UJIAN MID SEMESTER BIOKIMIA
Pokok bahasan yang diuji mulai dari pengantar biokimia, metabolisme karbohidrat (terdiri atas anabolisme karbohidrat : fotosintesis, pentosa fosfat dan glukoneogenesis) dan katabolisme karbohidrat.
jangan lupa masukkan tugas PBL
Kamis, 04 November 2010
Glukoneogenesis
Beberapa jaringan pada mamalia seperti otak, sistem sarag, sel darah merah, testis, ginjal, jaringan embrionik menggunakan Glukosa sebagai sumber energi. Otak membutuhkan 120 g glukosa tiap hari, lebih dari setengah glukosa yang disimpan di otot dan hati.
Ketersediaan glukosa menurun ketika banyak terjadi aktifitas fisik yang melibatkan kerja otot. Pada kondisi ini organisme membutuhkan cara untuk mensintesis glukosa dari prekursor non karbohidrat. Proises ini melalui lintasan GLUKONEOGENSIS.
Glukoneogenesis berlangsung pada semua hewan, tumbuhan, jamur dan mikroorganisme. Reaksinya sama pada semua sel dan semua species.
Prekursor utama dalam glukoneogenesis : asam laktat, piruvat, gliserol dan asam-asam amino.
Glukoneogenesis berlangsung di hati, ginjal (renal cortex). Produk glukoneogenesis dilepas di dsarah dan ditranspor ke jaringanyang membutuhkan.
Gambar Sintesis Karbohidrat dari prekursor sederhana.
Gambar Pengaturan Glikolisis dan Glukoneogenesis
LINTASAN PENTOSA FOSFAT
Lintasan Pentosa fosfat menyediakan NADPH untuk reaksi reduksi dalam proses biosintesis. Nama lain dari lintasan pentosa fosfat adalah lintasan heksosa monofosfat atau lintasan fosfoglukonat.
Selain bertujuan menyediakan NAPDH lintasan ini juga menghasilkan gula berkarbon 5 yaitu ribulosa 5-fosfat yang merupakan prekursor atau bahan penyusun asam nukleat.
Beberapa jaringan pada mamalia seperti otak, sistem sarag, sel darah merah, testis, ginjal, jaringan embrionik menggunakan Glukosa sebagai sumber energi. Otak membutuhkan 120 g glukosa tiap hari, lebih dari setengah glukosa yang disimpan di otot dan hati.
Ketersediaan glukosa menurun ketika banyak terjadi aktifitas fisik yang melibatkan kerja otot. Pada kondisi ini organisme membutuhkan cara untuk mensintesis glukosa dari prekursor non karbohidrat. Proises ini melalui lintasan GLUKONEOGENSIS.
Glukoneogenesis berlangsung pada semua hewan, tumbuhan, jamur dan mikroorganisme. Reaksinya sama pada semua sel dan semua species.
Prekursor utama dalam glukoneogenesis : asam laktat, piruvat, gliserol dan asam-asam amino.
Glukoneogenesis berlangsung di hati, ginjal (renal cortex). Produk glukoneogenesis dilepas di dsarah dan ditranspor ke jaringanyang membutuhkan.
Gambar Sintesis Karbohidrat dari prekursor sederhana.
Gambar Pengaturan Glikolisis dan Glukoneogenesis
LINTASAN PENTOSA FOSFAT
Lintasan Pentosa fosfat menyediakan NADPH untuk reaksi reduksi dalam proses biosintesis. Nama lain dari lintasan pentosa fosfat adalah lintasan heksosa monofosfat atau lintasan fosfoglukonat.
Selain bertujuan menyediakan NAPDH lintasan ini juga menghasilkan gula berkarbon 5 yaitu ribulosa 5-fosfat yang merupakan prekursor atau bahan penyusun asam nukleat.
LECTURE NOTE : BIOSINTESIS ASAM LEMAK PADA TUMBUHAN
LECTURE NOTE : Plant Physiology (4 SKS)
BIOSINTESIS LEMAK PADA TUMBUHAN
Yeremia S. Mokosuli, SSi, MSi
Jurusan Biologi FMIPA UNIMA
Lemak atau lipida terdiri dari unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Fungsi utama cadangan lemak dan minyak dalam biji-bijian adalah sebagai sumber energi. Cadangan ini merupakan salah-satu bentuk penyimpanan energi yang penting bagi pertumbuhan. Penguraian lemak secara kimiawi menghasilkan energi dalam jumlah yang lebih besar sekitar dua kali lipat dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dari penguraian karbohidrat.
Asam lemak pada tumbuhan umumnya terdapat dalam bentuk lemak dan minyak. Lemak dan minyak yang tergolong lipida berfungsi sebagai pembentuk struktur membran sel, sebagai bahan cadangan dan sebagai sumber energi. Selain dalam bentuk minyak dan lemak, asam lemak juga terdapat dalam bentuk senyawa lapisan pelindung pada epidermis batang, daun dan buah. (Estiti, 1995
Penyimpanan asam lemak berbentuk minyak dan lemak dalam jumlah yang relatip besar dapat ditemukan sebagai bahan cadangan penting dalam buah dan bijibijian (Estiti, 1995). Cadangan ini tersimpan dalam endosperm atau perisperm dalam bentuk lipid dengan kandungan yang beragam.
Lipid tampak sebagai tubuh minyak dalam sitoplasma sel yang menyimpan minyak. Tubuh minyak ini dinamakan vakuola*) berisi lipid, sebagai sferosom yang dikelilingi satuan membran. (Salisbury dan Ross, 1995)
Asam lemak merupakan senyawa potensil dari sejumlah besar kelas lipid di alam. Sementara dalam sistem biologi umumnya asam lemak kebanyakan terdapat menyatu dalam kompleks lipid. Asam lemak yang menyatu terdapat berupa ester, gliserol, sterol dan berbagai senyawa lainnya. Rantai hidrokarbon dari asam lemak dapat juga berikatan dengan phospogliserol melalui ikatan ether dan vinyl ether.
Pada sel tumbuhan, cadangan lipid adalah asam lemak. Cadangan ini oleh lipase dihidrolisir menjadi gliserol dan asam lemak. Asam lemak ini dipakai dalam sintesis fosfolipid dan glikolipid yang diperlukan untuk pembentukan organel. Sebagian besar diubah menjadi gula dan diangkut untuk pertumbuhan kecambah.
Struktur Asam Lemak
Struktur Triasilgliserol
Bentuk Simpanan dan organ tempat menyimpan lemak pada tumbuhan
Pada tumbuhan lemak terdapat dalam bentuk :
- fosfolipid dan glikolipid,
- lilin
- kutin
- suberin
Lemak disimpan dalam beberapa organ antara lain :
- biji (terutama pada biji)
- buah
- dan umbi
Figure 10-2. The parts of a phospholipid molecule. This example is phosphatidylcholine, represented (A) schematically, (B) by a formula, (C) as a space-filling model, and (D) as a symbol. The kink resulting from the cis-double bond is exaggerated for emphasis
Timbunan lemak pada biji terdapat dalam sitoplas dan juga pada koletidon atau endosperm yang dinamakan sferosom.
Lemak dan minyak selalu disimpan dalam benda khusus di sitosol dan sering terdapat ratusan sampai ribuan benda di tiap sel penyimpan. Benda ini disebut benda lipid, sferosom dan oleosom. Sebutan oleosom lebih banyak digunakan untuk menyatakan benda yang mengandung minyak dan agar mudah membedakannya dengan peroksisom dan glioksisom. Sedangkan istilah sferosom telah lama digunakan untuk menerangkan organel yang mengandung sedikit lemak. Sferosom mempunyai membran tipis yang memisahkan trigliserid dari cairan sitoplas.
Tempat Sintesis
Sebagian besar reaksi sintetis asam lemak terjadi di kloroplas daun serta di proplastid biji dan akar. Lemak yang disimpan dalam biji tidak diangkut dari daun, tetapi disintetis in situ dari sukrosa atau gula terangkut lainnya. Kalaupun daun memproduksi lemak dan minyak namun pemindahannya ke buah tidak dapat melalui floem dan xilem karena tidak larut dalam air.
Struktur Lemak dan Minyak
Secara kimiawi, senyawa lemak serupa dengan senyawa minyak. Keduanya terdiri dari :
- asam lemak berantai panjang yang teresterifikasi oleh gugus karboksiltunggalnya menjadi hiroksil dari alkohol tiga karbon gliserol.
- Dengan tiga molekul asam lemak yang teresterifikasi maka lemak dan minyak sering disebut trigliserida.
Sifat Lemak
Sifat lemak umumnya ditentukan oleh jenis asam lemak yang dikandung-nya. Asam-asam lemak yang membentuk lemak biasanya berbeda, dan kadang dua di antaranya sama. Panjang rantai ketiga asam lemak hampir selalu sama dengan jumlah atom karbon genap sebanyak 16 dan 18. Jumlah atom karbon asam lemak biasanya paling rendah 12 dan paling banyak 20. Beberapa asam lemak termasuk asam lemak tidak jenuh karena mengandung ikatan rangkap.
Sifat Fisik dan Kimia
Titik leleh lemak dan minyak tergantung pada jumlah ikatan rangkap yang terkandung dalam tiap asam lemak. Pada setiap asam lemak minyak terdapat satu sampai tiga ikatan rangkap sehingga minyak dengan titik leleh yang cukup rendah membuatnya cair pada suhu kamar. Sedangkan lemak dengan titik leleh yang relatip lebih tinggi pada umumnya berbentuk padat pada suhu kamar karena memiliki asam lemak jenuh. (Salisbury dan Ross, 1995)
Beberapa asam lemak penting pada tumbuhan
Berbagai jenis asam lemak tumbuhan yang penting umumnya diperoleh dari biji-bijian antara lain dari biji kapas, jagung, kacang dan kedelai. Jenis-jenis asam lemak tumbuhan yang lajim ditemukan diberikan pada Tabel 2. Asam lemak tidak jenuh yang terbanyak di alam ialah asam oleat dan asam linoleat. Asam lemak jenuh terbanyak adalah asam palmitat, asam stearat dan asam laurat. Asam lemak jenuh dengan jumlah atom karbon rendah adalah asam propionat dan asam butyrat. Asam-asam lemak yang diberikan pada Tabel 2 mencakup asam lemak yang terdapat pada lipid membran tumbuhan dan pada biji. Jenis asam lemak lainnya yang tidak penting pada lipid membran tumbuhan dapat ditemukan pada biji-bijian seperti misalnya asam risinoleat pada biji jarak. (Salisbury dan Ross, 1995)
Tahapan Biosintesis Asam Lemak
Gambar Pemanjangan Rantai dalam Biosintesis Asam Palmitat (C16)
Biosintesis asam lemak
Biosintesis Asam Lemak Pada Tumbuhan
DAFTAR BACAAN
Alberts et. al. 2002. Molecular Biology of The Cell fourth edition. WH Freeman Company
Lehninger A. 2004. Principles of Biochemistry. W.H. Freeman Company
Lodish et. al. 2000. Molecular Cell Biology. W.H. Freeman & Company
Mokosuli YM. 2009. Intisari Biokimia. FMIPA UNIMA
Ohlroggeav J. and Browseb J. 1995. Lipid Biosynthesis. The Plant Cell, Vol. 7, 957-970,
Sipayung R. Biosintesis Asam Lemak Pada Tumbuhan. Fakultas Pertanian Universitas
Sumatera Utara
BIOSINTESIS LEMAK PADA TUMBUHAN
Yeremia S. Mokosuli, SSi, MSi
Jurusan Biologi FMIPA UNIMA
Lemak atau lipida terdiri dari unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Fungsi utama cadangan lemak dan minyak dalam biji-bijian adalah sebagai sumber energi. Cadangan ini merupakan salah-satu bentuk penyimpanan energi yang penting bagi pertumbuhan. Penguraian lemak secara kimiawi menghasilkan energi dalam jumlah yang lebih besar sekitar dua kali lipat dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dari penguraian karbohidrat.
