Laporan Diskusi Kelompok - Biologi Molekuler Pemicu 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.       Pemicu

Sekelompok mahasiswa melakukan sebuah praktikum bersifat observatif terhadap komponen-komponen sel-sel pada jaringan pankreas. Ternyata sel tersebut terdiri atas molekul-molekul penyusun yang menunjang fungsi sel tersebut dan membandingkannya dengan benda mati.  Mahasiswa tersebut mengamati molekul penyusun membran sel, sitoplasma, inti sel serta kromosom. Pankreas sendiri menghasilkan enzim-enzim yang berguna untuk membantu pencernaan. Setelah melakukan praktikum,kelompok tersebut diwajibkan oleh pembimbingnya untuk membuat laporan tentang apa saja yang didapat dari praktikum mereka kali ini.

1.2.       Klarifikasi dan Definisi

1.      Inti Sel

Inti sel; badan sferoid di dalam sel, terdiri dari membrane inti yang tipis, organel, satu nucleoli atau lebih, kromatin, linin, dan nukleoplasma.

2.      Enzim

Protein yang mengkatalisis reaksi kimia substansi lain tanpa menjadi rusak atau berubah dalam melaksanakan reaksi ini.

3.      Kromosom

Suatu struktur dalam nucleus yang mengandung kromatin dan membawa informasi genetic untuk sel tersebut.

4.      Molekul

Jumlah terkecil suatu senyawa yang dapat berdiri sendiri

5.      Membrane Sel

Komponen sel terluar yang memisahkan sitoplasma dari lingkungan ekstraseluler.

6.      Pancreas

Kelenjar rasemosa besar dan memanjang yang terletak melintang di belakang lambung, di antara limpa dan duodenum.

1.3.       Kata Kunci

1.      Praktikum

2.      Jaringan pancreas

3.      Molekul penyusun

4.      Enzim

5.      Inti sel

6.      Sitoplasma

7.      Membrane Sel

8.      Kromosom

1.4.       Rumusan Masalah

Apa saja molekul penyusun komponen sel?

1.5.       Analisis Masalah         

Mahasiswa melakukan Praktikum Observatif

Jaringan Pankreas

Enzim

Komponen Sel

Inti Sel

Sitoplasma

Membran Sel

Kromosom

Molekul Penyusun

Karbohidrat

Protein

Lipid

Asam Nukleat

 

1.6.       Hipotesis

Terdapat empat molekul penyusun komponen sel yaitu karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat

1.7.       Pertanyaan Diskusi

1.      Apa saja molekul penyusun dari :

a.       Membrane sel

b.      Kromosom

c.       Inti Sel

d.      sitoplasma

2.      Apa saja klasifikasi dari :

a.       Karbohidrat

b.      Protein

c.       Lipid

d.      Asam Nuklet

3.      Bagaimana struktur dari :

a.       Karbohidrat

b.      Protein

c.       Lipid

d.      Asam Nukleat

4.      Apa fungsi dari :

a.       Karbohidrat

b.      Protein

c.       Lipid

d.      Asam Nuklet

5.      Bagaimana proses metabolisme dari :

a.       Karbohidrat

b.      Protein

c.       Lipid

d.      Asam Nukleat

6.      Apa yang terjadi jika salah satu molekul penyusun mengalami denaturasi?

7.      Bagaimana struktur dasar dari asam amino?

8.      Apa saja faktor yang mempengaruhi kerja enzim?

9.      Bagaimana fungsi dari enzim?

10.  Bagaimana klasifikasi enzim?

11.  Bagaimana mekanisme kerja enzim?

12.  Bagaimana sifat-sifat enzim?

13.  Enzim apa saja yang dihasilkan jaringan pancreas?

BAB II

PEMBAHASAN

2.1    Molekul Penyusun dari Komponen Sel

a.    Membran Sel

Molekul penyusun membran sel yaitu :

1)      Lipid

Struktur dasar membran adalah lapis-ganda lipidnyang dibentuk oleh dua lembaran fosfolipid dengan gugus-gugus kepala polar hidrofilik yang tersusun menjauhi stau sama lain dan terpajan dengan lingkungan air dinpermukaan luar serta dalam membran. Ekor nonpolar hidrofobik molekul ini saling berhadapan, ke arah bagian tengah membran. Lipid yang terkandung dalam membran sel berupa :

a)      Fosfolipid

Terdapat dua kelas fosofolipid utama yang terdapat di membran, yaitu :

Ø  Fosfogliserida yaitu fosfolipid terbanyak dan terdiri dari tulang punggung gliserol tempat melekatnya dua asam lemak dalam ikatan ester dan satu alkholo terfosforilasi. Konstituen asma lemak memiliki jumlah karbon genap, terutama mengandung 16 atau 18 karbon. Asam lemak ini tidak bercabang dan dapat jenuh atau tak-jenuh.

Ø  Sfingomielin mengandung tulang punggung sfingosin, yang mana suatu asam lemak melekat pada gugus asam amino sfingosin melalui ikatan amida yang membentuk seramid. Gugus hidroksil primer pada sfingosin mengalami esterifikasi menjadi fosforikolin.

2)      Glikosfingolipid

Glikosfingolipid adalah lipid yang mengandung gula dan dibentuk dari tulang punggung seramid, golongan ini mencakup galaktosil- dan glukosilseramid (serebrosida) dan gangliosida.

b)      Sterol

Sterol yang terbanyak ditemukan pada membran adalah kolesterol, yang terutama terletak di membran plasma sel mamalia, tetapi juga dapat ditemukan dalam jumlah yang lebih sedikit di membran mitokondria, kompleks golgi, dan nukleus. Kolesterol terselip di antara fosfolipid membran dengan gugus hidroksilnya pada permukaan yang menghadap lingkungan cair dan sisanya di dalam lapisan membran. Kolesterol memengaruhi fluiditas membran.

c)      Protein

Protein yang terkandung dalam membran yaitu :

·         Protein integral  merupakan jenis protein yang banyak terkandung didalam membran, yang berarti protein-protein ini berinteraksi secara luas dengan fosfolipid dan memerlukan detergen untuk melarutkannya. Protein integral menembus lapisan-ganda lipid. Protein integral biasanya globular dan amfipatik. Protein ini terdiri dari dua ujung hidrofilik yang dipisahkan oleh regio hidrofobik di bagian tengah dna menembus inti hidrofobik lapis-ganda. Protein integral juga terdistribusi secara asimetris menembus lapisan-ganda membran.

·         Protein perifer tidak berinteraksi langsung dengan inti hidrofobik fosfolipidb di dalam lapisan-ganda sehingga tidka memerlukan detergen untuk membebaskannya. Protein ini terikat secara lemah dengan bagian hidrofilik protein integral tertentu dan gugus kepala fosfolipid serta dapat dibebaskan dengan pemberian larutan garam dengan kekuatan ionik yang tinggi.

d)     Karbohidrat

Sekitar 5% berat membran adalah karbohidrat dalam glikoprotein dan glikolipid. Glikoforin merupakan suatu glikoprotein integral membran utama pada eritrosit manusia yang memiliki 130 residu asma amino dan menembus membran lipid, dengan segmen polipeptida yang terletak di luar lapisan eksternal dan internal (sitoplasmik).⁽¹⁾

b.   Kromosom

Setiap kromosom dikatakan terdiri atas sebuah molekul DNA yang sangat panjang. Molekul DNA terdiri atas dua rantai polinukleotida yang sangat berpilin ganda secara anti parallel. Setiap unit adalah sebuah polimer linear dari subunit nukleotida, masing-masing terdiri atas gugus fosfat, gula pentose dan sebuah basa organic. Basanya ada 4 jenis yaitu adenin, sitosin, guanine, dan timidin. Keempat basa ini terjulur kearah dan mengikat pada basa komplementer pada untai sebelah.Informasi genetic dalam molekul DNA tersandi dan terurut basa sepanjang rantai polinukleotida.⁽²⁾

c.    Inti Sel

Komponen-komponen penyusun nukleus, antara lain : selaput nucleus, RNA duta, RNA ribosom, RNA nukleolus, kromatin, DNA, protein, RNA.⁽³⁾

d.   Sitoplasma

Sitoplasma merupakan keseluruhan isi sel selain nukleus, dan dibungkus oleh membran sel. Sitoplasma mempunyai dua komponen, sitosol dan organel, struktur kecil yang mempunyai fungsi berbeda-beda dalam sistem kerja sel.

1)      Sitosol

Sitosol (cairan intraseluler) merupakan cairan dalam sitoplasma yang mengelilingi organel dan terdapat sekitar 55% di dalam sel. Dengan berbagai variasi dalam komposisis dan konsistensi dari salah satu bagian sel yang satu dan lainnya, sitosol terdiri atas sekitar 75-90% air ditambah dengan berbagai variasi komponen larut dan tidak larut. Komponen tersebut diantaranya adalah berbagai tipe dari ion, glukosa, asam amino, asam lemak, protein, lipid, ATP, dan produk-produk sisa. Selain itu, di dalam sel terdapat pula beberapa molekul organik yang berkumpul menjadi penyusun cadangan. Molekul yang berkumpul tersebut mungkin terlihat dan menghilang pada waktu yang berbeda dalam siklus hidup sel. Contohnya lipid droplets yang mengandung trigliserol, dan sekelompok molekul glikogen yang disebut glycogen granules. Sitosol merupakan tempat sejumlah reaksi kimia terjadi yang dibutuhkan untuk eksistensi sel. Sebagai contohnya, snzim-enzim di sitosol mengkatalis glikolisis, rangkaian 10 reaksi kimia yang memproduksi dua molekul ATP dari satu molekul glukosa.

2)      Organel

Organel adalah struktur khusus di dalam sel dengan bentuk yang unik; organel-organel ini mempunyai fungsi spesifik dalam pertumbuhan sel, pemeliharaan dan reproduksi. Masing-masing organel mempunyai enzim-enzimnya sendiri untuk menjalankan reaksi tertentu. Meskipun mempunyai fungsi yang berbeda, organel-organel tersebut seringkali bekerja sama untuk menjaga homeostasis.⁽⁴⁾

2.2    Karbohidrat

1.      Klasifikasi

a.       Monosakarida

Monosakarida adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Klasifikasi monosakarida berdasarkan jumlah atom karbon dan gugus yang dimilikinya yaitu aldehida atau keton.

Selain aldehida dan keton, alkohol polihidrat (alkohol gula atau poliol), dengan gugus aldehida atau keton yang telah direduksi menjadi gugus alkohol. Alkohol ini dibentuk melalui reduksi monosakarida dan digunakan dalam pembuatan makanan untuk menurunkan  berat badan dan untuk pasien diabetes.

b.      Disakarida

Disakarida merupakan produk kondensasi dua unit monosakarida. Disakarida adalah gula yang terdiri dari dua residu monosakarida yang dihubungkan oleh suatu ikatan glikosida. Beberapa disakarida yang penting yaitu :

c.      
Oligosakarida

Oligosakarida adalah produk kondensasi tiga sampai sepuluh unit monosakarida. Sebagian besar oligosakarida tidak dicerna oleh enzim dalam tubuh manusia. Contoh oligosakarida yaitu glikoprotein dan glikolipid.

d.      Polisakarida

Polisakarida adalah produk kondensasi lebih dari sepuluh unit monosakarida,  contohnya pati dan dekstrin yang merupakan polimer linier atau bercabang.

·         Pati adalah suatu homopolimer glukosa yang membentuk rantai α-glukosida, yang disebut glukosan atau glukan. Pati adalah sumber utama karbohidrat dalam makanan, yaitu sereal, kentang, kacang-kacangan, dan sayuran lain. Dua konstituen utamanya adalah amilosa (13-20%) yang memiliki struktur heliks tidak-bercabang dan amilopektin (80-85%) yang terdiri dari rantai-rantai bercabang yang dibentuk oleh 24-30 residu glukosa yang disatukan oleh ikatan α1→4 di rantai dan oleh ikatan α1→6 di titik percabangan.

·         Glikogen adalah simpanan polisakarida pada hewan dan kadang-kadang disebut pati hewan. Glikogen adalah struktur yang lebih bercabang dibandingkan amilopektin, dan rantainya terdiri dari 12-14 residu α-D-glukopiranosa (dalam ikatan glukosida α1→4) dengan percabangan melalui ikatan glukosida α1→6

·         Selulosa adalah konstituen utama dinding sel tumbuhan. Senyawa ini tidak larut dan terdiri dari unit-unit β-D-glukopiranosa yang disatukan oleh ikatan β1→4 membentuk rantai lurus paniang yang diperkuat oleh ikatan-silang hidrogen' Mamalia tidak memiliki enzim yang menghidrolisis ikatan β1→4 sehingga tidak dapat mencerna selulosa. Selulosa adalah sumber utama " bulh" dalam diet, dan komponen utama serat dalam diet. Mikroorganisme dalam usus hewan pemamah biak dan herbivora lain dapat menghidrolisis ikatan B dan memfermentasikan produk meniadi asam lemak rantai-pendek sebagai sumber energi utama. Di kolon rnanusia, metabolisme selulosa oleh bakteri juga terjadi.⁽¹⁾

2.    Struktur

a.       Monosakarida

Struktur monosakarida secara umum ada tiga yaitu :

1)      Struktur rantai-lurus

Contohnya aldoheksosa

2)      Struktur siklik

Struktur siklik berupa hemiasetalo yang dibentuk oleh reaksi antara gugus aldehida dan gugus hidroksil lebih termodinamis I. Struktur siklik yang biasa digambar yaitu proyeksi Haworth, merupakan molekul dilihat dari samping dan atas bidang cincin, ikatan-ikatan yang terletak paling dekat dengan pengamat digambar lebih tebal dan gela, dan gugus hidroksil terletak di atas atau bawah bidang cincin.

