STRUKTUR DAN METABOLISME BIOMOLEKUL

STRUKTUR DAN METABOLISME BIOMOLEKUL

Dr. Muktiningsih Nurjayadi, M.Si

Jurusan kimia FMIPA
Universitas Negeri Jakarta
2007

STRUKTUR DAN METABOLISME BIOMOLEKUL


Molekul biologi atau biomolekul digolongkan ke dalam empat kelompok, yaitu, karbohidrat, protein, asam nukleat, dan lipid. Biomolekul ini umumnya merupakan makromolekul dengan massa molekul sampai beberapa ribu satuan massa atom. Pada mahluk hidup, biomolekul mengalami reaksi kimia untuk mempertahankan sistem hidup. Kajian tentang segala proses reaksi kimia yang terjadi dalam mahluk hidup ini merupakan bagian dari biokimia yang disebut sebagai metabolisme.

A. Karbohidrat

Karbohidrat banyak ditemukan di alam dengan rumus molekul
Cn(H2O)m (1.1)

Pada tanaman, karbohidrat terbentuk melalui prosess fotosintesis yang merupakan reaksi penggabungan karbon dioksida dan air dengan bantuan energi matahari ke dalam bentuk hayati.

nCOz(g) + mH2O(l) energi matahari Cn(HzO)m + nO2

Karbohidrat merupakan sumber utama energi metabolit untuk organisme hidup. Energi matahari diubah menjadi energi kimia dalam reaksi pembentukannya. Karbohidrat juga merupakan sumber karbon untuk sintesis biomolekul. Karbohidrat merupakan senyawa polihidroksi-aldehid atau polihidroksi-keton dan turunannya. Kabohidrat dapat digolongkan ke dalam monosakarida, disakarida, dan polisakarida.

A.1. Monosakarida
Monosakarida merupakan sakarida paling sederhana. Monosakarida pal¬ing sederhana adalah gliseraldehid (suatu aldosa) dan isomernya adalah dihidroksiaseton (suatu ketosa). Kedua senyawa tersebut merupakan suatu triosa sebab mengandung tiga atom karbon. Jadi, suatu monosakarida bukan hanya dapat dibedakan berdasarkan gugus fungsionalnya melainkan juga dapat dibedakan dari jumlah atom karbonnya.
Berdasarkan jumlah atom karbonnya, monosakarida dapat digolongkan ke dalam tri-, tert-, pent-, dan heks-. Sebagai contoh triosa, yaitu monosakarida dengan tiga atom karbon. Triosa merupakan monosakarida paling sederhana, dan semua monosakarida lainnya dianggap sebagai turunan triosa, khususnya D-gliseraldehid.

O
||
CH
|
C
OH
HOCH2 H

D-gliseraldehid
Beberapa monosakarida penting dapat ditunjukkan berdasarkan jumlah atom karbonnya, misalnya:
a. treosa dan eritrosa ( keduanya berupa suatu tetrosa);
b. ribosa, arabinosa, xilosa, dan liksosa (keempatnya berupa suatu pentosa);
c. glukosa, manosa, galaktosa, dan fruktosa (keempatnya berupa suatu heksosa).

Monosakarida sering ditulis dengan rumus yang diajukan oleh Emil Fischer. Rangka karbon ditulis secara vertikal, gugus fungsional aldehid atau keton diletakkan di atas, dan kedua gugus -OH terakhir diarahkan ke kanan untuk D-isomer atau ke arah kiri untuk L-isomer, Perhatikan dan pelajari Gambar 1.1.
























Gambar 1.1. Penggolongan monosakarida berdasarkan jumlah atom karbonnya.


Monosakarida dapat melangsungkan reaksi intramolekul dan membentuk senyawa lingkar enam (Gambar 1.2), sedangkan ketosa, misalnya fruktosa, membentuk cincin furanosa lingkar lima (Gambar 1.3).
Lambang kedua isomer tersebut dikenal sebagai bentuk alfa () dan beta (). Keduanya berbeda hanya pada atom karbon pertama (C1) dalam hal posisi atom atau gugus atom yang diikatnya.



Gambar. 1.2. Struktur terbuka dan cincin melingkar Glukosa

Glukosa (C6H12O6), dinamakan juga dekstrosa, merupakan senyawa karbon yang melimpah di alam. Glukosa merupakan komponen dari polisakarida, misalnya selulosa, pati dan glikogen. Fruktosa yang dikenal dengan levulosa atau gula buah (dalam buah-buahan dan madu), mempunyai rumus molekul sama seperti glukosa, tetapi mengandung gugus fungsional keton. Fruktosa mempunyai rasa paling manis di antara semua sakarida. Dari hasil penelitian, diketahui bahwa fruktosa dua kali lebih manis daripada sukrosa untuk jumlah berat yang sama.



Gambar1.3. Fruktosa dapat menghasilkan bentuk isomer dari cincin limafruktofuranosa.

Contoh soal 1.1 Menuliskan Proyeksi Fisher
Tulislah rumus proyeksi Fisher untuk L-glukosa!
Penyelesaian
Glukosa memiliki isomer D-glukosa dan L-glukosa. Kedua senyawa ini dibedakan oleh posisi gugus -OH yang terikat pada atom karbon nomor 5. Pada molekul D-glukosa, gugus -OH berada di sebelah kanan, sedangkan pada L-glukosa ditempatkan di sebelah kiri.

Pelatihan 1.1
Tulislah bentuk molekul L-glukosa dalam struktur lingkar cincin enam!
A.2. Disakarida dan Polisakarida¬
Disakarida tersusun dari dua monosakarida. Ikatan yang menghubungkan kedua monosakarida tersebut dinamakan ikatan glikosidik. Ikatan ini terbentuk dengan cara kondensasi gugus hidroksil pada atom karbon nomor satu dari satu monosakarida dengan gugus hidroksil dari salah satu atom karbon nomor 2, 4, atau 6 pada monosakarida yang kedua.
Bentuk disakarida umum, misalnya maltosa, terdiri atas dua glukosa. Dalam, maltosa, jembatan oksigen terbentuk antara atom karbon nomor 1 dari D-glukosa dan atom karbon nomor 4 dari D-glukosa lain. Ikatan yang terbentuk disebut ikatan 14 glikosidik.
Fruktosa dan glukosa juga dapat membentuk suatu disakarida, disebut sukrosa atau gula tebu. Sedangkan laktosa yang terdapat dalam susu terbentuk dari D-galaktosa dan D-glukosa.
Polisakarida tersusun dari rantai monosakarida, yang dapat digolongkan ke dalam dua kelompok besar secara fungsional, yaitu polisakarida struktural dan polisakarida nutrien.
Polisakarida struktural berlaku sebagai pembangun komponen dari organel sel dan sebagai unsur pendukung intrasel. Polisakarida yang termasuk golongan ini adalah selulosa (ditemukan dalam dinding sel tumbuhan), dan chitin.
Polisakarida nutrien berperan sebagai sumber cadangan mono¬sakarida. Polisakarida yang termasuk kelompok ini adalah paramilum, pati, dan glikogen.

a. Selulosa
Selulosa merupakan polisakarida yang banyak dijumpai dalam dinding sel tumbuhan. Selulosa merupakan polimer yang tidak bercabang, terbentuk dari monomer -D-glukosa, dan terikat bersama-sama dengan ikatan (1  4) glikosidik. Panjang rantai beraneka ragam, dari beberapa ratus sampai ribuan unit glukosa.
Dalam dinding sel tanaman, sejumlah besar selulosa berkumpul menjadi rantai silang, serabut paralel, dan bundel yang merupakan rantai tersendiri.



b. Glikogen
Glikogen merupakan homopolisakarida nutrien yang bercabang, tersusun dari satuan glukosa yang berikatan 1  4 dan 1  6. Glikogen umumnya ditemukan dalam hampir semua sel hewan, juga protozoa dan bakteri. Pada manusia dan vertebrata, glikogen ditemukan dalam hati dan otot sebagai cadangan karbohidrat .
Glikogen tersusun dari jutaan glikosil yang terikat dengan ikatan 14 glikosidik membentuk rantai panjang. Pada titik percabangan terdapat ikatan 1 6. Hal ini menimbulkan pembentukan struktur yang menyerupai pohon seperti ditunjukkan pada Gambar 1.3.

















Gambar.1.3. Ikatan glikosidik pada glikogen


c. Pati (Amilum)
Pati adalah nutrien polisakarida yang ditemukan dalam sel tumbuhan dan beberapa mikroorganisme. Dalam beberapa hal, pati memiliki kesamaan dengan glikogen (glikogen kadang-kadang disebut pati hewani). Pati selalu terdapat dalam sel tumbuhan berbentuk granula. Bentuk ini berdiameter beberapa mikron.


Gambar 1.4 Ikatan glikosidik pada pati

A.3. Identifikasi Karbohidrat
Struktur khas monosakarida dapat diidentifikasi menggunakan pereaksi berikut.
a. Senyawa lodo
Jika suatu aldosa direaksikan dengan asam iodida (HI), aldosa akan kehilangan seluruh oksigennya dan diganti dengan senyawa iodat (C6H13I). Turunan yang dihasilkan ini merupakan senyawa dengan rantai lurus seperti heksana. Ini menunjukkan bahwa aldosa tidak mempunyai rantai samping.
b. Oksidasi
Oksidasi monosakarida, khususnya suatu aldosa, akan menghasilkan asam. Gugus aldehid yang terdapat pada aldosa teroksidasi menjadi gugus aldonat. Jika gugus CH2OH teroksidasi, terbentuk asam uronat.
Larutan HNO3 pekat dapat mengoksidasi kedua gugus aldehid membentuk asam sakarat. Pada umumnya, asam sakarat larut dalam HNO3 encer, tetapi asam mukat yang berasal dari hasil oksidasi galaktosa tidak larut.
Oksidasi monosakarida dapat digambarkan sebagai berikut.



A.3. Sifat Optis Aktif
Semua monosakarida memiliki atom C yang tidak simetris (asimetris), yaitu atom C yang mengikat atom atau gugus atom berbeda pada setiap ikatannya. Akibatnya, semua monosakarida memiliki sifat optis aktif, yaitu dapat memutar bidang polarisasi suatu cahaya terpolarisasi yang dikenakan pada larutan monosakarida.
Jika suatu sakarida dilarutkan dalarn air terhidrolisis, rotasi optik berubah sampai diperoleh rotasi yang tetap dengan harga khas untuk setiap sakarida. Pristiwa ini dinamakan mutarotasi yang disebabkan oleh adanya perubahan bentuk isomer a menjadi b, atau sebaliknya.

A.4. Identifikasi Gugus Aldehid/Keton
Untuk mengidentifikasi adanya gugus aldehid atau keton dalam suatu karbohidrat dilakukan uji Fehling atau Benedict. Prinsip dasar kedua pereaksi ini adalah reaksi reduksi dari hidroksida logam. Pereaksi Fehling mengandung logam alkali dalam larutan natrium-kalium-tartrat, sedangkan pereaksi Benedict mengandung natrium sitrat.
Selain kedua pereaksi di atas, uji Barfoed dipakai untuk membedakan monosakarida dan disakarida. Tembaga asetat yang: dilarutkan dalam asam lemah direduksi oleh monosakarida dalam waktu beberapa detik, sedangkan disakarida perlu pemanasan dalam waktu beberapa menit.

Contoh soal 1.2 Reaksi Karbohidrat
Tulislah persamaan untuk reaksi glukosa dengan asam iodida!
Penyelesaian
Seperti telah dibahas di atas bahwa jika direaksikan dengan asam iodida, suatu aldosa akan kehilangan semua atom oksigennya membentuk senyawa iodat.
Persamaan reaksi yang terjadi adalah
C6H12O6 + HI  CH3 ¬ - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2I + 3 O2
Pelatihan 1.2
1. Tunjukkan perbedaan antara a-glukosa dan b-glukosa! Gambarlah struktur mampat dari gabungan diskarida dari glukosa dengan ikatan a dan b!
2. Tunjukkan atom karbon kiral pada molekul glukosa dan fruktosa!
3. Manakah diantara sakarida berikut yang merupakan bentuk a dan b?



4. Tunjukkan ikatan glikosidik dalam pati dan glikogen!

B. Protein

Protein adalah polimer biologi yang tersusun dari molekul-molekul asam amino. Rentang massa molekul protein berkisar antara 6000 sampai puluhan ribu. Oleh karena itu, protein merupakan molekul yang besar. Selain tersusun dari asam amino, beberapa protein dapat mengandung komponen lainnya, misalnya ion logam (misalnya Fe2+, Zn2+, Cu2+, dan Mg2+), atau mengandung molekul organik kompleks, biasanya turunan dari vitamin.
Protein sangat penting dalam sel dan organisme, terutama berperan sebagai pengatur struktural dan fungsional. Misalnya, protein tulang dan jaringan, merupakan struktur utama yang paling penting.
Beberapa fungsi protein di antaranya sebagai enzim, yaitu suatu katalis khusus yang berperan pada proses metabolisme. Selain itu, protein juga berfungsi sebagai alat transportasi. Dalam aliran darah protein berfungsi untuk menembus membran sel. Protein juga dapat bertindak sebagai hormon yang menghantarkan pesan-pesan kimia ke tempat pengatur aktivitas tubuh, misalnya insulin dan glukagon yang merupakan protein yang dibuat dalam pankreas dan dikeluarkan untuk mengatur kadar gula dalam darah.

B.1. Asam Amino
Asam amino adalah molekul yang mengandung gugus amino terprotonasi (NH3+) dan gugus karboksil terionisasi (COO-). Asam alfa amino (asam -amino) merupakan pembangun protein. Suatu asam -amino, sering disebut asam amino saja, mempunyai struktur umum sebagai berikut.

H O

NH C C OH
R
Pada rumus struktur tersebut, atom karbon (setelah karbon dari gugus karboksilat) ditandai dengan  dan merupakan penghubung gugus amino. Asam amino yang ditunjukkan di sini berada dalam bentuk ionisasi ganda, disebut ion zwitter.
Ion zwitter merupakan bentuk yang dominan pada pH netral di dalam sistem biologi, disebut juga pH isolistrik atau pH pada titik isolistrik. Harga pH netral yang dimaksud di sini berbeda dengan pH netral senyawa anorganik (misalnya air).
Gugus karboksil merupakan asam cukup kuat sehingga protonnya terdisosiasi cukup besar. Demikian pula, gugus amino adalah basa kuat sehingga menarik proton sangat kuat pada pH netral. Jika asam amino berada dalam larutan asam, gugus -COO- cenderung mengikat ion hidrogen membentuk gugus karboksil.

-COO- + H+ -COOH

Hal ini diakibatkan dari tetapan disosiasi asamnya (Ka).
Hal serupa, dalam larutan basa, gugus NH3+ cenderung melepaskan proton membentuk amino.
-NH3+ -NH2 + H+

Reaksi ini bergantung pada tetapan disosiasi basa (Kb). Oleh karena itu, muatan total molekul asam amino bergantung pada pH larutannya.
Jika asam amino dilarutkan dalam pH larutan sama dengan pH isolistriknya (pI), asam amino membentuk ion zwitter. Pada pH yang lebih kecil daripada pI, asam amino bermuatan positif; dan pada pH yang lebih besar daripada pI, asam amino bermuatan negatif. Perubahan ini digambarkan sebagai berikut.

OH– OH–
+NH3 – CH – COOH +NH3 – CH – COO-- NH2 – CH – COO–
H +
R R R

asam titik isolistrik basa

Diketahuinya titik isolistrik suatu asam amino, sangat menguntungkan bagi kepentingan praktis, khususnya untuk pemisahan asam-asam amino menggunakan elektroforesis. Dengan mengatur pH larutan, asam amino yang memiliki titik isolistrik pada pH tersebut tidak akan bergerak ke arah katode maupun anode sel elektroforesis, sedangkan asam amino yang bermuatan negatif akan bergerak ke arah anode dan asam amino yang bermuatan positif akan bergerak ke arah katode sel elektroforesis.

B.2. Ikatan Peptida
Di dalam protein, asam amino diikat bersama melalui ikatan peptida, yaitu ikatan C-N basil dari reaksi kondensasi antara gugus karboksil dari satu asam amino dengan gugus amino dari asam amino kedua, seperti ditunjukkan pada reaksi kondensasi berikut.

O O O O

+NH3 – CH – C – O– + +NH3 – CH – C – O–  +NH3 – CH – C – NH – CH – C – O– + H2O

R1 R2 R1 R2

Reaksi tersebut merupakan contoh suatu dipeptida, yaitu molekul yang dibentuk melalui ikatan peptida dari dua asam amino. Hal serupa, tripeptida dibentuk dari tiga asam amino. Suatu polipeptida merupakan polimer yang dibentuk oleh sejumlah besar asam amino melalui ikatan peptide membentuk rantai polimer. Jadi, protein dapat didefinisikan sebagai suatu polimer alam.
Penamaan dipeptida atau tripeptida disesuaikan dengan nama asam amino yang digabungkan. Huruf akhir dari nama asam amino yang disekutukan diganti dengan huruf `l'. Contoh, jika alanin dan glisin membentuk dipeptida, maka nama dipeptida tersebut adalah alanilglisin. Dalam dipeptida alanilglisin, residu alanin memiliki gugus amino bebas den glisin mempunyai gugus karboksil bebas.
Terdapat 20 macam asam amino yang ditemukan dalam hampir semua protein. Setiap asam amino berbeda dalam hal gugus R, atau rantai samping. Rantai samping menentukan sifat-sifat suatu protein. Berdasarkan kepolaran gugus R, asam dikelompokkan menjadi 4 kelompok, Yaitu : (1) Asam amino non polar (2) asam amino polar (3) Asam amino bermuatannegati dan (4) asam amino bermuatan positif.
Sembilan dari asam amino bersifat nonpolar (rantai samping hidrokarbon). Asam amino lainnya memiliki rantai samping polar, mampu terionisasi dan membentuk ikatan hidrogen dengan asam amino lain atau dengan air.
Nama-nama asam amino lebih dikenal dengan nama umum daripada nama sistematisnya (IUPAC) sebab lebih sederhana dan mudah diingat. Rumus struktur 4 kelompok asam amino dapt dilihat pada gambar 1.5.
Penulisan nama asam amino biasanya menggunakan tiga huruf singkatan dari nama umum asam amino. Singkatan ketiga huruf diambil dari huruf pertama, kedua, dan ketiga atau keempat, selama huruf itu tidak sama dengan singkatan asam amino lainnya.






Gambar 1.5. Rumus struktur dan singkatan tiga huruf dari empat kelompok asam amino






Contoh soal 1.3 Ikatan Peptida
Tulislah persamaan reaksi pada pembentukan tripeptida dari asam amino valin, serin, dan glisin! Apakah nama tripeptida yang dibentuk? Tunjukkan ikatan peptidanya!
Penyelesaian
Dalam penulisan suatu peptide perlu diperhatikan urutan asam aminonya, sebab urutan berbeda memiliki sifat yang juga berbeda. Untuk tripeptida yang disusun menurut urutan di atas, nama tripeptida yang dibentuk valilserilglisin.
Pelatihan 1.3
Tulislah persamaan reaksi pembentukan tripeptida dari asam amino alanin, lisin, dan metionin! Apakah nama tripeptida yang,dibentuk? Tunjukkan ikatan peptidanya!

B.3. Sifat Asam Amino
Hampir semua asam amino, kecuali glisin, mempunyai atom karbon tidak simetris (kiral), yaitu atom karbon yang keempat valensinya mengikat atom atau gugus berbeda. Atom karbon tidak simetris dalam asam amino yaitu atom karbon alfa yang mengikat empat macam gugus (gugus karboksil, gugus amino, atom hidrogen, dan gugus R).
Asam amino tidak simetris mempunyai dua bentuk isomeri dengan sifat fisika dan sifat kimia serupa, kecuali kemampuan membedakan arah dalam memutar bidang sinar yang terpolarisasi, disebut juga sebagai senyawa optis aktif. Senyawa yang mempunyai isomeri optis dinamakan isomeri optis atau stereoisomer.
Asam amino yang dapat memutar bidang sinar terpolarisasi ke kiri, disebut isomeri levorotary (l) atau (- ). Jika pemutaran bidang sinar ke kanan, disebut dextrorotary (d) atau (+). Suatu campuran eqimolar asam amino. (kecuali glisin) dari bentuk (+) dan (-) tidak memutar bidang sinar terpolarisasi, sebab akan saling meniadakan satu dengan lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa campuran asam amino hanya dalam satu bentuk stereoisomer.
Seperti pada senyawa karbon pada umumnya, reaksi kimia asam amino menunjukkan karakter gugus fungsinya. Karena asam amino mengandung gugus amino dan gugus karboksil, semua asam amino memberi reaksi positif dari kedua gugus fungsional ini. Keadaan ini dapat digunakan untuk identifikasi asam amino dalam protein.
Pendeteksian dan pengukuran secara kuantitatif asam amino dalam protein dilakukan dengan pereaksi ninhidrin atau pereaksi 1-fluoro-2,4-¬dinitrobenzen (FDNB).
Asam amino dengan gugus amino bebas jika direaksikan dengan ninhidrin (gambar 1.6) dan dipanaskan akan memberikan warna ungu, sedangkan asam amino yang mempunyai gugus amino terikat, misalnya prolin, akan memberikan warna kuning. Intensitas warna yang dihasilkan dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi asam amino secara kolorimeter, seperti dengan alat UV-Vis, Spectronik-20, dan alat lainnya.
Reaksi asam amino dengan FDNB dalam basa lemah akan membentuk turunan 2,4-dinitrofenil. Reaksi ini sangat cocok untuk identifikasi asam amino.



Gambar 1.5 Stereo L dan D dari asam amino alanin

B. 4. Struktur dan Bentuk Protein
Protein paling sedikit dapat dikelompokkan menjadi empat struktur, yaitu struktur primer, struktur sekunder, struktur tersier, dan struktur kuarterner.
Struktur primer merujuk kepada struktur linear dari residu asam amino sepanjang rantai polipeptida, melibatkan pembentukan ikatan kovalen dari ikatan peptida dan ikatan disulfida antar-rantai polipeptida, yang disebut struktur primer -S. Salah satu contoh, molekul protein dalam tubuh manusia adalah hormon insulin (gambar 1.7).
Struktur sekunder merujuk kepada struktur dua dimensi molekul pro¬tein, yang di dalamnya terjadi lipatan (folding) yang beraturan seperti ¬-heliks dan -sheet. Dalam struktur sekunder, selain adanya ikatan kovalen antara asam amino dan ikatan disulfida dari gugus sistein, juga terdapat ikatan hidrogen dari gugus-gugus polar pada residu asam amino.
Struktur tersier merupakan struktur tiga dimensi yang sederhana dari rantai polipeptida. Polipeptida dengan struktur ini, selain melakukan folding membentuk struktur heliks dan -sheet, juga terjadi antaraksi bukan kovalen seperti gaya Van der Waals, dan antaraksi gugus nonpolar yang mendorong pembentukan folding yang mantap dari suatu polipeptida.
Struktur tertinggi dari protein adalah struktur kuarterner. Dalam struktur ini, molekul protein merupakan molekul kompleks, tidak terbatas hanya satu rantai polipeptida, tetapi mungkin mengandung beberapa rantai polipeptida. Jadi, pada struktur ini, molekul protein selain memiliki ikatan hidrogen, gaya Van der Waals, dan antaraksi gugus nonpolar, juga terjadi antaraksi antar-rantai polipeptida satu dengan lainnya melalui antaraksi polar, nonpo¬lar, maupun Van der Waals. Contoh protein ini adalah molekul hemoglobin, yang tersusun dari empat subunit rantai polipeptida.
Walaupun bentuk struktur primer protein merupakan rantai linear, hampir semua protein di alam dijumpai dalam bentuk melipat menjadi bentuk yang lebih pejal, berupa elips atau bulat membentuk globular (bola).



Gambar 1.6 Molekul Ninhidrin



Gambar 1.7 Struktur primer protein (proinsulin)

B.5. Jenis dan Fungsi Protein
Protein merupakan produk dari ekspresi informasi kode genetik. Hampir setengah dari berat kering sel merupakan molekul protein. Protein dalam sel sangat beragam, bergantung pada urutan dan komposisi asam aminonya.
Protein dapat digolongkan berdasarkan sifat-sifatnya. Salah satunya adalah berdasarkan fungsi biologinya, misalnya protein sebagai enzim, pro¬tein transport, protein bahan makanan, protein kontraktil, protein struktural, protein regulator, dan pertahanan.
Enzim adalah jenis protein yang mempunyai sifat sangat beragam, tetapi spesifik. Enzim berperan sebagai katalis dalam berbagai reaksi biokimia. Hampir seluruh reaksi kimia molekul biologi dalam sel dikatalisis oleh enzim.
Protein transport dalam plasma darah mengikat dan membawa molekul atau ion tertentu dari satu organ ke organ lain. Hemoglobin dalam sel darah merah mengikat oksigen pada saat darah memasuki paru-paru dan membawanya ke seluruh tubuh, tempat oksigen dilepaskan untuk prosess oksidasi bahan makanan.
Dalam biji-bijian, protein digunakan untuk pertumbuhan embrio tanaman. Albumin adalah protein utama dalam putih telur. Kasein merupakan protein terbesar dalam susu. Semua protein ini merupakan protein bahan makanan.
Beberapa protein dalam sel dan organisme berfungsi untuk kontraksi dengan mengubah bentuk atau gerak. Sebagai contoh, protein aktin atau miosin merupakan protein serabut yang berfungsi untuk kontraksi otot. Tubulin, protein pembentuk mikrotubul, merupakan komponen penting pada flagela dan silia untuk bergerak.
Beberapa protein berfungsi sebagai serabut atau pelindung untuk memberikan kekuatan dan proteksi sel. Komponen utama dari jaringan tendon dan kartilago merupakan protein serat kolagen yang mempunyai kekuatan atau kekenyalan tinggi. Kulit merupakan kolagen murni. Rambut dan kuku mengandung protein yang tidak larut dalam air, disebut keratin. Komponen utama sutra dan jaring laba-laba merupakan protein fibroin.
Beberapa protein berfungsi untuk menjaga organisme dari serangan organisme lain atau melindungi dari luka. Immunoglobin atau antibodi merupakan protein khusus yang dibuat oleh jaringan limfosit yang dapat mengenali dan mengendapkan atau menetralkan bakteri, virus atau protein asing dari spesi lain. Fibrinogen dan trombin merupakan protein yang terlibat dalam pembekuan darah.
Beberapa protein berfungsi untuk mengatur metabolisme sel atau aktivitas fisiologi, misalnya hormon. Insulin adalah hormon untuk mengatur metabolisme glukosa. Jika kekurangan hormon ini, sel akan menderita penyakit diabetes. Hormon pertumbuhan dan paratiroid berfungsi untuk mengatur konsentrasi ion Ca2+ dan transport fosfat.

B.6. Denaturasi dan Renaturasi Protein
Ikatan-ikatan kimia yang lemah pada protein dapat dipecahkan atau dirusak dengan perlakuan tertentu, yang mengakibatkan suatu polipeptida melakukan pemecahan. Jika hal ini terjadi, protein dikatakan mengalami denaturasi. Jika larutan protein dipanaskan, kalor dapat memecahkan beberapa ikatan lemah, misalnya ikatan hidrogen dan gaya Van der Waals.
Perubahan pH dapat merubah struktur protein sebab merubah muatan dari gugus rantai samping asam amino, yang pada akhirnya dapat mempengaruhi ikatan ionik maupun ikatan hidrogen. Pereaksi seperti larutan urea 8,0 M, dapat merusak baik ikatan hidrogen maupun antaraksi hidrofob.
Banyak protein yang terdenaturasi dapat diubah kembali membentuk struktur semula, jika molekul bersangkutan masih terlarut dalam larutan urea. Jika sedikit demi sedikit konsentrasi urea diturunkan melalui dialisis, protein yang terdenaturasi akan dapat terenaturasi, kembali ke bentuk alaminya.
Ikatan-ikatan yang lemah terbentuk kembali tahap demi tahap, misalnya enzim nuklease yang mempunyai residu asam amino 149 dan berfungsi untuk mendegradasi DNA dan RNA, dapat terdenaturasi total dalam suasana asam.
Jika larutan enzim ini dinetralkan, enzim dapat terenaturasi dalam waktu kurang dari satu detik. Kecepatan renaturasi ini menjadi petunjuk bahwa konfigurasi tiga dimensi merupakan akibat dari antaraksi antara asam amino dengan lingkungannya. Dalam hal ini, program genetik dari sel hanya menentukan struktur primer dari protein, lebih khusus adalah urutan asam amino, sedangkan struktur tersier lebih banyak ditentukan oleh faktor luar.

Contoh Soal 1.4 Ikatan Peptida
Tulislah penggolongan protein berdasarkan struktur molekul dan berdasarkan tugas fungsionalnya!
Penyelesaian
Berdasarkan struktur molekul, protein digolongkan ke dalam emapat kategori, yaitu struktur primer jika molekul protein tersusun hanya berupa rantai yang memanjang; struktur skunder jika molekul protein tersusun dalam bentuk rantai memanjang tetapi membentuk kerangka tertentu seperti a-heliks dan b-sheet, struktur tersier jika rantai molekul protein membentuk lipatan atau bulatan akibat antaraksi intramolekul, dan struktur kuartener jika antarmolekul protein berantaraksi membentuk gulungan disebut globular.
Berdasarkan fungsionalnya, protein digolongkan ke dalam protein serat atau protein structural (kolagen, keratin, dan elastin), protein globular konjugat (lipoprotein, mukoprotein, dan glikoprotein).

Pelatihan 1.4
Gambarlah setiap struktur protein dan berikan contohnya!


C. Lipid

Lipid merupakan kelompok senyawa beraneka ragam. Lemak dikenal merupakan salah satu dari senyawa lipid. Adapun yang termasuk senyawa lipid antara lain kolesterol, steroid, dan terpenoid.

C.1. Penggolongan Lipid
Lipid dikelompokkan menjadi 2 kelompok besar, yaitu lipid yang terhidrolisis dan lipid yang tidak terhidrolisis. Diagram berikut menunjukkan penggolongan lipid secara umum.



C.2. Struktur Lipid,
a. Lipid Terhidrolisis
Lipid terhidrolisis merupakan ester dari gliserol dengan suatu asam lemak atau asam fosfat yang mengikat etanolamin atau serin. Perhatikan struktur umum lipid berikut ini.



Ketiga contoh lemak di atas disebut lemak sederhana. Selain lemak sederhana terdapat pula lemak majemuk, R3 pada rumus lemak majemuk berupa gugus yang bukan merupakan asam lemak.

Fosfolipid merupakan salah satu contoh lemak majemuk, pada R3 nya terdapat gugus fosfat. Salah satu contoh fosfolipid adalah membran sel dan kuning telur, yang mengandung fosfolipid dari jenis lesitin.




b. Steroid
Steroid merupakan senyawa turunan (derivat) lipid yang tidak terhidrolisis. Senyawa yang termasuk turunan steroid, misalnya kolesterol, ergosterol, dan estrogen. Pada umumnya steroid berfungsi sebagai hormon. Steroid mempunyai struktur inti. Perbedaan jenis steroid yang satu dengan steroid yang lain terletak pada rantai samping (cabang) yang diikatnya.

Contoh:



c. Terpenoid
Seperti halnya steroid, terpenoid juga merupakan derivat dari lipid. Senyawa ini umumnya terdapat pada minyak atsiri, misalnya sitral (minyak sereh), geraniol (minyak mawar), limonen (jeruk), dan juga sebagai vita¬min A. Berikut ini beberapa contoh senyawa terpena.




Latihan 1.5
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan biomolekul dan berikan contohnya.
2. Jelaskan peranan biomolekul berikut:
a. Air
b. Karbohidrat
c. protein
d. DNA
e. lipid
3. Lipid Bering dikelompokkan dalam lipid terhidrolisis dan lipid tak terhidrolisis. Berikan contoh lipid yang terhidrolisis dan tuliskan hasil hidrolisisnya.
4. Apakah fungsi dari glikolipid dan lipoprotein?
5. Berikan masing-masing contoh derivat lipid yang tak terhidrolisis disertai dengan fungsinya.

D. Asam Nukleat

Asam nukleat lebih dikenal sebagai materi genetik, sebab asam nukleat merupakan penyusun utama dari asam deoksiribonukleat atau Deoxyri¬bonucleic Acid (DNA) dan asam ribonukleat atau Ribonucleic Acid (RNA). Kedua senyawa tersebut (DNA dan RNA) merupakan senyawa yang bertanggung jawab terhadap penurunan sifat suatu individu makhluk hidup kepada keturunannya. Setiap sel mempunyai sebuah DNA yang khas untuk setiap individu makhluk hidup, dan beberapa RNA yang bertugas sebagai pembawa kode genetika, pembawa pesan dan mencetak asam amino, serta protein penyusun individu.

D.1. Struktur Asam Nukleat ,
Asam nukleat, baik DNA maupun RNA, merupakan polimer dari nukleotida. Nukleotida merupakan kopolimer yang tersusun atas gula pentosa, asam fosfat, dan basa nitrogen.

a. Gula Pentosa
Gula penyusun asam nukleat, termasuk jenis pentosa, yaitu ribosa dan deoksiribosa. Ribosa merupakan pentosa penyusun RNA, sedangkan deoksiribosa merupakan penyusun DNA.








b. Asam Fosfat
Asam fosfat mempunyai struktur sebagai berikut.



Setiap atom H pada asam fosfat dapat dilepaskan dengan gugus OH dari suatu gula pentosa sehingga membentuk suatu dimer (gabungan dua molekul) atau polimer. Asam fosfat menghubungkan satu nukleotida dengan nukleotida yang lain sehingga membentuk rantai nukleotida.

c. Basa Nitrogen
Basa nitrogen yang merupakan penyusun asam nukleat terdiri atas dua kelompok, yaitu basa purin dan basa pirimidin.



Gambar 1.8 Struktur basa nitrogen

d. Struktur Nukleosida dan Nukleotida
Setiap nukleosida tersusun dari sebuah gula pentosa dan sebuah basa nitrogen (gambar 1.9). Dalam membentuk nukleotida gugus OH pada atom C-5 akan terlepas dengan gugus H pada asam fosfat, sedangkan gugus OH pada C-1 akan terlepas bersama dengan atom H pada basa nitrogen (gambar 1.10). Polimerisasi yang terjadi merupakan polimerisasi kondensasi.



Gambar 1.9 Struktur nukleosida

Antara satu nukleotida satu dengan nukleotida yang lain akan berko¬polimer membentuk satu untai nukleotida, gugus OH pada C-3 akan terlepas bersama satu atom H dari asam fosfat. Untai nukleotida mempunyai struktur ulir yang dikenal dengan untai heliks.



Gambar 1.10 Struktur nukleotida

Dua untai nukleotida bergabung dengan untai nukleotida yang lain membentuk rantai double-helix (gambar 1.11). Ikatan dua nukleotida pada dobel heliks ini terjadi karena adanya ikatan hidrogen antara basa nitrogen yang berpasangan. Pada DNA, timin akan berpasangan dengan adenin dan sitosin dengan guanin. Pada RNA, timin akan digantikan oleh urasil. Pasangan tersebut tidak dapat saling dipertukarkan karena letak ujung-ujung ikatan N-H sudah sedemikian hingga tidak mungkin dipertukarkan (lihat Gambar 1.11).


Gambar 1.11 Rantai dobel heliks

D.2. Peranan dan Fungsi DNA dan RNA
a. Peranan DNA
DNA merupakan material genetik yang berfungsi sebagai pembawa kode-kode genetika yang nantinya diterjemahkan menjadi RNA dan selanjutnya RNA akan disintesis menjadi protein yang diinginkan. Pada proses tersebut mula-mula DNA akan memisah, dari untai ganda menjadi untai tunggal. Selanjutnya untai tunggal tersebut dijadikan sebagai cetakan dalam membentuk molekul heliks ganda yang baru, proses ini disebut replikasi. Pembentukan rantai nukleotida disajikan pada gambar 1.12.



Gambar 1.12 Struktur rantai nukleotida

b. Peranan RNA
Terdapat tiga jenis RNA yang dilibatkan dalam proses sintesis protein, yaitu RNA kurir atau duta (messenger RNA = mRNA), RNA transfer (tranfer RNA = tRNA), dan RNA ribosom (ribosomal RNA = rRNA). mRNA merupakan transkripsi gen struktural yang membawa pesan DNA berupa kode genetika. MRNA ini berbentuk untai tunggal yang berfungsi sebagai cetakan pada proses sintesis protein. Setiap urutan tiga basa (kodon) pada mRNA akan diterjemahkan menjadi satu asam amino. Selanjutnya asam amino tersebut disusun dengan urutan yang sesuai dengan kode genetika yang dibawa oleh mRNA tersebut. Protein yang dihasilkan mempunyai fungsi enzimatik, struktural (pembangun), pengatur dalam sel, hormon dan fungsi-fungsi lainnya dalam tubuh mahluk hidup.

tRNA bertugas mencarikan asam amino yang cocok dengan kode ge¬netika yang diminta oleh mRNA. Selanjutnya tRNA akan mengambil asam amino tersebut dari ribosom untuk disintesis dengan urutan yang sesuai dengan kode genetikanya. Setelah semua asam amino diperoleh dan dibawa oleh tRNA, maka dibawa ke ribosom dan oleh rRNA dicetak menjadi protein dengan urutan asam amino yang sesuai dengan kode yang dibawa mRNA. Proses tersebut dapat dilihat pada diagram Gambar 1.13.


Gambar 1.13 Proses sintetis protein

Latihan 1.6
1. Sebutkan dua senyawa asam nukleat yang penting bagi makhluk hidup. Apa perbedaan keduanya?
2. DNA dan RNA sering disebut sebagai materi genetik. Apa maksud pernyataan tersebut?
3. Mengapa pasangan basa nitrogen pada rantai double heliks selalu tetap? Jelaskan.
4. Apa peranan RNA dalam sintesis protein?
5. Apa yang dimaksud dengan kode genetika? Berikan contohnya dan jelaskan.

E. Enzim

Enzim merupakan biokatalis yang sangat efisien dan mempunyai beberapa keunggulan daripada katalis anorganik. Kunggulan reaksi enzimatik dibandingkan dengan katalisis anorganik adalah selektif, bahkan sampai stereoselektif. Hal ini mungkin, sebab konformasi sisi aktif enzim spesifik untuk substrat tertentu. Reaksi enzimatik hampir tidak membentuk hasil samping dibandingkan dengan reaksi kimia umumnya. Daya katalitik enzim sangat kuat walaupun pada kondisi reaksi lemah. Reaksi enzim berlangsung pada suhu dan pH optimum.

E.1.Struktur Enzim
Menurut definisi, enzim adalah suatu protein yang mempunyai struktur tiga dimensi tertentu yang memiliki aktivitas biokatalitik. Enzim menaikkan laju reaksi dengan jalan menurunkan energi aktivasi reaksi.
Karena enzim merupakan protein, maka reaksi antara enzim dan molekul lain sama seperti pada protein. Reaksi ditentukan oleh asam-asam amino yang terdapat di permukaan, yang berhubungan dengan sisi aktifnya. Sifat-sifat permukaan enzim dipengaruhi oleh larutan sekitarnya. Gugus¬-gugus fungsional pada permukaan enzim menggambarkan sifat asam basa dan kelarutan enzim. `
Keseluruhan enzim (holoenzim) mempunyai dua bagian utama, yaitu bagian protein (apoenzim) dan bagian ion protein (koenzim). Apoenzim merupakan suatu polipeptida yang mempunyai struktur kuarterner atau struktur tersier dengan urutan dan komposisi asam amino tertentu, dan rantai polipeptida tersebut distabilkan oleh ikatan kimia yang terdapat pada gugus samping asam amino.
Rantai asam amino di luar bagian aktif tidak dapat mengkatalisis semua reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologi. Ion-ion logam (koenzim dan kofaktor, atau disebut juga gugus prostetik) dengan tambahan potensial kimia diperlukan oleh enzim untuk mengkatalisis beberapa reaksi. Gugus prostetik ini merupakan bagian enzim yang bukan protein.
Pada umumnya, koenzim maupun ion logam terikat kuat pada molekul enzim. Adanya muatan yang terdapat pada ion logam menjadikan bentuk bagian aktif enzim bersifat spesifik, sebab letak dari asam amino dalam rantai polipeptida enzim tersebut distabilkan-oleh ikatan ion logam dengan logam, sedangkan reaksi katalisis yang terjadi dilakukan dengan bantuan koenzim, sebagai pembawa atom atau gugus fungsional.
Gugus spesifik (koenzim dan ion logam) stabil terhadap panas; sedangkan struktur apoenzim, seperti halnya protein, mudah terdenaturasi oleh panas dan pH ekstrim atau senyawa pendenaturasi lain. Misalnya, jika suatu enzim dipanaskan dalam asam kuat atau diinkubasi dalam tripsin maka akan tampak perubahan konformasi dari rantai asam amino utama sehingga aktivitas katalitiknya hilang.
Sifat katalitik dan spesifik enzim ditentukan oleh gugus kimia yang terdapat pada permukaan protein tertentu yang disebut sisi aktif (active site). Sisi aktif suatu enzim biasanya kurang dari 5% dari luas permukaan keseluruhan. Sisi aktif mempunyai dua fungsi yaitu mengikat substrat dan mengkatalisis reaksi. Pada umumnya, setiap fungsi melibatkan rantai samping asam amino yangg berbeda. Mekanisme kerja enzim disajikan pada gambar 1.14.

























Gambar 1.14. Mekanisme kerja enzim. (1) Substrat akan menempel pada sisi aktif enzim membentuk kompleks enzim substrat.(2) Pada sisi aktif enzim terjadi proses katalisis untuk merubah substrat menjadi produk.(3) Produk yang dihasilkan dilepaskan dan enzim siap untuk mengikat substrat berikutnya.

E.2.Penggolongan Enzim
Aktivitas suatu enzim dinyatakan sebagai kemampuan enzim tersebut dalam mengubah substrat menjadi produk. Aktivitas katalitik enzim pada prinsipnya merupakan proses pemindahan elektron, atom, atau gugus fungsional. Berdasarkan aktivitasnya tersebut enzim dikelompokka menjadi enam golongan utama yaitu :
a. Oksidareduktase, yaitu enzim yang mengkatalisis reaksi melalui reaksi redoks. Substrat yang satu tereduksi dan yang lain teroksidasi.
b. Transferase, yaitu katalisis reaksi pemindahan sebuah gugus dari satu substrat ke substrat yang lain.
c. Hidrolase, yaitu katalisis untuk reaksi hidrolisis suatu substrat.
d. Liase, yaitu katalisis reaksi eliminasi sebuah gugus dari substrat sehingga terbentuk ikatan peptida.
e. Isomerase, yaitu katalisis untuk reaksi isomerisasi substrat.
f. Ligase, yaitu katalisis untuk reaksi penggabungan dua molekul dengan bantuan ATP atau sumber energi lainnya.

Bagian enzim yang berfungsi untuk mengaktivasi enzim disebut koenzim, misalnya NaOH, FeOH, dap CoAsH. Pada molekul organik, disebut kofaktor, misalnyaFe2+, Zn2+, dap Cu2+. Dalam reaksi biokimia, beberapa enzim diaktivasi oleh koenzim atau kofaktor, atau keduanya.

Latihan 1.7
1. Apakah yang dimaksud dengan sisi aktif enzim?
2. Apakah fungsi enzim dalam tubuh?
3. Apakah fungsi setiap enzim berikut?
Asetiltransferase, piruvat dehidrogenase, dan fenilalanin hidrolase
F. Metabolisme
Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam mahluk hidup, mulai dari mahluk bersel satu yang sangat sederhana seperti ; bakteri, protozoa, jamur, tumbuhan, hewan; sampai pada manusia; sebagai mahluk yang susunan tubuhnya sangat kompleks. Di dalam proses ini mahluk hidup mendapat, mengubah, dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya.
Metabolisme meliputi proses sintesis dan proses penguraian senyawa atau komponen dalam sel hidup. Proses sintesis ini disebut anabolisme dan proses penguraian disebut katabolisme. Semua reaksi metabolisme dikatalisis oleh enzim, termasuk reaksi yang sederhana seperti penguraian asam karbonat menjadi air dan karbondioksida, proses pemasukan dan pengeluaran zat kimia dari dan ke dalam sel melalui membran; proses biosintesis protein yang panjang dan rumit; atau pun proses penguraian bahan makanan dalam sistem pencernaan mulai dari mulut, lambung, usus dan penyerapan hasil penguraian tersebut melalui dinding usus, serta penyebarannya ke seluruh tubuh yang memerlukannya. Hal lain yang penting dari metabolisme adalah peranannya dalam proses pengawaracunan atau detoksifikasi, yaitu mekanisme reaksi pengubahan zat yang beracun menjadi senyawa tidak beracun yang dapat dikeluarkan dari tubuh.
Anabolisme dan katabolisme dibedakan dalam beberapa hal : (1) anabolisme merupakan proses sintesis molekul kimia kecil menjadi molekul yang lebih besar, sedangkan katabolisme adalah sebaliknya, yaitu proses penguraian molekul besar menjadi molekul kecil; (2) anabolisme adalah proses yang membutuhkan energi sedangkan katabolisme menghasilkan energi; (3) anabolisme merupakan reaksi reduksi, sedangkan katabolisme adalah reaksi oksidasi; (4) Seringkali hasil akhir anabolisme merupakan senyawa pemula untuk proses katabolisme. Sebagian besar proses metabolisme terjadi di dalam sel, oleh karena itu mekanisme masuk dan keluarnya zat kimia melalui membran sel mempunyai arti penting dalam mempertahankan keseimbangan energi dan materi di dalam tubuh. Hubungan antara reaksi katabolisme dan anabolisme disajikan pada gambar 1.15.


















Gambar 1.15. Hubungan reaksi katabolisme dan anabolisme dalam mahluk hidup
F.1. Daur energi di dalam sel
Energi matahari merupakan sumber mula energi dalam sel hidup. Sebagian besar aliran energi di dalam biosfer berhubungan dengan daur karbon. Jasad yang berfotosintesis (autotrop) menyerap energi matahari secara langsung dan mengubahnya menjadi bentuk energi kimia, contohnya glukosa dan senyawa organik lainnya. Jasad heterotrop menggunakan hasil energi ini sebagai sumber untuk pembentukan struktur biomolekul dan senyawa kimia berenergi tinggi yang diperlukan untuk segala kegiatan yang memerlukan energi. Jadi pada hakekatnya, energi matahari merupakan sumber kehidupan semua jasad, baik yang berfotosintesis maupun yang heterotrop.
Dalam sistem biologi, khususnya dalam sel hidup, energi yang dihasilkan oleh reaksi metabolisme akan disimpan dalam bentuk energi kimia, yaitu dalam struktur ikatan kovalen gugus fosfat dalam molekul adenosin trifosfat (ATP), yang terbentuk dengan perantaraan enzim, dari adenosin difosfat (ADP) dan senyawa fosfat anorganik (Pi). Reaksi pembentukan ATP ini merupakan suatu reaksi perpindahan gugus yang secara kimia dikaitkan dengan tahap reaksi yang khas yang berlangsung pada proses katabolisme. ATP yang terbentuk kemudian diangkut ke setiap bagian sel yang memerlukan energi. Sebagian energi kimia yang terkandung dalam ATP itu dipindahkan bersama dengan gugus fosfat ujungnya, ke molekul penerima energi yang khas, sehingga molekul ini menjadi semyawa berenergi kimia dan dapat berperan sebagai sumber energi untuk proses biokimia lainnya. Struktur molekul ATP dapat dipelajari pada gambar 1.16.















Gambar 1.16 Tiga bentuk energi yang digunakan dalam metabolisme, yaitu AMP (adenosin monofosfat) ADP (adenosin difosfat) ATP (adenosin trifosfat).

Proses pengangkutan energi kimia lainnya di dalam sel berlangsung melalui proses pengangkutan elektron dengan perantara enzim, dari rekasi penghasil energi (katabolisme) ke reaksi pemakai energi (anabolisme) melalui suatu senyawa koenzim pembawa elektron. Nikotinamid adenin dinukleotida (NAD) dan Nikotinamid adenin dinukleotida fosfat (NADP) adalah dua ko-Enzim penting yang berperan sebagai molekul pengangkut elektron berenergi tinggi dari reaksi katabolisme ke reaksi anabolisme yang membutuhkan elektron. Mekanisme reaksi biokimia yang melibatkan beberapa ko-enzim dalam reaksi katabolisme dan anabolisme disajikan pada gambar 1.16.















Gambar 1.16. Mekanisme reaksi biokimia dalam proses transfer energi dengan melibatkan ko-enzim. Senyawa kompleks yang disimpan dalam biomolekul melalui reaksi katabolisme akan dirubah menjadi molekul sederhana dengan menghasilkan. Proses transfer energi melibatkan ko-enzim melalui reaksi redoks. Selanjutnya energi yang dihasilkan dimanfaatkan oleh mahluk hidup untuk melakukan reaksi anabolisme dan aktivitas hidupnya.


F.2. Interelasi Metabolisme
a. Pencernaan
Bahan makanan yang masuk ke dalam tubuh melalui mulut mengalami proses pencernaan, yaitu penguraian menjadi molekul yang lebih kecil yang berlangsung karena adanya air ludah yang mengandung berbagai enzim. Aktivitas reaksi biokimia yang berlangsung di mulut merupakan tahap awal proses pencernaan.
Sistem percernaan pada hakekatnya merupakan saluran pipa panjang kenyal yang berbelok-belok, mulai dari mulut sampai usus (lihat gambar 1.17). Sementara bahan makanan bergerak sepanjang saluran tersebut, berbagai cairan yang mengandung enzim dan zat kimia pencernaan dimasukkan ke dalamnya dari berbagai organ tubuh, sebagai kelanjutan proses pencernaan yang dimulai di mulut.
Polisakarida atau karbohidrat, yang merupakan salah satu komponen utama bahan makanan, dirubah menjadi monosakarida. Protein, dirubah menjadi berbagai asam amino. Lipid dirubah menjadi asam lemak dan gliserol. Dengan demikian pencernaan pada hakekatnya mempunyai peranan menghasilkan molekul yang cukup kecil untuk dapat diserap oleh tubuh melalui dinding usus-halus, selanjutnya dibawa oleh aliran darah untuk disebarkan ke seluruh bagian tubuh yang memerlukannya.
Proses pencernaan dalam tubuh manusia merupakan suatu reaksi yang sangat kompleks. Bahan makanan yang telah mengalami penguraian sebagian di dalam mulut, melalui tenggorokan (esophagus) masuk ke dalam lambung. Di sini kerja enzim amilase dalam air ludah dihentikan dengan adanya asam klorida yang dikeluarkan oleh lambung. Dalam keadaan normal, bahan makanan tinggal untuk beberapa jam di dalam lambung, sementara asam klorida dan pepsin menguraikan protein dan karbohidrat yang terkandung dalam zat makanan tersebut menjadi oligopeptida dan oligosakarida. Berbeda dari amilase dan enzim lainnya, pepsin bekerja dalam suasana asam, pH 0,1-2,5; sesuai dengan kondisi asam cairan lambung.



















Gambar 1.17. Saluran pencernaan mulai dari mulut sampai anus

Selanjutnya proses pencernaan berlangsung di dalam usus halus yang mengeluarkan berbagai enzim dan zat pencerna dari berbagai organ tubuh. Kandung empedu mengeluarkan asam empedu untuk mengemulsi senyawa lipid; kelenjar pankreas mengeluarkan cairan yang mengandung amilase yang menguraikan oligosakarida menjadi maltosa; tripsin dan kimotripsin menguaraikan poli- dan oligopeptida menjadi peptida kecil dan asam amino; lipase menguraikan trigliserida menjadi asam lemak dan gliserol; kolesterol esterase menguraikan senyawa ester dari kolesterol. Selain itu masih ada lainnya yang dikeluarkan oleh usus halus untuk menyempurnakan proses penguraian sedemikian rupa hingga dihasilkan senyawa monosakarida, mononukleotida, asam lemak, asam amino, dan senyawa kecil lainnya yang siap diserap oleh dinding usus halus untuk selanjutnya dibawa oleh aliran darah atau limpa ke seluruh bagian tubuh.
Bagian bahan makanan yang tidak mengalami penguraian secara tuntas bersama bakteri yang terdapat di dalam usus halus, masuk ke dalam usus besar untuk selanjutnya dikeluarkan dari tubuh melalui anus.

b. Penyerapan
Penyerapan atau absorpsi adalah suatu proses masuknya zat makanan ke dalam darah dan limpa melalui dinding usus halus. Seperti telah diterangkan sebelumnya, proses pencernaan diperlukan untuk menghasilkan molekul kecil yang mudah larut dalam air dan dapat diserap melalui dinding usus halus. Seperti telah di uraikan di atas bahan makanan yang mengandung protein akan diserap dalam bentuk asam amino, karbohidrat dalam bentuk monosakarida, sedangkan asam lemak pada waktu penyerapan mengalami proses sintesis ulang menjadi lemak yang kemudian masuk dalam aliran darah dan limpa. Dalam usus halus yang panjangnya 8 meter dan berlipat-lipat zat makanan disimpan selama 5-8 jam. Mekanisme penyerapan usus halus bersifat khas, sebagaian molekul dapat diserap dan lainnya tidak, dan kecepatannya dapat diatur untuk tiap macam molekul.
Molekul yang masuk ke dalam tubuh, yang diserap melalui dinding usus halus, selanjutnya mengalami salah satu dari dua macam reaksi metabolisme; reaksi katabolisme atau anabolisme.

c. Hubungan kabolisme karbohidrat, lemak dan Protein
Sekarang marilah kita mengamati katabolisme dengan lebih teliti. Penguraian enzimatik dari masing-masing nutrien penghasil energi utama pada sel (karbohidrat, lipid, dan protein) berlangsung secara bertahap melalui sejumlah reaksi enzimatik yang berurutan. Terdapat tiga tahap utama di dalam katabolisme aerobik, seperti diperlihatkan di dalam Gambar 1.18.

































Gambar 1.18. Ketiga tahap katabolisme dari nutrien utama penghasil energi. Pada tahap I ratusan protein dan berbagai jenis polisakarida dan lipid dipecahkan menjadi komponen unit pembangunnya, yang relatif hanya berjumlah sedikit. Pada tahap II, molekul unit pembangun selanjutnya diuraikan lagi menjadi suatu produk yang bersifat umum yaitu gugus asetil dari asetil-KoA. Akhirnya, pada tahap III, katabolisme mengarah kepada siklus asam sitrat dengan pembentukan hanya tiga produk akhir utama. Walaupun asam nukleat juga mengalami pengurai¬an secara bertahap, proses ini tidak diperlihatkan karena pemecahan ini tidak ter¬lalu banyak memberikan energi yang dibutuhkan oleh sel.
Pada tahap I, makromolekul sel dipecahkan menjadi unit-unit pembangun utamanya. Jadi, polisakarida dipecahkan menjadi heksosa atau pentosa; lipid dipecahkan menjadi asam lemak, gliserol, dan komponen lain; dan protein terhidrolisis menjadi ke-20 kompo¬nen asam aminonya.
Pada tahap katabolisme ke-II, berbagai produk yang terbentuk di dalam tahap I di¬kumpulkan dan diubah menjadi sejumlah (lebih kecil) molekul-molekul yang lebih seder¬hana. Jadi, heksosa, pentosa, dan gliserol dari tahap I diuraikan menjadi satu jenis senyawa antara 3-karbon: piruvat, yang lalu diubah menjadi satu jenis unit 2-karbon, yaitu gugus asetil dari asetil-koenzim A. Dengan cara yang sama, asam lemak dan kerangka karbon dari hampir semua asam amino juga dipecahkan membentuk gugus asetil dalam bentuk asetil¬KoA. Asetil-KoA, karenanya merupakan produk akhir yang bersifat umum dari tahap II katabolisme.
Pada tahap ke-III, gugus asetil dari asetil-KoA dibeaikan ke dalam siklus asam sitrat, yaitu, lintas akhir yang bersifat umum; yang dilalui oleh nutrien penghasil energi; di sini terjadi oksidasi nutrien, menghasilkan karbon dioksida. Air dan amonia (atau produk nitro¬gen lain) adalah produk akhir katabolisme lainnya. Penting dicatat bahwa, lintas katabolisme mengarah kepada siklus asam sitrat pada tahap III.
Selama katabolisme pada tahap I, puluhan atau bahkan ratusan protein-protein yang bermacam-macam tersebut diuraikan menjadi 20 asam amino; pada tahap II, ke-20 asam amino tersebut diuraikan, terutama menjadi asetil-KoA dan amonia (NH3); dan di dalam tahap III, gugus asetil dari asetil-KoA dioksidasi oleh siklus asam sitrat menjadi hanya dua produk, CO2 dan H20. Dengan cara yang sama, pada tahap I, sejumlah polisa¬karida dan disakarida yang bermacam-macam itu diuraikan menjadi gula-gula sederhana yang berjumlah lebih sedikit. Pada akhirnya, semuanya terubah menjadi asetil-KoA pada tahap II dan menjadi CO2 dan H2O pada tahap III. Lintas akhir katabolisme, karenanya, menyerupai sungai yang meluas, yang dialiri dari berbagai cabang anak sungai.





SEMOGA BERMANFAAT