Asam lemak pada tumbuhan umumnya terdapat dalam bentuk lemak dan minyak. Lemak dan minyak yang tergolong lipida berfungsi sebagai pembentuk struktur membran sel, sebagai bahan cadangan dan sebagai sumber energi. Selain dalam bentuk minyak dan lemak, asam lemak juga terdapat dalam bentuk senyawa lapisan pelindung pada epidermis batang, daun dan buah. (Estiti, 1995
Penyimpanan asam lemak berbentuk minyak dan lemak dalam jumlah yang relatip besar dapat ditemukan sebagai bahan cadangan penting dalam buah dan bijibijian (Estiti, 1995). Cadangan ini tersimpan dalam endosperm atau perisperm dalam bentuk lipid dengan kandungan yang beragam.
Lipid tampak sebagai tubuh minyak dalam sitoplasma sel yang menyimpan minyak. Tubuh minyak ini dinamakan vakuola*) berisi lipid, sebagai sferosom yang dikelilingi satuan membran. (Salisbury dan Ross, 1995)
Asam lemak merupakan senyawa potensil dari sejumlah besar kelas lipid di alam. Sementara dalam sistem biologi umumnya asam lemak kebanyakan terdapat menyatu dalam kompleks lipid. Asam lemak yang menyatu terdapat berupa ester, gliserol, sterol dan berbagai senyawa lainnya. Rantai hidrokarbon dari asam lemak dapat juga berikatan dengan phospogliserol melalui ikatan ether dan vinyl ether.
Pada sel tumbuhan, cadangan lipid adalah asam lemak. Cadangan ini oleh lipase dihidrolisir menjadi gliserol dan asam lemak. Asam lemak ini dipakai dalam sintesis fosfolipid dan glikolipid yang diperlukan untuk pembentukan organel. Sebagian besar diubah menjadi gula dan diangkut untuk pertumbuhan kecambah.
Struktur Asam Lemak
Struktur Triasilgliserol
Bentuk Simpanan dan organ tempat menyimpan lemak pada tumbuhan
Pada tumbuhan lemak terdapat dalam bentuk :
- fosfolipid dan glikolipid,
- lilin
- kutin
- suberin
Lemak disimpan dalam beberapa organ antara lain :
- biji (terutama pada biji)
- buah
- dan umbi
Figure 10-2. The parts of a phospholipid molecule. This example is phosphatidylcholine, represented (A) schematically, (B) by a formula, (C) as a space-filling model, and (D) as a symbol. The kink resulting from the cis-double bond is exaggerated for emphasis
Timbunan lemak pada biji terdapat dalam sitoplas dan juga pada koletidon atau endosperm yang dinamakan sferosom.
Lemak dan minyak selalu disimpan dalam benda khusus di sitosol dan sering terdapat ratusan sampai ribuan benda di tiap sel penyimpan. Benda ini disebut benda lipid, sferosom dan oleosom. Sebutan oleosom lebih banyak digunakan untuk menyatakan benda yang mengandung minyak dan agar mudah membedakannya dengan peroksisom dan glioksisom. Sedangkan istilah sferosom telah lama digunakan untuk menerangkan organel yang mengandung sedikit lemak. Sferosom mempunyai membran tipis yang memisahkan trigliserid dari cairan sitoplas.
Tempat Sintesis
Sebagian besar reaksi sintetis asam lemak terjadi di kloroplas daun serta di proplastid biji dan akar. Lemak yang disimpan dalam biji tidak diangkut dari daun, tetapi disintetis in situ dari sukrosa atau gula terangkut lainnya. Kalaupun daun memproduksi lemak dan minyak namun pemindahannya ke buah tidak dapat melalui floem dan xilem karena tidak larut dalam air.
Struktur Lemak dan Minyak
Secara kimiawi, senyawa lemak serupa dengan senyawa minyak. Keduanya terdiri dari :
- asam lemak berantai panjang yang teresterifikasi oleh gugus karboksiltunggalnya menjadi hiroksil dari alkohol tiga karbon gliserol.
- Dengan tiga molekul asam lemak yang teresterifikasi maka lemak dan minyak sering disebut trigliserida.
Sifat Lemak
Sifat lemak umumnya ditentukan oleh jenis asam lemak yang dikandung-nya. Asam-asam lemak yang membentuk lemak biasanya berbeda, dan kadang dua di antaranya sama. Panjang rantai ketiga asam lemak hampir selalu sama dengan jumlah atom karbon genap sebanyak 16 dan 18. Jumlah atom karbon asam lemak biasanya paling rendah 12 dan paling banyak 20. Beberapa asam lemak termasuk asam lemak tidak jenuh karena mengandung ikatan rangkap.
Sifat Fisik dan Kimia
Titik leleh lemak dan minyak tergantung pada jumlah ikatan rangkap yang terkandung dalam tiap asam lemak. Pada setiap asam lemak minyak terdapat satu sampai tiga ikatan rangkap sehingga minyak dengan titik leleh yang cukup rendah membuatnya cair pada suhu kamar. Sedangkan lemak dengan titik leleh yang relatip lebih tinggi pada umumnya berbentuk padat pada suhu kamar karena memiliki asam lemak jenuh. (Salisbury dan Ross, 1995)
Beberapa asam lemak penting pada tumbuhan
Berbagai jenis asam lemak tumbuhan yang penting umumnya diperoleh dari biji-bijian antara lain dari biji kapas, jagung, kacang dan kedelai. Jenis-jenis asam lemak tumbuhan yang lajim ditemukan diberikan pada Tabel 2. Asam lemak tidak jenuh yang terbanyak di alam ialah asam oleat dan asam linoleat. Asam lemak jenuh terbanyak adalah asam palmitat, asam stearat dan asam laurat. Asam lemak jenuh dengan jumlah atom karbon rendah adalah asam propionat dan asam butyrat. Asam-asam lemak yang diberikan pada Tabel 2 mencakup asam lemak yang terdapat pada lipid membran tumbuhan dan pada biji. Jenis asam lemak lainnya yang tidak penting pada lipid membran tumbuhan dapat ditemukan pada biji-bijian seperti misalnya asam risinoleat pada biji jarak. (Salisbury dan Ross, 1995)
Tahapan Biosintesis Asam Lemak
Gambar Pemanjangan Rantai dalam Biosintesis Asam Palmitat (C16)
Biosintesis asam lemak
Biosintesis Asam Lemak Pada Tumbuhan
DAFTAR BACAAN
Alberts et. al. 2002. Molecular Biology of The Cell fourth edition. WH Freeman Company
Lehninger A. 2004. Principles of Biochemistry. W.H. Freeman Company
Lodish et. al. 2000. Molecular Cell Biology. W.H. Freeman & Company
Mokosuli YM. 2009. Intisari Biokimia. FMIPA UNIMA
Ohlroggeav J. and Browseb J. 1995. Lipid Biosynthesis. The Plant Cell, Vol. 7, 957-970,
Sipayung R. Biosintesis Asam Lemak Pada Tumbuhan. Fakultas Pertanian Universitas
Sumatera Utara
SOAL JAWAB BIOLOGI MOLEKULER
SOAL LATIHAN hal 30 - 31
1. DNA bersifat asam, basa atau netral ? jelaskan
Jawab :
Deoxyribonukleic acid (DNA)atau asam deoksiribonuklat merupakan polinulkelotida yang berarti tersusun atas unit-unit dasar yang disebut nukleotida. Satu nukleotida DNA terdiri atas : gugus fosfat, gula deoksiribosa dan satu jenis basa nitrogen. Struktur nukleotida adalah sebagai berikut :
Ujung fosfat dari nukleotida bersifat negatif sehingga bersifat asam akan tetapi nukleotida DNA juga mengandung unsur basa yaitu basa nitogen (salah satu dari Adenin, Timin, Sitosin dan Guanin). Dengan adanya bagian asam dan basa maka molekul DNA dapat saling menetralkan.
2. Apa unit dasar kromosom?
Jawab :
Kata Kromosom berasal dari bahasa Yunani Krom (warna) dan soma (tubuh). Kromosom hanya nampak pada saat pembelahan sel dan akan nampak sangat jelas pada fase metafase. Kromosom terdapat di nukleus dan mengandung pembawa informasi genetik suatu species yaitu DNA. DNA yang terdapat dalam kromosom terlilit pada protein yang disebut protein histon. Jadi dapat disimpulkan bahwa unit dasar kromosom adalah DNA sementara DNA tersusun atas deretan gen-gen. Unit dasar penyusun gen adalah nukleotida.
3. Sebutkan komponen penyusun nukleotida!
Jawab :
Satu nukleotida DNA terdiri atas : gugus fosfat, gula deoksiribosa dan satu jenis basa nitrogen. Struktur nukleotida adalah sebagai berikut :
Karena basa nitrogen terdiri atas purin : guanin (G) dan adenin (A) dan pirimidin : sitosin (C) dan timin (T) maka nukleotida penyusun DNA terdapat 4 jenis berdasarkan jenis basa nitrogen yaitu:
- Nukleotida Adenin
- Nukleotida timin
- Nukleotida sitosin
- Nukleotida guanin
4. Jelaskan struktur DNA double helix
Jawab :
Berdasarkan hasil penelitian Franklin Gosling dan M.H.F. Wilkins tahun 1952 pada DNA dengan menggunakan sinar X maka J. D. Watson dan F.H.C. Crick pada tahun 1953 mengemukkan model struktur molekul DNA double helix ( beruntai ganda) dimana tersusun atas :
a. Gula dan gugus fosfat sebagai induk tangga
b. Basa nitrogen dengan pasangannya sebagai anak tangga.
5. Mengapa struktur DNA double helix antipararel? Jelaskan
Jawab :
Struktur DNA bersifat antipararel memungkinkan masing-masing untai pada DNA dapat menjadi templete dalam proses replikasi DNA. Hal ini DNA parental dan DNA anakan hasil replikasi bersifat sama sehingga informasi genetik terkonservasi dari generasi ke generasi.
Arah polinukleotida DNA dapat berdasarkan pada ikatan fosfodiester antar nukleotida (diester : 2 ikatan antara gugus –OH yang bereaksi dengan gugus fosfat yang bersifat asam). Pada punggung gula fosfat DNA, gugus fosfat terhubung dengan atom carbon 3’ dari molekul gula deoksiribosa dan selanjutnya pada atom carbon 5’. Dua ujung dari rantai polinukleotida berbeda. Pada ujung yang satu yang tidak berikatan dengan nukleotida adalah ujung 5’ (gugus fosfat (-OPO3-) dimana bagian ujung ini sering disebut ujung 5’. Pada ujung yang lain yang juga tidak berikatan dengan nukleotida juga disebut ujung 3’ (mengandung gugus hidroksil -OH). Pada DNA arah replikasi adalah 5’ → 3’, dimana pada DNA doble helix tsb ujung 5’ akan berikatan dengan ujung 3’ pada untai berikutnya. Hal inilah yang menyebabkan DNA doble helix disebut bersifat antipararel.
6. DNA bermuatan positif atau negatif? Mengapa
Jawab :
DNA memiliki bagian punggung fosfat yang bermuatan negatif yang memungkinkan terjadi pengikatan antara nukleotida pada saat replikasi DNA pada lagging strand yang bersifat diskontinu.
7. Deskripsikan tentang nukleosom dan solenoid
Jawab
Nukleosom adalah kompleks protein histon. Nukleosom adalah unit dasar dari kromatin. Nukleosom yang membentuk lipatan melingkar disebut solenoid. Solenoid berhubungan dengan bentuk lipatan atau supercoil DNA pada kromatin. Struktur solenoid akan membentuk struktur spiral dan selanjutnya melekat pada protein scaffold membentuk struktur kromosom yang terlihat pada mitosis dan meiosis.
The fundamental unit of organization in the chromatin of eukaryotic cells is the nucleosome, which consists of histones and a 200 bp segment of DNA. A core protein particle containing eight histones (two copies each of histones H2A, H2B, H3, and H4) is encircled by a segment of DNA (about 146 bp) in the form of a left-handed solenoidal supercoil. Nucleosomes are organized into 30 nm fibers, and the fibers are extensively folded to provide the 10,000-fold compaction required to fit a typical eukaryotic chromosome into a cell nucleus. The higher-order folding involves attachment to a nuclear scaffold that contains histone H1, topoisomerase II, and SMC proteins. (Nelson dan Cox, 2005).
8. Apa perbedaan fungsi protein histon dan non histon
Jawab :
Kromosom eukariotik terdiri atas komponen DNA dan protein yang dikenal sebagai protein histon dan non histon. Protein histon berperan secara struktural pada kromosom sedangkan protein non histon berperan dalam meregulasi ekspresi gen.
Protein histon mengemas DNA menjadi bentuk nukleosom sedangkan protein non histon protein dalam bentuk benang-benang yang menstabilkan kromatin. Histon bersifat basa sehingga dapat menetralkan DNA.
SOAL LATIHAN hal 39-40
1. Bagaimana hubungan antara pemindahan informasi genetik dari sel ke sel dengan replikasi?
Jawab :
Pemindahan informasi genetik atau transmisi informasi genetik dari sel ke sel berlangsung pada salah satu tahap dalam siklus sel yang disebut tahap sintesis. Pada tahap ini terjadi replikasi DNA secara semikonservatif dimana DNA replikan akan sama persis dengan DNA parental sehingga sel hasil pembelahan akan mewarisi informasi genetik atau DNA yang sama dengan sel sebelumnya atau sel parental. Pada sel prokariot yang pembelahan selnya terjadi secara langsung tanpa melalui siklus sel akan tetapi proses replikasi DNA tetap berlangsung sama.
Gambar Siklus Sel pada eukariotik.
Penjelasan tahapan dalam siklus sel :
Fase M adalah periode dimana sel-sel mempersiapkan diri untuk sitokenesis. Fase M (fase mitosis atau mitosis). Selama mitosis kromosom berpasangan dan kemudian membelah pada pembelahan sel. Kejadian pada tahap ini membawa pada tahap/tahap dalam pembelahan sel yaitu profase, metafase, anafase dan telofase.
Fase G1 , proses yang terjadi dalam siklus sel mengikuti sitokenesis. Selama fase ini sel-sel ditentukan apakah akan tetap bertahan dan melangsungkan siklus atau mengahiri diferensiasi. Tahap inilah yang banyak dikaji dalam hubungan dengan apoptosis. Jika tidak terjadi diferensiasi lagi setelah sitokenesis maka disebut fase G0. fase G0 ini dapat diinduksi lagi setelah beberapa waktu tidak berdiferensiasi dengan stimulus spesifik untuk memasuki kembali siklus sel pada fase G1. selama G1 sel akan memulai sintesis semua komponen seluler yang dibutuhkan untuk menghasilkan kembali 2 sel indetik. Sebagai akibatnya ukuran sel mulai bertambah selama G1.
Fase S, fase dalam siklus sel dimana DNA direplikasi. Fase ini merupakan fase sintesis DNA. Protein tertentu di sintesis dalam fase S, seperti histon.
Fase G2, dicapai setelah replikasi DNA komplete. Selama G2 kromosom mulai berkondensasi, nukleus mulai tidak tampak dan mikrotubul terorganisir pada bagian pusat memulai polimerisasi tubulin untuk menghasilkan spindel pole.
2. Replikasi DNA memerlukan banyak enzim dan protein. Sebutkan 5 enzim yang terlibat dalam replikasi DNA dan jelaskan masing-masing perannya.
Jawab :
a. Girase : bertugas melepatkan lilitan DNA
b. Primase : mengkatalisis sintesis RNA primer pada DNA untai tunggal yang digunakan oleh DNA polimerase memulai fragmen Okazaki pada lagging strand.
c. DNA polimerase : berperan dalam pemanjangan nukleotida DNA. DNA polimerase berperan menggabungkan deoksiribonukleosida trifosfat dNTP. DNA polimerase terdiri atas DNA polimerase I, II dan III.
d. Helicase : berfungsi dalam membuka untai DNA doble helix untuk proses replikasi. Helikase membuka untai DNA double helix menjadi untai tunggal
e. DNA ligase : berperan dalam menyambung fragmen DNA, nampak jelas pada pemanjangan rantai DNA yang bersifat diskontinu.
f. Topoisomerase : berperan dalam membentuk topologi DNA
3. Bagaimana mekanisme dasar replikasi DNA pada bakteri ?
Jawab :
Pada bakteri replikasi dimulai pada tempat awal replikasi yang disebut ORI (origin of replication). Proses replikasi dimulai dengan pembentukan garpu replikasi yang dalam pembentukannya melibatkan berbagai jenis enzim. Enzim girase bertugas melepaskan lilitan DNA, helikase berperan memisahkan untai DNA menjadi untai tunggal pada daerah ORI sehingga akan terbentuk garfu replikasi. Dua untai DNA yang sudah terpisah distabilkan oleh Single binding protein (SSB) agar tidak mudah patah atau terurai sehingga dapat menjadi templete DNA baru. Proses replikasi DNA membutuhkan DNA polimerase III yakni enzim yang menggabungkan bahan pembentuk DNA (deoksiribonukleosida trifosfat) menjadi DNA baru.
Secara Ringkas replikasi DNA adalah :
Replikasi DNA terjadi pada bentuk Y dari untai DNA yang disebut garpu replikasi. DNA polimerase mengkatalisis reaksi polimerasi mulai dari arah 5’ ke 3’, pengkopian strand DNA tempelete dengan sangat akurat. Dua strand DNA Double helix bergerak antipararel, sintesis DNA dengan arah 5’ ke 3’ berlangsung kontinu hanya strand pada garfu replikasi (leading strand). Pada lagging strand, sintesis di mulai pada RNA primer yang bersifat semikontinu. Replikasi DNA membutuhkan banyak kerja enzim/protein. Termasuk didalamnya : 1) DNA polimerase dan DNA primase yang mengkatalisis polimerasi nukleosida trifosfat. 2)DNA helikase dan protein single strand DNA-binding (SSB) yang berperan membuka helix DNA sehingga dapat dikopi. 3) DNA ligase, enzim yang mendegradasu DNA primer dan menyambungkan sintesis langging strand DNA dan 4). DNA topoisomerase yang berperan membentuk relive lilitan helikal DNA. Kebanyakan protein ini bekerja sama satu dengan lainnya pada garfu replikasi membentuk mesin replikasi yang efesien.
Pada bakteri misalnya pada E. coli. memiliki DNA sirkuler yang disebut Plasmid hanya memiliki satu titik awal replikasi (ORI). Pada proses replikasi ini untai induk akan memisah pada bagian ORI membentuk bubble replication dengan 2 garpu replikasi.
4. Deskripsikan tentang fragmen okazaki!
Jawab :
Pada satu strand, strand yang baru disintesis dengan arah 5’ → 3’ dan strand ini disebut leading strand. Pada strand yang lain, fragmen kecil DNA disintesis dengan arah 5’ → 3’, sintesis fragmen kecil ini berlangsung secara diskontinu pada arah 5’ → 3’, strand ini disebut langging strand.
Bagaimana lagging strand disintesis ?
Sintesis diskontinu (panah biru) ditemukan oleh Dr. Reiji Okazaki. Fragmen DNA kecil pada langging strand ini kemudian disebut fragmen okasaki.
5. Apa rasionalnya bahwa replikasi pada sel eukariotik diawali pada banyak ori.
Jawab :
Origins of replication (ORI) disebut juga Autonomously Replicating Sequences (ARS) atau replicators. Pada eukariotik memiliki banyak gen yang direplikasi sehingga membutuhkan banyak daerah ORI. Ukuran kromosom eukariotik lebih besar dibandingkan dengan ukuran kromosom prokariotik.
Pada eukariotik mengandung beberapa ribu replikon masing-masing berukuran 50.000 – 300.000 bp. Setiap pusat replikon adalah ORI, tempat sintesis DNA di mulai.
6. Jelaskan mengapa pada replikasi DNA semikonservatif pita ‘3-5’ yang dicetak bersifat diskontinu?
Jawab :
Karena struktur molekul DNA bersifat antipararel dengan arah replikasi 5’ → 3’, setiap strand atau untai DNA berfungsi sebagai templete dalam proses replikasi DNA.
Dengan sifat diskontinu ini maka memungkinkan proses repair atau perbaikan DNA jika terjadi kesalahan pasangan basa (mismatch pairing)
7. DNA ligase sangat esensial dalam proses replikasi DNA, namun ligase tidak diperlukan dalam proses transkripsi RNA, mengapa?
Jawab :
Dalam proses transkripsi atau penyalinan informasi genetik dari DNA ke mRNA untuk ditranslasi menjadi protein, yang disalin hanyalah fragmen DNA tertentu yang membawa informasi sifat tertentu atau dikenal dengan istilah gen. Fragmen tersebut dapat terdiri dari beberapa ratus nukleotida yang adalah bagian dari DNA sebagai genom (kumpulan gen-gen). Dalam proses transkripsi tidak berlangsung proses penyambungan fragmen DNA ataupun RNA sehingga ligase yang berperan sebagai “lem biologi” tidak diperlukan. Tujuan transkripsi adalah menyalin informasi genetik dari DNA ke dalam bentuk mRNA untuk dibawah ke luar dari inti sel, untuk diterjemahkan menjadi bentuk protein. Jadi RNA bersifat “bilingual” yaitu mengetahui bahasa DNA (Transkripsi) dan dapat membahasakan informasi genetik dari DNA menjadi bentuk protein.
8. Mengapa replikasi pada sel eukariot waktunya lebih lama dibanding prokariot? Bukti-bukti apa yang mendukung ?
Jawab :
Genom eukariot lebih besar dibandingkan dengan prokariot. Replikasi pada eukariot sangat cepat yaitu 1000 nukleotida tidap detik (Albert, 2002).
Pada eukarioti memiliki banyak segmen noncoding yang disebut intron sedangkan pada prokariot hanya sedikit.
SOAL LATIHAN hal 53-54
1. DNA atau gen berekspresi dengan cara mensintesis protein, mengapa? Jelaskan
Jawab :
Melalui tahapan dogma genetik atau ekspresi genetik. DNA akan melakukan proses replikasi untuk menghasilkan untai DNA baru yang sama persis dengan DNA asalnya. Informasi genetik yang dibawah oleh gen-gen yang tersusun dalam molekul DNA sebagai genom, akan ditranskripsi yaitu disalin dari sekuens DNA tersebut (gen) ke dalam bentuk mRNA. Selanjutnya informasi genetik tersebut akan ditranslasi (diterjemahkan) menjadi bentuk protein.
Gambar dogma genetik
Informasi genetik dari suatu gen diterjemahkan dalam bentuk protein karena sebagian besar massa sel adalah protein. Protein dapat berfungsi struktural yaitu komponen penyusun sel dan juga fungsional yaitu berupa enzim, hormon dan protein fungsional lain.
2. Bagaimana cara DNA melaksanakan fungsinya sebagai penyampai informasi genetik pada keturunannya?
Jawab :
DNA melakukan proses replikasi pada salah satu tahap dalam siklus sel dimana DNA replikan sama persis dengan DNA parental. Masing-masing untai DNA dapat berfungsi sebagai templete (replikasi semikonservatif) sehingga informasi genetik dari generasi ke generasi dapat dikonservasi.
3. Bagaimana hubungan antara DNA dan RNA?
Jawab :
DNA bersifat autokatalitik yaitu dapat melakukan replikasi dan juga bersifat heterokataliti yaitu dapat membuat molekul asam nukleat lainnya yaitu RNA. RNA adalah hasil transkripsi informasi genetik dari DNA sehingga RNA membawa informasi genetik dari DNA untuk ditranslasikan atau diterjemakan di ribosom melalui proses sintesis protein.
4. Jelaskan perbedaan antara struktur antara DNA dan RNA
Jawab :
Karakteristik DNA RNA
Struktur molekul Terdiri atas untai ganda (double helix) Terdiri atas untai tunggal (singgle helix)
Molekul gula penyusun Deoksiribosa Ribosa
Basa nitrogen Purin : Adenin dan Guanin sedangkan pirimidin : Sitosin dan Timin Purin : Adenin dan Guanin sedangkan pirimidin : Sitosin dan Urasil
Fungsi Biologis Pembawa informasi genetik, direplikasi satu kali pada fase sintesis dalam siklus Sel.
Tidak akan meninggalkan inti sel Membawa informasi segmen/fragmen DNA tertentu (gen), untuk ditranslasi menjadi protein.
Disintesis di inti sel tetapi berfungsi di sitosol.
5. Bandingkan ribosom yang dimiliki organisme prokariotik dengan eukariotik!
Jawab :
Perbandingan ribosom prokariotik dan eukariotik :
6. Semua jenis RNA disintesis oleh DNA sebagai cetakannya. Apakah yang membedakan dalam sintesis ketiga macam RNA tersebut?
Jawab :
- mRNA adalah molekul pembawa informasi genetik dari DNA, memiliki molekul yang lebih besar dari 2 jenis RNA lainnya. mRNA membawa informasi genetik dalam bentuk kodon triplet yang akan ditranslasi menjadi protein. Pada proses translasi mRNA berfungsi sebagai templete sintesis protein.
- tRNA adalah molekul RNA kecil tersusun atas 70-90 nukleotida. Membentuk struktur seperti daun semanggi karena adanya beberapa basa yang saling berpasangan. tRNA berfungsi sebagai adaptor antara asam amino dan kodon yang terdapat pada mRNA selama proses translasi.
- rRNA adalah komponen penting pembentuk ribosom. rRNA dihasilkan oleh gen khusus (daerah pengatur nukleolus) pada kromatin. Fungsi ribosom adalah tempat melekatnya mRNA dalam proses sintesis protein.
7. Bagaimana rasionalnya bahwa kode genetik tersusun dari tiga nukleotida dan bukannya 1,2 atau 4?
Jawab :
Kode genetik dalam bentuk triplet untuk tujuan efesiensi dalam mengkode asam amino yang berjumlah 20 jenis. Karena basa ada 4 buah maka probabilitas asam amino yang bisa dikode jika kodon dalam bentuk 2 nukleotida (duplet) adalah 42 = 16 sedangkan asam amino ada 20 jadi masih ada asam amino yang tidak terkode.
Apabila dalam bentuk 3 nukleotida (triplet) berarti 43 = 64. Kelihatan terlalu banyak dibandingkan jumlah asam amino yang hanya 20 tetapi ternyata pada kenyataannya dalam sintesis protein beberapa kodon bisa mengkode asam amino yang sama. Penelitian menunjukkan bahwa kode genetik berbentuk triplet ternyata sama pada semua makluk hidup.
Apabila dalam bentuk 4 nukleotida 44=265 maka terlalu banyak dibandingkan jumlah asam amino yang hanya 20 jenis.
Gambar Kode genetik dalam bentuk triplet
DNA hanya membutuhkan 4 basa (A, G, C, T) untuk mengkode jutaan sifat genetik pada jutaan species di bumi.
DAFTAR PUSTAKA
Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Keith R dan Walter P. 2003. Molecular Biology of The Cell 4th Garland Science USA.
Bansal M. 2003. DNA Structure : Revisiting The Watson – Crick Double Helix. Current science, vol. 85, no. 11, 10 december 2003
Knight, J. 2002. All genomes great and small. Nature. 417, pg 374. http://biology.kenyon.edu/courses/biol63/watson_06.pdf
Lodish, Berk, Zipursky, Matsudaira, Baltimore, Darnell. 2000. Mollecular Cell Biology. W.H. Freeman Company USA
Mokosuli YS, Ngangi J, Tanor MN. 2009. Intisari Biokimia. FMIPA Universitas Negeri Manado/
Nelson DL, Cox MM.2005. Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition. W.H. Freeman and Company. New York.
Widiawati T, Anggraito YU. 2010. Buku ajar bibologi molekuler. Jurusan Biologi FMIPA Universitas Negeri Semarang.
1. DNA bersifat asam, basa atau netral ? jelaskan
Jawab :
Deoxyribonukleic acid (DNA)atau asam deoksiribonuklat merupakan polinulkelotida yang berarti tersusun atas unit-unit dasar yang disebut nukleotida. Satu nukleotida DNA terdiri atas : gugus fosfat, gula deoksiribosa dan satu jenis basa nitrogen. Struktur nukleotida adalah sebagai berikut :
Ujung fosfat dari nukleotida bersifat negatif sehingga bersifat asam akan tetapi nukleotida DNA juga mengandung unsur basa yaitu basa nitogen (salah satu dari Adenin, Timin, Sitosin dan Guanin). Dengan adanya bagian asam dan basa maka molekul DNA dapat saling menetralkan.
2. Apa unit dasar kromosom?
Jawab :
Kata Kromosom berasal dari bahasa Yunani Krom (warna) dan soma (tubuh). Kromosom hanya nampak pada saat pembelahan sel dan akan nampak sangat jelas pada fase metafase. Kromosom terdapat di nukleus dan mengandung pembawa informasi genetik suatu species yaitu DNA. DNA yang terdapat dalam kromosom terlilit pada protein yang disebut protein histon. Jadi dapat disimpulkan bahwa unit dasar kromosom adalah DNA sementara DNA tersusun atas deretan gen-gen. Unit dasar penyusun gen adalah nukleotida.
3. Sebutkan komponen penyusun nukleotida!
Jawab :
Satu nukleotida DNA terdiri atas : gugus fosfat, gula deoksiribosa dan satu jenis basa nitrogen. Struktur nukleotida adalah sebagai berikut :
Karena basa nitrogen terdiri atas purin : guanin (G) dan adenin (A) dan pirimidin : sitosin (C) dan timin (T) maka nukleotida penyusun DNA terdapat 4 jenis berdasarkan jenis basa nitrogen yaitu:
- Nukleotida Adenin
- Nukleotida timin
- Nukleotida sitosin
- Nukleotida guanin
4. Jelaskan struktur DNA double helix
Jawab :
Berdasarkan hasil penelitian Franklin Gosling dan M.H.F. Wilkins tahun 1952 pada DNA dengan menggunakan sinar X maka J. D. Watson dan F.H.C. Crick pada tahun 1953 mengemukkan model struktur molekul DNA double helix ( beruntai ganda) dimana tersusun atas :
a. Gula dan gugus fosfat sebagai induk tangga
b. Basa nitrogen dengan pasangannya sebagai anak tangga.
5. Mengapa struktur DNA double helix antipararel? Jelaskan
Jawab :
Struktur DNA bersifat antipararel memungkinkan masing-masing untai pada DNA dapat menjadi templete dalam proses replikasi DNA. Hal ini DNA parental dan DNA anakan hasil replikasi bersifat sama sehingga informasi genetik terkonservasi dari generasi ke generasi.
Arah polinukleotida DNA dapat berdasarkan pada ikatan fosfodiester antar nukleotida (diester : 2 ikatan antara gugus –OH yang bereaksi dengan gugus fosfat yang bersifat asam). Pada punggung gula fosfat DNA, gugus fosfat terhubung dengan atom carbon 3’ dari molekul gula deoksiribosa dan selanjutnya pada atom carbon 5’. Dua ujung dari rantai polinukleotida berbeda. Pada ujung yang satu yang tidak berikatan dengan nukleotida adalah ujung 5’ (gugus fosfat (-OPO3-) dimana bagian ujung ini sering disebut ujung 5’. Pada ujung yang lain yang juga tidak berikatan dengan nukleotida juga disebut ujung 3’ (mengandung gugus hidroksil -OH). Pada DNA arah replikasi adalah 5’ → 3’, dimana pada DNA doble helix tsb ujung 5’ akan berikatan dengan ujung 3’ pada untai berikutnya. Hal inilah yang menyebabkan DNA doble helix disebut bersifat antipararel.
6. DNA bermuatan positif atau negatif? Mengapa
Jawab :
DNA memiliki bagian punggung fosfat yang bermuatan negatif yang memungkinkan terjadi pengikatan antara nukleotida pada saat replikasi DNA pada lagging strand yang bersifat diskontinu.
7. Deskripsikan tentang nukleosom dan solenoid
Jawab
Nukleosom adalah kompleks protein histon. Nukleosom adalah unit dasar dari kromatin. Nukleosom yang membentuk lipatan melingkar disebut solenoid. Solenoid berhubungan dengan bentuk lipatan atau supercoil DNA pada kromatin. Struktur solenoid akan membentuk struktur spiral dan selanjutnya melekat pada protein scaffold membentuk struktur kromosom yang terlihat pada mitosis dan meiosis.
The fundamental unit of organization in the chromatin of eukaryotic cells is the nucleosome, which consists of histones and a 200 bp segment of DNA. A core protein particle containing eight histones (two copies each of histones H2A, H2B, H3, and H4) is encircled by a segment of DNA (about 146 bp) in the form of a left-handed solenoidal supercoil. Nucleosomes are organized into 30 nm fibers, and the fibers are extensively folded to provide the 10,000-fold compaction required to fit a typical eukaryotic chromosome into a cell nucleus. The higher-order folding involves attachment to a nuclear scaffold that contains histone H1, topoisomerase II, and SMC proteins. (Nelson dan Cox, 2005).
8. Apa perbedaan fungsi protein histon dan non histon
Jawab :
Kromosom eukariotik terdiri atas komponen DNA dan protein yang dikenal sebagai protein histon dan non histon. Protein histon berperan secara struktural pada kromosom sedangkan protein non histon berperan dalam meregulasi ekspresi gen.
Protein histon mengemas DNA menjadi bentuk nukleosom sedangkan protein non histon protein dalam bentuk benang-benang yang menstabilkan kromatin. Histon bersifat basa sehingga dapat menetralkan DNA.
SOAL LATIHAN hal 39-40
1. Bagaimana hubungan antara pemindahan informasi genetik dari sel ke sel dengan replikasi?
Jawab :
Pemindahan informasi genetik atau transmisi informasi genetik dari sel ke sel berlangsung pada salah satu tahap dalam siklus sel yang disebut tahap sintesis. Pada tahap ini terjadi replikasi DNA secara semikonservatif dimana DNA replikan akan sama persis dengan DNA parental sehingga sel hasil pembelahan akan mewarisi informasi genetik atau DNA yang sama dengan sel sebelumnya atau sel parental. Pada sel prokariot yang pembelahan selnya terjadi secara langsung tanpa melalui siklus sel akan tetapi proses replikasi DNA tetap berlangsung sama.
Gambar Siklus Sel pada eukariotik.
Penjelasan tahapan dalam siklus sel :
Fase M adalah periode dimana sel-sel mempersiapkan diri untuk sitokenesis. Fase M (fase mitosis atau mitosis). Selama mitosis kromosom berpasangan dan kemudian membelah pada pembelahan sel. Kejadian pada tahap ini membawa pada tahap/tahap dalam pembelahan sel yaitu profase, metafase, anafase dan telofase.
Fase G1 , proses yang terjadi dalam siklus sel mengikuti sitokenesis. Selama fase ini sel-sel ditentukan apakah akan tetap bertahan dan melangsungkan siklus atau mengahiri diferensiasi. Tahap inilah yang banyak dikaji dalam hubungan dengan apoptosis. Jika tidak terjadi diferensiasi lagi setelah sitokenesis maka disebut fase G0. fase G0 ini dapat diinduksi lagi setelah beberapa waktu tidak berdiferensiasi dengan stimulus spesifik untuk memasuki kembali siklus sel pada fase G1. selama G1 sel akan memulai sintesis semua komponen seluler yang dibutuhkan untuk menghasilkan kembali 2 sel indetik. Sebagai akibatnya ukuran sel mulai bertambah selama G1.
Fase S, fase dalam siklus sel dimana DNA direplikasi. Fase ini merupakan fase sintesis DNA. Protein tertentu di sintesis dalam fase S, seperti histon.
Fase G2, dicapai setelah replikasi DNA komplete. Selama G2 kromosom mulai berkondensasi, nukleus mulai tidak tampak dan mikrotubul terorganisir pada bagian pusat memulai polimerisasi tubulin untuk menghasilkan spindel pole.
2. Replikasi DNA memerlukan banyak enzim dan protein. Sebutkan 5 enzim yang terlibat dalam replikasi DNA dan jelaskan masing-masing perannya.
Jawab :
a. Girase : bertugas melepatkan lilitan DNA
b. Primase : mengkatalisis sintesis RNA primer pada DNA untai tunggal yang digunakan oleh DNA polimerase memulai fragmen Okazaki pada lagging strand.
c. DNA polimerase : berperan dalam pemanjangan nukleotida DNA. DNA polimerase berperan menggabungkan deoksiribonukleosida trifosfat dNTP. DNA polimerase terdiri atas DNA polimerase I, II dan III.
d. Helicase : berfungsi dalam membuka untai DNA doble helix untuk proses replikasi. Helikase membuka untai DNA double helix menjadi untai tunggal
e. DNA ligase : berperan dalam menyambung fragmen DNA, nampak jelas pada pemanjangan rantai DNA yang bersifat diskontinu.
f. Topoisomerase : berperan dalam membentuk topologi DNA
3. Bagaimana mekanisme dasar replikasi DNA pada bakteri ?
Jawab :
Pada bakteri replikasi dimulai pada tempat awal replikasi yang disebut ORI (origin of replication). Proses replikasi dimulai dengan pembentukan garpu replikasi yang dalam pembentukannya melibatkan berbagai jenis enzim. Enzim girase bertugas melepaskan lilitan DNA, helikase berperan memisahkan untai DNA menjadi untai tunggal pada daerah ORI sehingga akan terbentuk garfu replikasi. Dua untai DNA yang sudah terpisah distabilkan oleh Single binding protein (SSB) agar tidak mudah patah atau terurai sehingga dapat menjadi templete DNA baru. Proses replikasi DNA membutuhkan DNA polimerase III yakni enzim yang menggabungkan bahan pembentuk DNA (deoksiribonukleosida trifosfat) menjadi DNA baru.
Secara Ringkas replikasi DNA adalah :
Replikasi DNA terjadi pada bentuk Y dari untai DNA yang disebut garpu replikasi. DNA polimerase mengkatalisis reaksi polimerasi mulai dari arah 5’ ke 3’, pengkopian strand DNA tempelete dengan sangat akurat. Dua strand DNA Double helix bergerak antipararel, sintesis DNA dengan arah 5’ ke 3’ berlangsung kontinu hanya strand pada garfu replikasi (leading strand). Pada lagging strand, sintesis di mulai pada RNA primer yang bersifat semikontinu. Replikasi DNA membutuhkan banyak kerja enzim/protein. Termasuk didalamnya : 1) DNA polimerase dan DNA primase yang mengkatalisis polimerasi nukleosida trifosfat. 2)DNA helikase dan protein single strand DNA-binding (SSB) yang berperan membuka helix DNA sehingga dapat dikopi. 3) DNA ligase, enzim yang mendegradasu DNA primer dan menyambungkan sintesis langging strand DNA dan 4). DNA topoisomerase yang berperan membentuk relive lilitan helikal DNA. Kebanyakan protein ini bekerja sama satu dengan lainnya pada garfu replikasi membentuk mesin replikasi yang efesien.
Pada bakteri misalnya pada E. coli. memiliki DNA sirkuler yang disebut Plasmid hanya memiliki satu titik awal replikasi (ORI). Pada proses replikasi ini untai induk akan memisah pada bagian ORI membentuk bubble replication dengan 2 garpu replikasi.
4. Deskripsikan tentang fragmen okazaki!
Jawab :
Pada satu strand, strand yang baru disintesis dengan arah 5’ → 3’ dan strand ini disebut leading strand. Pada strand yang lain, fragmen kecil DNA disintesis dengan arah 5’ → 3’, sintesis fragmen kecil ini berlangsung secara diskontinu pada arah 5’ → 3’, strand ini disebut langging strand.
Bagaimana lagging strand disintesis ?
Sintesis diskontinu (panah biru) ditemukan oleh Dr. Reiji Okazaki. Fragmen DNA kecil pada langging strand ini kemudian disebut fragmen okasaki.
5. Apa rasionalnya bahwa replikasi pada sel eukariotik diawali pada banyak ori.
Jawab :
Origins of replication (ORI) disebut juga Autonomously Replicating Sequences (ARS) atau replicators. Pada eukariotik memiliki banyak gen yang direplikasi sehingga membutuhkan banyak daerah ORI. Ukuran kromosom eukariotik lebih besar dibandingkan dengan ukuran kromosom prokariotik.
Pada eukariotik mengandung beberapa ribu replikon masing-masing berukuran 50.000 – 300.000 bp. Setiap pusat replikon adalah ORI, tempat sintesis DNA di mulai.
6. Jelaskan mengapa pada replikasi DNA semikonservatif pita ‘3-5’ yang dicetak bersifat diskontinu?
Jawab :
Karena struktur molekul DNA bersifat antipararel dengan arah replikasi 5’ → 3’, setiap strand atau untai DNA berfungsi sebagai templete dalam proses replikasi DNA.
Dengan sifat diskontinu ini maka memungkinkan proses repair atau perbaikan DNA jika terjadi kesalahan pasangan basa (mismatch pairing)
7. DNA ligase sangat esensial dalam proses replikasi DNA, namun ligase tidak diperlukan dalam proses transkripsi RNA, mengapa?
Jawab :
Dalam proses transkripsi atau penyalinan informasi genetik dari DNA ke mRNA untuk ditranslasi menjadi protein, yang disalin hanyalah fragmen DNA tertentu yang membawa informasi sifat tertentu atau dikenal dengan istilah gen. Fragmen tersebut dapat terdiri dari beberapa ratus nukleotida yang adalah bagian dari DNA sebagai genom (kumpulan gen-gen). Dalam proses transkripsi tidak berlangsung proses penyambungan fragmen DNA ataupun RNA sehingga ligase yang berperan sebagai “lem biologi” tidak diperlukan. Tujuan transkripsi adalah menyalin informasi genetik dari DNA ke dalam bentuk mRNA untuk dibawah ke luar dari inti sel, untuk diterjemahkan menjadi bentuk protein. Jadi RNA bersifat “bilingual” yaitu mengetahui bahasa DNA (Transkripsi) dan dapat membahasakan informasi genetik dari DNA menjadi bentuk protein.
8. Mengapa replikasi pada sel eukariot waktunya lebih lama dibanding prokariot? Bukti-bukti apa yang mendukung ?
Jawab :
Genom eukariot lebih besar dibandingkan dengan prokariot. Replikasi pada eukariot sangat cepat yaitu 1000 nukleotida tidap detik (Albert, 2002).
Pada eukarioti memiliki banyak segmen noncoding yang disebut intron sedangkan pada prokariot hanya sedikit.
SOAL LATIHAN hal 53-54
1. DNA atau gen berekspresi dengan cara mensintesis protein, mengapa? Jelaskan
Jawab :
Melalui tahapan dogma genetik atau ekspresi genetik. DNA akan melakukan proses replikasi untuk menghasilkan untai DNA baru yang sama persis dengan DNA asalnya. Informasi genetik yang dibawah oleh gen-gen yang tersusun dalam molekul DNA sebagai genom, akan ditranskripsi yaitu disalin dari sekuens DNA tersebut (gen) ke dalam bentuk mRNA. Selanjutnya informasi genetik tersebut akan ditranslasi (diterjemahkan) menjadi bentuk protein.
Gambar dogma genetik
Informasi genetik dari suatu gen diterjemahkan dalam bentuk protein karena sebagian besar massa sel adalah protein. Protein dapat berfungsi struktural yaitu komponen penyusun sel dan juga fungsional yaitu berupa enzim, hormon dan protein fungsional lain.
2. Bagaimana cara DNA melaksanakan fungsinya sebagai penyampai informasi genetik pada keturunannya?
Jawab :
DNA melakukan proses replikasi pada salah satu tahap dalam siklus sel dimana DNA replikan sama persis dengan DNA parental. Masing-masing untai DNA dapat berfungsi sebagai templete (replikasi semikonservatif) sehingga informasi genetik dari generasi ke generasi dapat dikonservasi.
3. Bagaimana hubungan antara DNA dan RNA?
Jawab :
DNA bersifat autokatalitik yaitu dapat melakukan replikasi dan juga bersifat heterokataliti yaitu dapat membuat molekul asam nukleat lainnya yaitu RNA. RNA adalah hasil transkripsi informasi genetik dari DNA sehingga RNA membawa informasi genetik dari DNA untuk ditranslasikan atau diterjemakan di ribosom melalui proses sintesis protein.
4. Jelaskan perbedaan antara struktur antara DNA dan RNA
Jawab :
Karakteristik DNA RNA
Struktur molekul Terdiri atas untai ganda (double helix) Terdiri atas untai tunggal (singgle helix)
Molekul gula penyusun Deoksiribosa Ribosa
Basa nitrogen Purin : Adenin dan Guanin sedangkan pirimidin : Sitosin dan Timin Purin : Adenin dan Guanin sedangkan pirimidin : Sitosin dan Urasil
Fungsi Biologis Pembawa informasi genetik, direplikasi satu kali pada fase sintesis dalam siklus Sel.
Tidak akan meninggalkan inti sel Membawa informasi segmen/fragmen DNA tertentu (gen), untuk ditranslasi menjadi protein.
Disintesis di inti sel tetapi berfungsi di sitosol.
5. Bandingkan ribosom yang dimiliki organisme prokariotik dengan eukariotik!
Jawab :
Perbandingan ribosom prokariotik dan eukariotik :
6. Semua jenis RNA disintesis oleh DNA sebagai cetakannya. Apakah yang membedakan dalam sintesis ketiga macam RNA tersebut?
Jawab :
- mRNA adalah molekul pembawa informasi genetik dari DNA, memiliki molekul yang lebih besar dari 2 jenis RNA lainnya. mRNA membawa informasi genetik dalam bentuk kodon triplet yang akan ditranslasi menjadi protein. Pada proses translasi mRNA berfungsi sebagai templete sintesis protein.
- tRNA adalah molekul RNA kecil tersusun atas 70-90 nukleotida. Membentuk struktur seperti daun semanggi karena adanya beberapa basa yang saling berpasangan. tRNA berfungsi sebagai adaptor antara asam amino dan kodon yang terdapat pada mRNA selama proses translasi.
- rRNA adalah komponen penting pembentuk ribosom. rRNA dihasilkan oleh gen khusus (daerah pengatur nukleolus) pada kromatin. Fungsi ribosom adalah tempat melekatnya mRNA dalam proses sintesis protein.
7. Bagaimana rasionalnya bahwa kode genetik tersusun dari tiga nukleotida dan bukannya 1,2 atau 4?
Jawab :
Kode genetik dalam bentuk triplet untuk tujuan efesiensi dalam mengkode asam amino yang berjumlah 20 jenis. Karena basa ada 4 buah maka probabilitas asam amino yang bisa dikode jika kodon dalam bentuk 2 nukleotida (duplet) adalah 42 = 16 sedangkan asam amino ada 20 jadi masih ada asam amino yang tidak terkode.
Apabila dalam bentuk 3 nukleotida (triplet) berarti 43 = 64. Kelihatan terlalu banyak dibandingkan jumlah asam amino yang hanya 20 tetapi ternyata pada kenyataannya dalam sintesis protein beberapa kodon bisa mengkode asam amino yang sama. Penelitian menunjukkan bahwa kode genetik berbentuk triplet ternyata sama pada semua makluk hidup.
Apabila dalam bentuk 4 nukleotida 44=265 maka terlalu banyak dibandingkan jumlah asam amino yang hanya 20 jenis.
Gambar Kode genetik dalam bentuk triplet
DNA hanya membutuhkan 4 basa (A, G, C, T) untuk mengkode jutaan sifat genetik pada jutaan species di bumi.
DAFTAR PUSTAKA
Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Keith R dan Walter P. 2003. Molecular Biology of The Cell 4th Garland Science USA.
Bansal M. 2003. DNA Structure : Revisiting The Watson – Crick Double Helix. Current science, vol. 85, no. 11, 10 december 2003
Knight, J. 2002. All genomes great and small. Nature. 417, pg 374. http://biology.kenyon.edu/courses/biol63/watson_06.pdf
Lodish, Berk, Zipursky, Matsudaira, Baltimore, Darnell. 2000. Mollecular Cell Biology. W.H. Freeman Company USA
Mokosuli YS, Ngangi J, Tanor MN. 2009. Intisari Biokimia. FMIPA Universitas Negeri Manado/
Nelson DL, Cox MM.2005. Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition. W.H. Freeman and Company. New York.
Widiawati T, Anggraito YU. 2010. Buku ajar bibologi molekuler. Jurusan Biologi FMIPA Universitas Negeri Semarang.
Minggu, 19 September 2010
biokimia semester 3 tahun akademik 2010-2011
selamat datang di blog yang diperuntukan bagi mahasiswa dan dosen jurusan biologi FMIPA UNIMA
siapa saja bisa gabung di blog ini hendaknya memperhatikan etika sehingga blok ini bisa bermanfaat bagi siapa saja.
Tim Biokimia
siapa saja bisa gabung di blog ini hendaknya memperhatikan etika sehingga blok ini bisa bermanfaat bagi siapa saja.
Tim Biokimia
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.
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.
RPP BIOKIMIA UNIMA
KONTRAK PERKULIAHAN,
JADWAL PERKULIAHAN,
SATUAN ACARA PERKULIAHAN
EVALUASI PERKULIAHAN
MATA KULIAH :
BIOKIMIA
(MKK, SEM III, 3 (1) SKS
Tim Dosen :
Drs. J. Ngangi, MS
Dra. M. N. Tanor, MS
Y. S. Mokosuli, SSi, MSi
V. Roring, SIK, MSc
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS NEGERI MANADO
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN BIOLOGI
Sept. 2009
KONTRAK PERKULIAHAN
Nama Mata Kuliah : BIOKIMIA (BIOCHEMISTRY)
Kode Mata Kuliah/SKS : BIO 163 / 3(1) SKS
Prasyarat : Biologi Umum, Biologi Sel, Kimia Organik
Tim Dosen : 1. Drs. J. Ngangi, MS
2. Dra. M. N. Tanor, MS
3. Yermia S. Mokosuli, SSi, MSi
4. V. Roring, SIK, MSc
Semester/Tahun : Ganjil 2009/2010
Hari Pertemuan/Jam : Senin, 10.00 – 13.30
Tempat Pertemuan : Ruang Kuliah Kelas A (Prodi Pend. Biologi)
Jumlah Mahasiswa : 45 orang
MANFAAT MATA KULIAH
Biokimia dapat dikatakan sebagai mata kuliah fremework dalam biologi. Hal ini didasarkan pada kenyataan konsep-konsep dasar Biokimia menjadi tumpuan dalam mempelajari ilmu-ilmu fisiologi baik hewan maupun tumbuhan, genetika maupun biologi molekuler. Biokimia dipelajari secara luas dalam rumpun ilmu hayati baik kedokteran, pertanian, peternakan, farmasi, ilmu gizi bahkan bidang kimia. Oleh karena itu sudut pandang dalam mempelajari biokimia pada berbagai kelompok ilmu tersebut sering berbeda akan tetapi prinsip dan konsep dasarnya sama.
Dengan mempelajari Biokimia diharapkan mahasiswa Jurusan Biologi memiliki konsep teoritis yang mantap dan skill laboratorium yang kuta dalam mempelajari biologi secara komperehensif serta mampu menyusun suatu rencana penelitian terkait bidang biokimia baik mikroba, hewan maupun tumbuhan.
DESKRIPSI PERKULIAHAN
Mata kuliah Biokimia mengkaji pokok-pokok bahasan : Peran Biokimia dalam biologi (pengantar), Dasar dalam memepalajari biokimia, Metabolisme Karbohidrat (struktur, anabolisme dan katabolisme karbohidrat), metabolisme protein (struktur protein, anabolisme dan katabolisme protein), enzim, metabolisme lemak (struktur, anabolisme dan katabolisme lipid/lemak), metabolisme asam nukleat (Biosintesis purin dan pirimidin, struktur DNA/RNA, katabolisme purin dan pirimidin), metabolisme vitamin dan mineral, Biologi molekuler (ekspresi gen dan regulasinya), integrasi metabolisme (integrasi metabolisme karbohidrat, lipid dan protein terutama pada mamalia). Pada tiap kajian juga dibahas defect/penyakit akibat gangguan metabolisme.
TUJUAN INSTRUKSIONAL (STANDAR KOMPETENSI)
Setelah mengikuti perkuliahan Biokimia diharapkan mahasiswa memahami dan mampu menjelaskan konsep-konsep dasar biokimia secara komprehensif dan mampu menyusun serta melakukan suatu penelitian dalam bidang biokimia.
STRATEGI PERKULIAHAN
Perkuliahan Biokimia dilaksanakan dengan menggunakan berbagai metode pembelajaran sesuai dengan pokok bahasan yang dikaji akan tetapi ditekankan pada diskusi intensif dengan melandaskan pada filosofi pembelajaran PAIKEM dan Student Centered Learning.
Metode perkuliahan yang juga digunakan dalam proses mengajar adalah metode diskusi interaktif berbasis budaya belajar Lesson study dengan media instruksional berupa : LCD projector, software pembelajaran, e-learning (blog buatan tim dosen) dan papan tulis. Metode diskusi ini akan dikombinasikan dengan metode belajar dari masalah (Problem-based Learning) oleh mahasiswa mengenai topik-topik perkembangan ilmu biologi terbaru. Penyajian materi dilakukan pada minggu pertama sampai minggu ketiga dan minggu keempat kuliah/praktikum dilaksanakan di Laboratorium Biologi.
ORGANISASI MATERI
Organisasi materi disusun sedemikian rupa dengan mempertimbangkan kontinuitas dan sinergitas materi dari pertemuan pertama sampai terkahir sehingga diharapkan memudahkan mahasiswa mencapai tujuan perkuliahan (standar kompetensi). Organisasi materi adalah :
I. Pengantar Kuliah Biokimia
II. Enzim
a. Klsifikasi Enzim
b. Mekanisme Kerja Enzim
III. Metabolisme Karbohidrat :
a. Struktur Karbohidrat
b. Katabolisme Karbohidrat
c. Anabolisme KArbohidrat
IV. Metabolisme Protein
a. Struktur Protein
b. Katabolisme Protein
c. Anabolisme Protein
V. Metabolisme Lemak
a. Struktur Lemak
b. Katabolisme Lemak
c. Anabolisme Lemak
VI. Metabolisme Asam Nukelat
a. Katabolisme purin dan pirimidin
b. Biosintesis Purin dan Pirimidin
c. Biosintesis DNA dan RNA
VII. Metabolisme Vitamin
VIII. Metabolisme Mineral
IX. Biologi Molekuler
a. Ekspresi Gen
b. Regulasi Ekspresi Gen
X. Integrasi Metabolisme
a. Pengaruh hormon terhadap integrasi metabolisme karbohidrat, lemak dan protein.
b. Penyakit (defect) akibat gangguan metabolisme
MATERI / BACAAN PERKULIAHAN
(a) Sumber Utama
1. Nelson & Cox. 2005. Lehninger Principles of Biochemistry 4th ed.. W.H. Freeman and Company
2. Murray RK. et. al. 2003. Harper’s Ilustrated Biochemistry 7th ed.
3. Lehninger, 2000. Dasar-dasar Biokimia. Penerjemah : Thenawijaya M. Erlangga Jakarta.
4. Page,D.S. 2000.. Prinsip-Prinsip Biokimia (Ahli Bahasa : Soedoro, R). Jakarta : Erlangga.
5. Alexander B, Martin J, Peter K. 2003. Molecular Biology of The Cell. Garland Science.
(b) Hand Out / Buku oleh Tim Mata Kuliah.
(c) Blog : www.biokimiaunimablogspot.com Pengelola : Y. S. Mokosuli, SSi, MSi
(d) Referensi lain yang relevan dan dapat dipertanggungjawabkan
TUGAS
1) Tugas terstruktur (catatan kuliah sesuai dengan jadwal dan materi/bacaan wajib).
2) Tugas mandiri (mengunakan sumber lain di luar bacaan wajib)
3) Tugas Laboratorium
Catatan : Tugas terstruktur dan mandiri diganti dengan Tugas Portofolio(Studi kasus,
studi literatur, studi lapangan dll)
KRITERIA PENILAIAN
1
Aspek penilaian
Bobot
1
Partisipasi
> 80 %
2
Tugas Terstruktur
1
3
Tugas Mandiri
1
4
Praktikum
3
5
Ujian Tengah semester (UTS)
2
6
Ujian akhir semester (UAS)
3
TOTAL
10
Nilai akhir Semester = Jumlah perkalian N : jumlah bobot (10)
JADWAL PERKULIAHAN
Tanggal
Topik Bahasan
Dosen Pengampu
1 Sept. 2009
Pengantar Biokimia
Drs. J. Ngangi, MS
Dra. M. N. Tanor, MSi
Y.S.Mokosuli, SSi, MSi
8 Sept. 2009
Enzim
Tim
15 Sept.2009
Metabolisme Karbohidrat (Pert, I)
Tim
21 Sept. 2009
Metabolisme Karbohidrat (Pert, II)
Tim
29 Sept. 2009
Metabolisme Protein (Pert I)
Tim
6 Okt. 2009
Metabolisme Protein (Pert II)
Tim
13 Okt. 2009
Metabolisme Lemak (Pert. I)
Tim
20 Okt. 2009
Metabolisme Lemak (Pert. II)
Tim
27 Okt. 2009
UJIAN TENGAH SEMESTER
Tim
3 Nov. 2009
Metabolisme Asam Nukleat (Pert. I)
Tim
10 Nov. 2009
Metabolisme Asam Nukleat (Pert. II)
Tim
17 Nov. 2009
Metabolisme Vitamin dan Metabolisme Mineral
Tim
24 Nov. 2009
Biokimia Molekuler (Pertemuan I)
Tim
1 Des. 2009
Biokimia Molekuler (Pertemuan I)
Tim
15 Des 2009
Integrasi Metabolisme (Pertemuan I)
Tim
5 Jan. 2010
(kel.4)
Integrasi Metabolisme (Pertemuan I)
Tim
12 Jan. 2010
UJIAN AKHIR SEMESTER
Tim
Catatan:
ü Rencana waktu penyampaian topik-topik bahasan ini sewaktu-waktu dapat berubah.
ü Praktikum dilakukan pada hari lain
MATA KULIAH :
BIOKIMIA
(MKK, SEM III, 3 (1) SKS
Tim Dosen :
Drs. J. Ngangi, MS
Dra. M. N. Tanor, MS
Y. S. Mokosuli, SSi, MSi
V. Roring, SIK, MSc
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS NEGERI MANADO
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN BIOLOGI
Sept. 2009
KONTRAK PERKULIAHAN
Nama Mata Kuliah : BIOKIMIA (BIOCHEMISTRY)
Kode Mata Kuliah/SKS : BIO 163 / 3(1) SKS
Prasyarat : Biologi Umum, Biologi Sel, Kimia Organik
Tim Dosen : 1. Drs. J. Ngangi, MS
2. Dra. M. N. Tanor, MS
3. Yermia S. Mokosuli, SSi, MSi
4. V. Roring, SIK, MSc
Semester/Tahun : Ganjil 2009/2010
Hari Pertemuan/Jam : Senin, 10.00 – 13.30
Tempat Pertemuan : Ruang Kuliah Kelas A (Prodi Pend. Biologi)
Jumlah Mahasiswa : 45 orang
MANFAAT MATA KULIAH
Biokimia dapat dikatakan sebagai mata kuliah fremework dalam biologi. Hal ini didasarkan pada kenyataan konsep-konsep dasar Biokimia menjadi tumpuan dalam mempelajari ilmu-ilmu fisiologi baik hewan maupun tumbuhan, genetika maupun biologi molekuler. Biokimia dipelajari secara luas dalam rumpun ilmu hayati baik kedokteran, pertanian, peternakan, farmasi, ilmu gizi bahkan bidang kimia. Oleh karena itu sudut pandang dalam mempelajari biokimia pada berbagai kelompok ilmu tersebut sering berbeda akan tetapi prinsip dan konsep dasarnya sama.
Dengan mempelajari Biokimia diharapkan mahasiswa Jurusan Biologi memiliki konsep teoritis yang mantap dan skill laboratorium yang kuta dalam mempelajari biologi secara komperehensif serta mampu menyusun suatu rencana penelitian terkait bidang biokimia baik mikroba, hewan maupun tumbuhan.
DESKRIPSI PERKULIAHAN
Mata kuliah Biokimia mengkaji pokok-pokok bahasan : Peran Biokimia dalam biologi (pengantar), Dasar dalam memepalajari biokimia, Metabolisme Karbohidrat (struktur, anabolisme dan katabolisme karbohidrat), metabolisme protein (struktur protein, anabolisme dan katabolisme protein), enzim, metabolisme lemak (struktur, anabolisme dan katabolisme lipid/lemak), metabolisme asam nukleat (Biosintesis purin dan pirimidin, struktur DNA/RNA, katabolisme purin dan pirimidin), metabolisme vitamin dan mineral, Biologi molekuler (ekspresi gen dan regulasinya), integrasi metabolisme (integrasi metabolisme karbohidrat, lipid dan protein terutama pada mamalia). Pada tiap kajian juga dibahas defect/penyakit akibat gangguan metabolisme.
