penghasil energi dan elemen strukyut ekstra seluler dengan ikatan spesifik dengan protein. Polimer pendek dari gula (oligosakarida) terikat pada protein atau lipid pada permukaan sel berperan dalam signal seluler. Lipid adalah derivat hidrokarbon, berperan sebagai komponen struktural membran, suber energi, pigmen dan signal intraseluler. Paa protein, nukleotida, polisakarida dan lipid jumlah sub unit monomer sangat panjang : berat molekul antara 5000 sampai 1 juta untuk protein, beberapa juta untuk asam nukleat dan berjuta-juta untuk polisakarida seperti pati.Molekul lipid tunggal lebih kecil (Mr 750 sampai 1500) dan tidak dikelompokkan sebagai makromolekul. Sejumlah besar molekul lipid dapat berikatan nonkovalen dengan banyak struktur. Membran seluler dibangun dari agregat lipid dalam ikatan nonkovalen dengan protein.
Protein dan asam nukleat adalah makromolekul informasi : tiap protein dan tiap asam nukleat memiliki informasi karakteristik-kaya sekuens sub unit. Beberapa oligosakarida, dengan 6 atau lebih gula berbeda terhubung membentuk rantai bercabang.

Dasar Fisika
Sel makhluk hidup dan organisme memiliki ciri untuk mempertahankan hidup dan memperbanyak diri. Reaksi sintetik yang terjadi didalam sel seperti proses sintesis dalam suatu pabrik membutuhkan input energi. Energi juga dibutuhkan dalam pergerakan bakteri juga seorang pelari sprinter dalam olimpiade. Penyimpanan dan ekspresi informasi genetik membutuhkan energi.
Dalam perkembangan evolusi, sel makluk hidup telah mengembangkan mekanisme yang efisien untuk menangkap dan mendapatkan energi dari cahaya atau bahan bakar. Salah satu tujuan dari biokimia dalah untuk mengerti dalam aras kuantitatif dan kimia, bagaimana energi diekstraksi, ditranspor dan dikonsumsi dalam sel makluk hidup. Konversi energi seluler-menurut hukum termodinamika.
Makluk hidup tetap ada dalam keadaa kesetimbangan yang dinamik, tidak pernah euklibrium dengan sekitarnya. Molekul dan ion yang terdapat pada organisme berbeda dalam jenis dan konsenterasi dengan lingkungannya. Hiud didalam laur, eritrosit pada aliran darah manusia, semuanya memiliki komposisi yang berbeda dengan lingkungannya, suatu waktu akan mencapai tahap maturitas, semuanya menjaga komposisi konstan dimana lingkungan mengalami perubahan.
Walaupun komposisi karakteristik pada tiap organisme mengalami perubahan sedikit seriring waktu, populasi mlekul dalam organisme akan mengarah pada kondisi statik. Molekul kecil, makromolekul dan kompleks supramolekul akan terus disintesis dan dipecah dalam reaksi kimia termasuk dalam aliran konstan masa dan energi melalui sistem. Molekul hemoglobin membawa oksigen dari hati menuju ke otak disintesis pada beberapa bulan lalu; untuk bulan berikutnya molekul itu akan didegradas dan digantikan oleh molekul hemoglobin yang baru. Glukosa yang kita makan dari makanan pada suatu waktu akan diedarkan melalui aliran darah; sebelum hari ini habis glukosa tersebut akan dikonversi menjadi bentuk lain misalnya CO2 atau lemak dan kemudian digantikan dengan glukosa yang baru sehingga konsenterasi glukosa darah kita akan kurang lebih konstan sepanjang hari. Jumlah sisa hemoglobin dan glukosa dalam darah akan mendekati konstan karena kecepatan sintesis atau intake akan seimbang dengan dengan kecepatan pemecahannya, konsumsi atau konversi menjadi produk lain. Kekonstanan konsenterasi adalah hasil dari kondisi dynamic steady state, dimana steady state jauh dari ekuilibrium. Menjaga kondisi steady state membutuhkan constant invesment dari energi; ketika sel tidak cukup menghasilkan energi, sel akan mati. .......

Organisme merubah bentuk energi dan materi dari lingkungannya
Semua makluk hidup adalah sistem yang terbuka; makluk hidup melakukan pertukaran baik materi maupun energi dengan lingkungan sekelilingnya. Makluk hidup menurunkan energi dari lingkungan melalui dua jalan yaitu : 1) mereka memperoleh energi kimia (seperti glukosa) dari lingkungan dan mengekstrak energi melalui oksidasi 2) menyerap energi dari cahaya matahari.
Hukum pertama termodinamika, digunakan dalam bidang fisika dan kimia tetapi juga berlaku untuk sistem biologis. Penjelasan prinsip konversi energi : in any physical or chemical change, the total amount of energy in the universe remains constant, although the form of the energy may change. Sel menggunakan energi tranduser, dapat menginterkonversi kimia, elektromagnetik, mekanikal dan energi osmotik dengan sangat efesien (gambar 10).

Gambar 10 beberapa konversi energi pada makluk hidup.


Gambar contoh sebaran pH





Bahan Bacaan :
Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. 2002. Molecular Biology of The Cell. 4th edition. Garland Science.
Anonimous. 2008. Understanding Basic Biochemistry.
Anonimous. 2008. Atoms Molecule and Life.

Tidak ada komentar: