ASPEK
KIMIA DALAM TUBUH
Senyawa kimia dalam jasad kehidupan
Biokimia adalah ilmu yang mempelajari mengenai berbagai molekul di
dalam sel hidup dan organisme hidup, termasuk juga reaksi kimia yang terjadi.
Secara lebih formal, Murray dkk. (2003) mendefinisikan biokimia sebagai “ilmu pengetahuan yang mempelajari dasar
kimia kehidupan”. Dalam hal ini, menurut Bahasa Yunani, bios berarti
kehidupan.
Sel sebagai pusat
perhatian dalam biokimia
Mengingat sel merupakan unit struktural kehidupan, maka biokimia memiliki
definisi fungsional yaitu ilmu pengetahuan yang mempelajari unsur-unsur kimia
pembentuk sel hidup dan dengan reaksi serta proses yang dijalaninya. Sebagai
contoh, dinding sel yang tersusun atas molekul-molekul fosfolipid, protein
serta karbohidrat. Contoh lainnya adalah di dalam sitoplasma sel terjadi
pemecahan molekul glukosa menjadi piruvat untuk menghasilkan energi. Yang lebih
khusus lagi, di dalam mitokondria terjadi reaksi-reaksi metabolik di antaranya
siklus Krebs, oksidasi asam lemak, oksidasi piruvat, metabolism asam-asam amino
serta masih banyak lagi. Pendeknya, berbagai peristiwa biokimiawi berhubungan
dengan sel. Oleh karena itu cakupan biokimia sangat luas meliputi biologi sel,
biologi molekuler serta genetika molekuler.
Unsur-unsur penyusun tubuh
Unsur-unsur utama penyusun tubuh adalah karbon (C), hidrogen (H),
oksigen (O) dan nitrogen (N). Selain itu masih terdapat beberapa unsur lain
yaitu: kalsium (Ca), fosfor (P), kalium (K), sulfur (S), natrium (Na), klor
(Cl), magnesium (Mg), besi (Fe), mangan (Mn) dan iodium (I). Rincian dari
unsur-unsur tersebut tercantum pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Perkiraan Komposisi Dasar Tubuh Manusia (Berdasarkan
Berat Kering)
No
|
Unsur
|
Persentase
|
No
|
Unsur
|
Persentase
|
1
2
3
4
5
6
7
|
Karbon
Oksigen
Hidrogen
Nitrogen
Kalsium
Fosfor
Kalium
|
50
20
10
8,5
4
2,5
1
|
8
9
10
11
12
13
14
|
Sulfur
Natrium
Klor
Magnesium
Besi
Mangan
Iodium
|
0,8
0,4
0,4
0,1
0,01
0,001
0,00005
|
Biomolekul-biomolekul
kompleks utama penyusun tubuh
Unsur-unsur penyusun tubuh sebagaimana disebutkan di atas banyak
yang membentuk molekul-molekul besar yang kompleks di dalam tubuh. Di antara
biomolekul-biomolekul kompleks tersebut yang merupakan biomolekul kompleks
utama adalah DNA, RNA, protein, polisakarida dan lipid. Biomolekul kompleks tersusun
atas molekul-molekul sederhana, seperti terinci pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Biomolekul-Biomolekul Utama di dalam Tubuh Manusia
No
|
Biomolekul
|
Molekul Pembangun
|
Fungsi Utama
|
1
2
3
4
5
|
DNA
RNA
Protein
Polisakarida berupa glikogen
Lipid
|
Deoksiribonukleotida
Ribonukleotida
Asam amino
Glukosa
Asam lemak
|
Materi genetik
Sintesis protein
Sangat banyak, umumnya menjadi bagian dari sel yang
melangsungkan kerja (enzim, unsur kontraktilitas dll.)
Simpanan energi jangka pendek
Sangat banyak, misalnya simpanan energi jangka panjang, komponen
membran sel dll.
|
Komponen utama penyusun
tubuh
Anda telah memahami mengenai unsur-unsur serta molekul-molekul
kompleks utama penyusun tubuh. Selanjutnya komponen-komponen utama penyusun
tubuh terdiri atas air, protein, lemak, mineral serta karbohidrat. Rincian
komponen tersebut tertera pada Tabel 1.3.