TUJUAN INSTRUKSIONAL (STANDAR KOMPETENSI)
Setelah mengikuti perkuliahan Biokimia diharapkan mahasiswa memahami dan mampu menjelaskan konsep-konsep dasar biokimia secara komprehensif dan mampu menyusun serta melakukan suatu penelitian dalam bidang biokimia.
STRATEGI PERKULIAHAN
Perkuliahan Biokimia dilaksanakan dengan menggunakan berbagai metode pembelajaran sesuai dengan pokok bahasan yang dikaji akan tetapi ditekankan pada diskusi intensif dengan melandaskan pada filosofi pembelajaran PAIKEM dan Student Centered Learning.
Metode perkuliahan yang juga digunakan dalam proses mengajar adalah metode diskusi interaktif berbasis budaya belajar Lesson study dengan media instruksional berupa : LCD projector, software pembelajaran, e-learning (blog buatan tim dosen) dan papan tulis. Metode diskusi ini akan dikombinasikan dengan metode belajar dari masalah (Problem-based Learning) oleh mahasiswa mengenai topik-topik perkembangan ilmu biologi terbaru. Penyajian materi dilakukan pada minggu pertama sampai minggu ketiga dan minggu keempat kuliah/praktikum dilaksanakan di Laboratorium Biologi.
ORGANISASI MATERI
Organisasi materi disusun sedemikian rupa dengan mempertimbangkan kontinuitas dan sinergitas materi dari pertemuan pertama sampai terkahir sehingga diharapkan memudahkan mahasiswa mencapai tujuan perkuliahan (standar kompetensi). Organisasi materi adalah :
I. Pengantar Kuliah Biokimia
II. Enzim
a. Klsifikasi Enzim
b. Mekanisme Kerja Enzim
III. Metabolisme Karbohidrat :
a. Struktur Karbohidrat
b. Katabolisme Karbohidrat
c. Anabolisme KArbohidrat
IV. Metabolisme Protein
a. Struktur Protein
b. Katabolisme Protein
c. Anabolisme Protein
V. Metabolisme Lemak
a. Struktur Lemak
b. Katabolisme Lemak
c. Anabolisme Lemak
VI. Metabolisme Asam Nukelat
a. Katabolisme purin dan pirimidin
b. Biosintesis Purin dan Pirimidin
c. Biosintesis DNA dan RNA
VII. Metabolisme Vitamin
VIII. Metabolisme Mineral
IX. Biologi Molekuler
a. Ekspresi Gen
b. Regulasi Ekspresi Gen
X. Integrasi Metabolisme
a. Pengaruh hormon terhadap integrasi metabolisme karbohidrat, lemak dan protein.
b. Penyakit (defect) akibat gangguan metabolisme
MATERI / BACAAN PERKULIAHAN
(a) Sumber Utama
1. Nelson & Cox. 2005. Lehninger Principles of Biochemistry 4th ed.. W.H. Freeman and Company
2. Murray RK. et. al. 2003. Harper’s Ilustrated Biochemistry 7th ed.
3. Lehninger, 2000. Dasar-dasar Biokimia. Penerjemah : Thenawijaya M. Erlangga Jakarta.
4. Page,D.S. 2000.. Prinsip-Prinsip Biokimia (Ahli Bahasa : Soedoro, R). Jakarta : Erlangga.
5. Alexander B, Martin J, Peter K. 2003. Molecular Biology of The Cell. Garland Science.
(b) Hand Out / Buku oleh Tim Mata Kuliah.
(c) Blog : www.biokimiaunimablogspot.com Pengelola : Y. S. Mokosuli, SSi, MSi
(d) Referensi lain yang relevan dan dapat dipertanggungjawabkan
TUGAS
1) Tugas terstruktur (catatan kuliah sesuai dengan jadwal dan materi/bacaan wajib).
2) Tugas mandiri (mengunakan sumber lain di luar bacaan wajib)
3) Tugas Laboratorium
Catatan : Tugas terstruktur dan mandiri diganti dengan Tugas Portofolio(Studi kasus,
studi literatur, studi lapangan dll)
KRITERIA PENILAIAN
1
Aspek penilaian
Bobot
1
Partisipasi
> 80 %
2
Tugas Terstruktur
1
3
Tugas Mandiri
1
4
Praktikum
3
5
Ujian Tengah semester (UTS)
2
6
Ujian akhir semester (UAS)
3
TOTAL
10
Nilai akhir Semester = Jumlah perkalian N : jumlah bobot (10)
JADWAL PERKULIAHAN
Tanggal
Topik Bahasan
Dosen Pengampu
1 Sept. 2009
Pengantar Biokimia
Drs. J. Ngangi, MS
Dra. M. N. Tanor, MSi
Y.S.Mokosuli, SSi, MSi
8 Sept. 2009
Enzim
Tim
15 Sept.2009
Metabolisme Karbohidrat (Pert, I)
Tim
21 Sept. 2009
Metabolisme Karbohidrat (Pert, II)
Tim
29 Sept. 2009
Metabolisme Protein (Pert I)
Tim
6 Okt. 2009
Metabolisme Protein (Pert II)
Tim
13 Okt. 2009
Metabolisme Lemak (Pert. I)
Tim
20 Okt. 2009
Metabolisme Lemak (Pert. II)
Tim
27 Okt. 2009
UJIAN TENGAH SEMESTER
Tim
3 Nov. 2009
Metabolisme Asam Nukleat (Pert. I)
Tim
10 Nov. 2009
Metabolisme Asam Nukleat (Pert. II)
Tim
17 Nov. 2009
Metabolisme Vitamin dan Metabolisme Mineral
Tim
24 Nov. 2009
Biokimia Molekuler (Pertemuan I)
Tim
1 Des. 2009
Biokimia Molekuler (Pertemuan I)
Tim
15 Des 2009
Integrasi Metabolisme (Pertemuan I)
Tim
5 Jan. 2010
(kel.4)
Integrasi Metabolisme (Pertemuan I)
Tim
12 Jan. 2010
UJIAN AKHIR SEMESTER
Tim
Catatan:
ü Rencana waktu penyampaian topik-topik bahasan ini sewaktu-waktu dapat berubah.
ü Praktikum dilakukan pada hari lain
JADWAL PERKULIAHAN,
SATUAN ACARA PERKULIAHAN
EVALUASI PERKULIAHAN
MATA KULIAH :
BIOKIMIA
(MKK, SEM III, 3 (1) SKS
Tim Dosen :
Drs. J. Ngangi, MS
Dra. M. N. Tanor, MS
Y. S. Mokosuli, SSi, MSi
V. Roring, SIK, MSc
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS NEGERI MANADO
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN BIOLOGI
Sept. 2009
KONTRAK PERKULIAHAN
Nama Mata Kuliah : BIOKIMIA (BIOCHEMISTRY)
Kode Mata Kuliah/SKS : BIO 163 / 3(1) SKS
Prasyarat : Biologi Umum, Biologi Sel, Kimia Organik
Tim Dosen : 1. Drs. J. Ngangi, MS
2. Dra. M. N. Tanor, MS
3. Yermia S. Mokosuli, SSi, MSi
4. V. Roring, SIK, MSc
Semester/Tahun : Ganjil 2009/2010
Hari Pertemuan/Jam : Senin, 10.00 – 13.30
Tempat Pertemuan : Ruang Kuliah Kelas A (Prodi Pend. Biologi)
Jumlah Mahasiswa : 45 orang
MANFAAT MATA KULIAH
Biokimia dapat dikatakan sebagai mata kuliah fremework dalam biologi. Hal ini didasarkan pada kenyataan konsep-konsep dasar Biokimia menjadi tumpuan dalam mempelajari ilmu-ilmu fisiologi baik hewan maupun tumbuhan, genetika maupun biologi molekuler. Biokimia dipelajari secara luas dalam rumpun ilmu hayati baik kedokteran, pertanian, peternakan, farmasi, ilmu gizi bahkan bidang kimia. Oleh karena itu sudut pandang dalam mempelajari biokimia pada berbagai kelompok ilmu tersebut sering berbeda akan tetapi prinsip dan konsep dasarnya sama.
Dengan mempelajari Biokimia diharapkan mahasiswa Jurusan Biologi memiliki konsep teoritis yang mantap dan skill laboratorium yang kuta dalam mempelajari biologi secara komperehensif serta mampu menyusun suatu rencana penelitian terkait bidang biokimia baik mikroba, hewan maupun tumbuhan.
DESKRIPSI PERKULIAHAN
Mata kuliah Biokimia mengkaji pokok-pokok bahasan : Peran Biokimia dalam biologi (pengantar), Dasar dalam memepalajari biokimia, Metabolisme Karbohidrat (struktur, anabolisme dan katabolisme karbohidrat), metabolisme protein (struktur protein, anabolisme dan katabolisme protein), enzim, metabolisme lemak (struktur, anabolisme dan katabolisme lipid/lemak), metabolisme asam nukleat (Biosintesis purin dan pirimidin, struktur DNA/RNA, katabolisme purin dan pirimidin), metabolisme vitamin dan mineral, Biologi molekuler (ekspresi gen dan regulasinya), integrasi metabolisme (integrasi metabolisme karbohidrat, lipid dan protein terutama pada mamalia). Pada tiap kajian juga dibahas defect/penyakit akibat gangguan metabolisme.
TUJUAN INSTRUKSIONAL (STANDAR KOMPETENSI)
Setelah mengikuti perkuliahan Biokimia diharapkan mahasiswa memahami dan mampu menjelaskan konsep-konsep dasar biokimia secara komprehensif dan mampu menyusun serta melakukan suatu penelitian dalam bidang biokimia.
STRATEGI PERKULIAHAN
Perkuliahan Biokimia dilaksanakan dengan menggunakan berbagai metode pembelajaran sesuai dengan pokok bahasan yang dikaji akan tetapi ditekankan pada diskusi intensif dengan melandaskan pada filosofi pembelajaran PAIKEM dan Student Centered Learning.
Metode perkuliahan yang juga digunakan dalam proses mengajar adalah metode diskusi interaktif berbasis budaya belajar Lesson study dengan media instruksional berupa : LCD projector, software pembelajaran, e-learning (blog buatan tim dosen) dan papan tulis. Metode diskusi ini akan dikombinasikan dengan metode belajar dari masalah (Problem-based Learning) oleh mahasiswa mengenai topik-topik perkembangan ilmu biologi terbaru. Penyajian materi dilakukan pada minggu pertama sampai minggu ketiga dan minggu keempat kuliah/praktikum dilaksanakan di Laboratorium Biologi.
ORGANISASI MATERI
Organisasi materi disusun sedemikian rupa dengan mempertimbangkan kontinuitas dan sinergitas materi dari pertemuan pertama sampai terkahir sehingga diharapkan memudahkan mahasiswa mencapai tujuan perkuliahan (standar kompetensi). Organisasi materi adalah :
I. Pengantar Kuliah Biokimia
II. Enzim
a. Klsifikasi Enzim
b. Mekanisme Kerja Enzim
III. Metabolisme Karbohidrat :
a. Struktur Karbohidrat
b. Katabolisme Karbohidrat
c. Anabolisme KArbohidrat
IV. Metabolisme Protein
a. Struktur Protein
b. Katabolisme Protein
c. Anabolisme Protein
V. Metabolisme Lemak
a. Struktur Lemak
b. Katabolisme Lemak
c. Anabolisme Lemak
VI. Metabolisme Asam Nukelat
a. Katabolisme purin dan pirimidin
b. Biosintesis Purin dan Pirimidin
c. Biosintesis DNA dan RNA
VII. Metabolisme Vitamin
VIII. Metabolisme Mineral
IX. Biologi Molekuler
a. Ekspresi Gen
b. Regulasi Ekspresi Gen
X. Integrasi Metabolisme
a. Pengaruh hormon terhadap integrasi metabolisme karbohidrat, lemak dan protein.
b. Penyakit (defect) akibat gangguan metabolisme
MATERI / BACAAN PERKULIAHAN
(a) Sumber Utama
1. Nelson & Cox. 2005. Lehninger Principles of Biochemistry 4th ed.. W.H. Freeman and Company
2. Murray RK. et. al. 2003. Harper’s Ilustrated Biochemistry 7th ed.
3. Lehninger, 2000. Dasar-dasar Biokimia. Penerjemah : Thenawijaya M. Erlangga Jakarta.
4. Page,D.S. 2000.. Prinsip-Prinsip Biokimia (Ahli Bahasa : Soedoro, R). Jakarta : Erlangga.
5. Alexander B, Martin J, Peter K. 2003. Molecular Biology of The Cell. Garland Science.
(b) Hand Out / Buku oleh Tim Mata Kuliah.