3)      Struktur α-separuh-glukosa

Struktur α-separuh-glukosa merupakan cincin segi enam yang mengandung satu atom oksigen dan berbentuk seperti kursi

Tipe-tipe isomer pada monosakarida yaitu :

1)      Isomerase D dan L

Monosakarida D dan L bergantung pada konfigurasi karbon asimetrik yang terletak paling jauh dari gugus karbonil (gugus aldehida atau keton). Orientasi gugus –H dan –OH pada atom karbon yang terdekat dengan karbon alkohol primer terminal (karbon ke-5 pada glukosa) menentukan apakah gula termasuk konfigurasi D atau L.

Ketika gugus –OH pada atom karbon ini terletak di kanan, gulanya adalah isomer D. Sedangkan jika terletak di kiri, gulanya adalah isomer L. Sebagian besar monosakarida yang terdapat di mamalia adalah gula D.

2)      Struktur cincin piranosa dan furanosa

Struktur cincin monosakarida menyerupai struktur cincin piran (cincin segienam) atau furan (cincin segilima). Untuk larutan glukosa, lebih dari 99% berada dalam bentuk piranosa.

3)      Anomer alfa dan beta

Apabila gula digambarkan dengan cincin terletak di bidang kertas, gugus hidroksil yang terikat secara kovalen ke karbon anomerik terletak dalam posisi α apabila gugus tersebut terletak di bawah bidang cincin. Pada posisi β, gugus hidroksil ini terletak di atas bidang cincin

4)      Epimer

Epimer adalah stereoisomer yang berbeda dalam letak gugus hidroksil hanya pada satu karbon asimetriknya. Biasanya pada atom karbon 2, 3, dan 4.  D-Glukosa dan D-Galaktosa adalah epimer, yang berbeda hanya pada posisi 4.

5)      Isomerase aldosa-ketosa

Monosakarida aldosa merupakan gula yang mengandung gugus aldehid, sedangkan ketosa merupakan gula yang mengandung gugus keton.

b.      Disakarida

Struktur disakarida umumnya berbentuk α dan β. Maltosa terdiri dari 2 unit glukosa yang disatukan α(1 4). Laktosa terdapat penyatuan sebuah galaktosa dan sebuah glukosa noleh β(1→4). Dan sukrosa, glukosa dan fruktosa disatukan α(1→2) melalui karbon anomeriknya.

 

c.       Polisakarida

Struktur polisakarida pada pati yang berupa amilosa memperlihatkan struktur kumparan heliks dan pada amilopektin memperlihatkan titik percabangan 1→b.⁽¹⁾

3.    Fungsi

a.       Sebagai sumber energi utama bagi tubuh

b.      Penting untuk metabolisme lemak normal karena jika karbohidrat kurang maka lemak akan digunakan sebagai sumber energi.

c.       Penting dalam mempertahankan integritas fungsi sel saraf sebagai sumber energi otak.

d.      Selulosa (karbohidrat yang tidak dicerna) membantu dalam eleminasi yang normal karena merangsang gerak peristaltik saluran pencernaan

e.       Memberikan suplai protein, mineral dan vitamin B dalam jumlah yang bermakna.

f.       Pada hati, glucorinic acid mempunyai fungsi penting dalam pengikatan racun kimia dan bakteri.

g.      Sisa laktosa dalam usus lebih lama dari disakarida, sehingga memepermudah pertumbuhan bakteri yang menguntungkan. Laktosa ini berfungsi sebagai laksatif serta sintesis vitamin B kompleks dan vitamin K.⁽⁵⁾

4.    Metabolisme

Proses pencernaan mengubah karbohidrat makanan menjadi monosakrida melalui hidrolisis ikatan glikosidat antara gula-gula. Enzim utama yang berperan adalah amilase-alpha pancreas dan saliva dan kompleks disakaridase semispesifik di membrane brush-border pada sel mukosa usus. Pada bayi manusia, aktivitas disakaridase lactase mukosa tinggi, tetapi aktivitas ini menurun selama masa anak-anak pada semua kelompok populasi kecuali orang Eropa Utara. Serat dalam makanan, yang terutama terdiri dari polisakarida, tidak dapat dicerna oleh enzim saluran cerna manusia. Beberapa jenis serat mungkin memiliki efek yang menguntungkan.