Tabel 1.3 Komposisi Kimiawi Normal (Pria dengan Berat Badan 65 kg)
No
|
Komponen
|
Berat (kg)
|
Persentase
|
1
2
3
4
5
|
Air
Protein
Lemak
Mineral
Karbohidrat
|
40
11
9
4
1
|
61,6
17,0
13,8
6,1
1,5
|
Ikatan kimia
Molekul di dalam tubuh baik yang sederhana sampai dengan yang
kompleks dapat terbentuk karena adanya ikatan kimia. Ikatan kimia digolongkan
menjadi 2 yaitu ikatan kovalen dan ikatan non kovalen. Selanjutnya ikatan non
kovalen terdiri atas ikatan ionik, ikatan hidrogen dan ikatan Van Der Waals.
1.
Ikatan kovalen
Ikatan kovalen adalah
ikatan yang terbentuk oleh valensi dari masing-masing atom. Anda dapat
mempelajari lagi tentang valensi dengan membaca buku-buku kimia umum, atau pelajaran
kimia di SMA. Contoh dari ikatan kovalen adalah CO2. Dalam hal ini
valensi C adalah 4 dan valensi O adalah 2.
Gambar 1.1
Ikatan kovalen antara
sebuah atom C yang bervalensi 4 dan empat buah atom H yang masing-masing
bervalensi 1 membentuk CH4 (metana)
Tugas:
Carilah valensi dari masing-masing unsur yang
terdapat pada Tabel 1.1. dilengkapi dengan mencantum sumber kepustakaan yang
digunakan. Kumpulkan kepada Dosen secara langsung atau lebih baik melalui
e-mail!
2.
Ikatan ionik
Ikatan ionik adalah
ikatan antara dua gugus dengan muatan berlawanan. Contohnya adalah ikatan
antara substrat dan enzim. Jarak optimal ikatan ini adalah 28 Angstrom.
Gugus bermuatan negatif pada substrat Gugus bermuatan positif pada
enzim
Gambar 1.2
Ikatan ionik antara
gugus karboksil bermuatan negatif pada substrat dan gugus amina bermuatan
positif pada enzim
3.
Ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen adalah
pengikatan satu atom hidrogen oleh dua atom lain yang berbeda. Ikatan ini dapat
dibentuk di antara molekul-molekul tidak bermuatan maupun molekul-molekul
bermuatan. Atom yang mengikat hidrogen lebih kuat disebut donor hidrogen sedang
lainnya dinamakan akseptor hidrogen.
Gambar 1.3
Ikatan hidrogen antar
molekul-molekul air (H2O). Perhatikan atom oksigen pada kutub
negatif berikatan dengan atom hidrogen pada kutub posif air.
4.
Ikatan Van Der Waals
Iakatan Van Der Waals
adalah daya tarik non spesifik, yang berperan pada saat dua atom berjarak 3-4
Angstrom.
Air
Air merupakan produk akhir utama dari metabolisme oksidatif
makanan. Dalam reaksi-reaksi metabolik, air berfungsi sebagai reaktan tetapi
juga sebagai produk. Air juga menjadi pelarut biologis yang ideal. Air sangat
mempengaruhi semua interaksi molekuler dalam sistem biologi. Air mempunyai 2
sifat penting secara biologis yaitu sifat polar dan sifat kohesif.
1.
Air merupakan molekul polar
Secara tiga dimensi, air merupakan molekul
tetrahedron tak beraturan dengan oksigen pada bagian pusatnya. Dua buah ikatan
dengan hidrogen diarahkan ke dua sudut tetrahedron, sementara elektron-elektron
yang tidak dipakai bersama pada kedua orbital terhibridasi sp3
menempati 2 sudut sisanya. Molekul air membentuk molekul bipolar (dua kutub).
Sisi oksigen yang berlawanan dengan dua atom hidrogen cenderung bermuatan
negatif karena mengandung lebih banyak elektron. Sedangkan disisi hidrogen
cenderung bermuatan negatif.