(c) Blog : www.biokimiaunimablogspot.com Pengelola : Y. S. Mokosuli, SSi, MSi
(d) Referensi lain yang relevan dan dapat dipertanggungjawabkan
TUGAS
1) Tugas terstruktur (catatan kuliah sesuai dengan jadwal dan materi/bacaan wajib).
2) Tugas mandiri (mengunakan sumber lain di luar bacaan wajib)
3) Tugas Laboratorium
Catatan : Tugas terstruktur dan mandiri diganti dengan Tugas Portofolio(Studi kasus,
studi literatur, studi lapangan dll)
KRITERIA PENILAIAN
1
Aspek penilaian
Bobot
1
Partisipasi
> 80 %
2
Tugas Terstruktur
1
3
Tugas Mandiri
1
4
Praktikum
3
5
Ujian Tengah semester (UTS)
2
6
Ujian akhir semester (UAS)
3
TOTAL
10
Nilai akhir Semester = Jumlah perkalian N : jumlah bobot (10)
JADWAL PERKULIAHAN
Tanggal
Topik Bahasan
Dosen Pengampu
1 Sept. 2009
Pengantar Biokimia
Drs. J. Ngangi, MS
Dra. M. N. Tanor, MSi
Y.S.Mokosuli, SSi, MSi
8 Sept. 2009
Enzim
Tim
15 Sept.2009
Metabolisme Karbohidrat (Pert, I)
Tim
21 Sept. 2009
Metabolisme Karbohidrat (Pert, II)
Tim
29 Sept. 2009
Metabolisme Protein (Pert I)
Tim
6 Okt. 2009
Metabolisme Protein (Pert II)
Tim
13 Okt. 2009
Metabolisme Lemak (Pert. I)
Tim
20 Okt. 2009
Metabolisme Lemak (Pert. II)
Tim
27 Okt. 2009
UJIAN TENGAH SEMESTER
Tim
3 Nov. 2009
Metabolisme Asam Nukleat (Pert. I)
Tim
10 Nov. 2009
Metabolisme Asam Nukleat (Pert. II)
Tim
17 Nov. 2009
Metabolisme Vitamin dan Metabolisme Mineral
Tim
24 Nov. 2009
Biokimia Molekuler (Pertemuan I)
Tim
1 Des. 2009
Biokimia Molekuler (Pertemuan I)
Tim
15 Des 2009
Integrasi Metabolisme (Pertemuan I)
Tim
5 Jan. 2010
(kel.4)
Integrasi Metabolisme (Pertemuan I)
Tim
12 Jan. 2010
UJIAN AKHIR SEMESTER
Tim
Catatan:
ü Rencana waktu penyampaian topik-topik bahasan ini sewaktu-waktu dapat berubah.
ü Praktikum dilakukan pada hari lain
MATA KULIAH :
BIOKIMIA
(MKK, SEM III, 3 (1) SKS
Tim Dosen :
Drs. J. Ngangi, MS
Dra. M. N. Tanor, MS
Y. S. Mokosuli, SSi, MSi
V. Roring, SIK, MSc
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS NEGERI MANADO
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN BIOLOGI
Sept. 2009
KONTRAK PERKULIAHAN
Nama Mata Kuliah : BIOKIMIA (BIOCHEMISTRY)
Kode Mata Kuliah/SKS : BIO 163 / 3(1) SKS
Prasyarat : Biologi Umum, Biologi Sel, Kimia Organik
Tim Dosen : 1. Drs. J. Ngangi, MS
2. Dra. M. N. Tanor, MS
3. Yermia S. Mokosuli, SSi, MSi
4. V. Roring, SIK, MSc
Semester/Tahun : Ganjil 2009/2010
Hari Pertemuan/Jam : Senin, 10.00 – 13.30
Tempat Pertemuan : Ruang Kuliah Kelas A (Prodi Pend. Biologi)
Jumlah Mahasiswa : 45 orang
MANFAAT MATA KULIAH
Biokimia dapat dikatakan sebagai mata kuliah fremework dalam biologi. Hal ini didasarkan pada kenyataan konsep-konsep dasar Biokimia menjadi tumpuan dalam mempelajari ilmu-ilmu fisiologi baik hewan maupun tumbuhan, genetika maupun biologi molekuler. Biokimia dipelajari secara luas dalam rumpun ilmu hayati baik kedokteran, pertanian, peternakan, farmasi, ilmu gizi bahkan bidang kimia. Oleh karena itu sudut pandang dalam mempelajari biokimia pada berbagai kelompok ilmu tersebut sering berbeda akan tetapi prinsip dan konsep dasarnya sama.
Dengan mempelajari Biokimia diharapkan mahasiswa Jurusan Biologi memiliki konsep teoritis yang mantap dan skill laboratorium yang kuta dalam mempelajari biologi secara komperehensif serta mampu menyusun suatu rencana penelitian terkait bidang biokimia baik mikroba, hewan maupun tumbuhan.
DESKRIPSI PERKULIAHAN
Mata kuliah Biokimia mengkaji pokok-pokok bahasan : Peran Biokimia dalam biologi (pengantar), Dasar dalam memepalajari biokimia, Metabolisme Karbohidrat (struktur, anabolisme dan katabolisme karbohidrat), metabolisme protein (struktur protein, anabolisme dan katabolisme protein), enzim, metabolisme lemak (struktur, anabolisme dan katabolisme lipid/lemak), metabolisme asam nukleat (Biosintesis purin dan pirimidin, struktur DNA/RNA, katabolisme purin dan pirimidin), metabolisme vitamin dan mineral, Biologi molekuler (ekspresi gen dan regulasinya), integrasi metabolisme (integrasi metabolisme karbohidrat, lipid dan protein terutama pada mamalia). Pada tiap kajian juga dibahas defect/penyakit akibat gangguan metabolisme.
TUJUAN INSTRUKSIONAL (STANDAR KOMPETENSI)
Setelah mengikuti perkuliahan Biokimia diharapkan mahasiswa memahami dan mampu menjelaskan konsep-konsep dasar biokimia secara komprehensif dan mampu menyusun serta melakukan suatu penelitian dalam bidang biokimia.
STRATEGI PERKULIAHAN
Perkuliahan Biokimia dilaksanakan dengan menggunakan berbagai metode pembelajaran sesuai dengan pokok bahasan yang dikaji akan tetapi ditekankan pada diskusi intensif dengan melandaskan pada filosofi pembelajaran PAIKEM dan Student Centered Learning.
Metode perkuliahan yang juga digunakan dalam proses mengajar adalah metode diskusi interaktif berbasis budaya belajar Lesson study dengan media instruksional berupa : LCD projector, software pembelajaran, e-learning (blog buatan tim dosen) dan papan tulis. Metode diskusi ini akan dikombinasikan dengan metode belajar dari masalah (Problem-based Learning) oleh mahasiswa mengenai topik-topik perkembangan ilmu biologi terbaru. Penyajian materi dilakukan pada minggu pertama sampai minggu ketiga dan minggu keempat kuliah/praktikum dilaksanakan di Laboratorium Biologi.
ORGANISASI MATERI
Organisasi materi disusun sedemikian rupa dengan mempertimbangkan kontinuitas dan sinergitas materi dari pertemuan pertama sampai terkahir sehingga diharapkan memudahkan mahasiswa mencapai tujuan perkuliahan (standar kompetensi). Organisasi materi adalah :
I. Pengantar Kuliah Biokimia
II. Enzim
a. Klsifikasi Enzim
b. Mekanisme Kerja Enzim
III. Metabolisme Karbohidrat :
a. Struktur Karbohidrat
b. Katabolisme Karbohidrat
c. Anabolisme KArbohidrat
IV. Metabolisme Protein
a. Struktur Protein
b. Katabolisme Protein
c. Anabolisme Protein
V. Metabolisme Lemak
a. Struktur Lemak
b. Katabolisme Lemak
c. Anabolisme Lemak
VI. Metabolisme Asam Nukelat
a. Katabolisme purin dan pirimidin
b. Biosintesis Purin dan Pirimidin
c. Biosintesis DNA dan RNA
VII. Metabolisme Vitamin
VIII. Metabolisme Mineral
IX. Biologi Molekuler
a. Ekspresi Gen
b. Regulasi Ekspresi Gen
X. Integrasi Metabolisme
a. Pengaruh hormon terhadap integrasi metabolisme karbohidrat, lemak dan protein.
b. Penyakit (defect) akibat gangguan metabolisme
MATERI / BACAAN PERKULIAHAN
(a) Sumber Utama
1. Nelson & Cox. 2005. Lehninger Principles of Biochemistry 4th ed.. W.H. Freeman and Company
2. Murray RK. et. al. 2003. Harper’s Ilustrated Biochemistry 7th ed.
3. Lehninger, 2000. Dasar-dasar Biokimia. Penerjemah : Thenawijaya M. Erlangga Jakarta.
4. Page,D.S. 2000.. Prinsip-Prinsip Biokimia (Ahli Bahasa : Soedoro, R). Jakarta : Erlangga.
5. Alexander B, Martin J, Peter K. 2003. Molecular Biology of The Cell. Garland Science.
(b) Hand Out / Buku oleh Tim Mata Kuliah.
(c) Blog : www.biokimiaunimablogspot.com Pengelola : Y. S. Mokosuli, SSi, MSi
(d) Referensi lain yang relevan dan dapat dipertanggungjawabkan
TUGAS
1) Tugas terstruktur (catatan kuliah sesuai dengan jadwal dan materi/bacaan wajib).
2) Tugas mandiri (mengunakan sumber lain di luar bacaan wajib)
3) Tugas Laboratorium
Catatan : Tugas terstruktur dan mandiri diganti dengan Tugas Portofolio(Studi kasus,
studi literatur, studi lapangan dll)
KRITERIA PENILAIAN
1
Aspek penilaian
Bobot
1
Partisipasi
> 80 %
2
Tugas Terstruktur
1
3
Tugas Mandiri
1
4
Praktikum
3
5
Ujian Tengah semester (UTS)
2
6
Ujian akhir semester (UAS)
3
TOTAL
10
Nilai akhir Semester = Jumlah perkalian N : jumlah bobot (10)
JADWAL PERKULIAHAN
Tanggal
Topik Bahasan
Dosen Pengampu
1 Sept. 2009
Pengantar Biokimia
Drs. J. Ngangi, MS
Dra. M. N. Tanor, MSi
Y.S.Mokosuli, SSi, MSi
8 Sept. 2009
Enzim
Tim
15 Sept.2009
Metabolisme Karbohidrat (Pert, I)
Tim
21 Sept. 2009
Metabolisme Karbohidrat (Pert, II)
Tim
29 Sept. 2009
Metabolisme Protein (Pert I)
Tim
6 Okt. 2009
Metabolisme Protein (Pert II)
Tim
13 Okt. 2009
Metabolisme Lemak (Pert. I)
Tim
20 Okt. 2009
Metabolisme Lemak (Pert. II)
Tim
27 Okt. 2009
UJIAN TENGAH SEMESTER
Tim
3 Nov. 2009
Metabolisme Asam Nukleat (Pert. I)
Tim
10 Nov. 2009
Metabolisme Asam Nukleat (Pert. II)
Tim
17 Nov. 2009
Metabolisme Vitamin dan Metabolisme Mineral
Tim
24 Nov. 2009
Biokimia Molekuler (Pertemuan I)
Tim
1 Des. 2009
Biokimia Molekuler (Pertemuan I)
Tim
15 Des 2009
Integrasi Metabolisme (Pertemuan I)
Tim
5 Jan. 2010
(kel.4)
Integrasi Metabolisme (Pertemuan I)
Tim
12 Jan. 2010
UJIAN AKHIR SEMESTER
Tim
Catatan:
ü Rencana waktu penyampaian topik-topik bahasan ini sewaktu-waktu dapat berubah.
ü Praktikum dilakukan pada hari lain
Langganan:
Postingan (Atom)