Gambar 1.1
Molekul air. Sisi
oksigen adalah kutub negatif dan sisi hidrogen adalah kutub positif.
2.
Air bersifat sangat kohesif
Molekul-molekul air yang
berdekatan memiliki afinitas yang tinggi satu sama lainnya. Daerah bermuatan
positif dan satu molekul air cenderung akan mengarahkan diri kepada daerah
bermuatan negatif pada salah satu molekul didekatnya. Air beku mempunyai struktur
kristal yang sangat teratur di mana seluruh ikatan hidrogen potensial memang
terbentuk. Air cair mempunyai struktur yang setengah teratur dengan
kelompok-kelompok molekul berikatan hidrogen yang secara terus menerus
terbentuk dan terpecah.
Gambar 1.2
Afinitas yang tinggi antar molekul air.
Air merupakan pelarut yang sangat baik bagi molekul-molekul polar.
Air sangat memperlemah iakatan ionik dan ikatan hidrogen antara molekul-molekul
polar dengan cara bersaing daya tarik. Perhatikan contoh pada Gambar 1.3.
Atom-atom hidrogen air mengantikan atom hidrogen amida (-NH) sebagai donor
ikatan hidrogen, dan atom oksigen air menggantikan atom oksigen karbonil (-CO)
sebagai akseptor. Maka ikatan hidrogen yang kuat antara –NH dan –CO terjadi
jika tidak ada air.
Gambar 1.3
Air bersaing dalam pembentukan hidrogen, sehingga menjadi pelarut
yang baik
Sintesis dan degradasi
Di dalam kehidupan, selalu terjadi peristiwa sintesis dan
degradasi komponen-komponen yang menyusunnya.
Sintesis
Sintesis adalah proses pembentukan suatu molekul yang lebih besar,
dari molekul-molekul yang lebih kecil. Sebagai contoh, protein adalah molekul
yang sangat besar. Protein ini disintesis dari asam-asam amino dengan mekanisme
yang sangat rumit.
Gambar 1.4
Sintesis protein di dalam ribosom sel.
Bulatan-bulatan yang berantai merupakan gambaran
sederhana dari asam-amino yang bersambungan dengan ikatan peptida membentuk
protein.
Contoh lainnya adalah DNA suatu rantai deoksiribonukleotida yang
sangat panjang. Setiap mata rantai merupakan satu unit deoksiribonukleotida.
Deoksiribonukleotida tersebut terbentuk oleh deoksiribonukleosida dan fosfat,
demikian seterusnya sampai dengan komponen yang lebih kecil.
Gambar 1.5
DNA merupakan rantai ganda dari deoksiribonukleotida (rantai biru
dan rantai merah). Masing-masing rantai tersusun atas mata rantai berupa
deoksiribonukleotida, yaitu unit yang terdiri atas deoksiribosa, basa nitrogen
(G, C, A auat T) dan fosfat.
Degradasi
Degradasi adalah pembongkaran molekul-molekul yang lebih besar
menjadi molekul-molekul yang lebih kecil. Contohnya adalah degradasi asam
amino. Asam-asam amino yang melebihi kebutuhan sintesis protein tidak dapat
disimpan dan tidak dapat diekskresikan. Kelebihan asam amino ini cenderung
digunakan bahan bakar. Gugus amino dibebaskan selanjutnya sebagian besar
menjadi urea, sedangkan rangka karbon diubah menjadi zat antara metabolisme
misalnya asetil KoA, asetoasetil KoA, piruvat dll.
Gambar 1.6
Asam amino arginin mengalami degradasi menjadi
urea dan ornitin. Selanjutnya urea diekskresikan melalui ginjal.
Referensi:
Murray RK, Granner DK,
Mayes PA, Rodwell VW, 2003, Biokimia
Harper, Edisi XXV,
Penerjemah Hartono Andry, Jakarta:
EGC
Stryer
L, 1996, Biokimia, Edisi IV, Penerjemah: Sadikin dkk (Tim Penerjemah
Bagian Biokimia FKUI), Jakarta: EGC
Tidak ada komentar:
Posting Komentar