Glukosa, galaktosa, dan fruktosa yang terbentuk oleh enzim pencernaan dipindahkan ke dalam sel epitel absorptif pada usus halus melalui transport aktif dependen-Na⁺ dan difusi fasilitasi. Transpor fasilitasi monosakarida tersebut diperantarai oleh sekelompok protein transport glukosa (glucose transport protein, GLUT). Monosakarida masuk ke dalam kapiler jaringan pembuluh splanknik, mengalir ke hati dan jaringan perifer, dan dipindahkan masuk ke dalam sel melalui salah satu dari berbagai transporter glukosa spesifik-jaringan. Jenis transporter yang ditemukan di masing-masing jaringan mencerminkan peran metabolism glukosa pada jaringan yang bersamgkutan.

Walaupun di sebagian besar jaringan glikolisis terutama berfungsi menghasilkan ATP, namun di hati jalur ini memiliki fungsi tambahan yang berubah sesuai keadaan fisiologis. Setelah makan, glikolisis menghasilkan karbon untuk sintesis asam lemak di hati dan untuk pembentukan gliserol 3-fosfat, yang bergabung dengan asam lemak untuk membentuk triasilgliserol yang disekresikan dalam VLDL. Selama puasa, banyak reaksi dalam proses glikolisis berbalik sewaktu hati menghasilkan glukosa untuk mempertahankan kadar glukosa darah. Proses pembentukan glukosa ini disebut glukoneogenesis.

Glukoneogenesis, yang terutama terjadi di hati, adalah jalur untuk membentuk glukosa dari senyawa bukan karohidrat. Pada manusia, precursor glukosa yang utama adalah laktat, gliserol, dan asam amino, terutama alanin. Kecuali tiga urutan kunci, reaksi dalam glukoneogenesis merupakan kebalikan dari langkah pada glikolisis. Urutan glukoneogenesis yang tidak menggunakan enzim adalah perubahan piruvat menjadi fosfoenolpiruvat, fruktosa 1,6-bifosfat menjadi fruktosa 6-fosfat, dan glukosa 6-fosfat menjadi glukosa. Yang mana langkah-langkah ini memerlukan enzim pengatur.⁽¹⁾

2.3    Protein

1.    Klasifikasi

Klasifikasi protein tidak terperinci sama halnya dengan klasifikasi karbohidrat atau lipida, karena jumlahnya yang banyak dan susunannya yang unik serta sifatnya yang beragam. Tetapi pada dasarnya protein dapat diklasifikasikan berdasarkan atas bentuk molekul, komponen penyusun tingkat degradasi dan fungsi biologisnya.

Berdasarkan bentuk molekul, protein dibedakan atas protein globular dan fibrosa.

Protein globular mempunyai bentuk bulat atau hampir bulat,  dengan  perbandingan memoros kurang dari 10. Rantai polipeptidanya melipat dengan sangat kompak sehingga sedikit sekali atau tidak ada rongga interior yang tersedia untuk molekul air. Umunya protein globular mudah membentuk Kristal dan bobot molekulnya relative mudah ditentukan, protein globural larut dalam air dan larutan garam.

Protein fibrosa bentuk molekulnya seperti serat atau serabut. Rantai  polipeptidanya tidak membentuk bulatan atau elips, tetapi memanjang dan banyak rantai yang saling berkaitan dalam berkas parallel bersilangan. Protein fibrosa banyak berperan sebagai protein pembangun.

Berdasarkan komponen penyusun, protein dibedakan atas protein sederhana dan protein majemuk.

Protein sederhana hanya tersusun atas asam alfa-amino  sehingga pada  hidrolisisnya secara sempurna hanya akan menghasilkan asam alfa-amino penyusunnya saja.

Protein majemuk, tersusun atas protein sederhana dan zat non-protein  lainnya.  Zat  non-protein inidisebut radikal prostetik.Berdasarkan radikal protetiknya protein majemuk dibedakan atas glikoprotein (terdapat dalam jaringan dan membrane sel),  kromoprotein (contohnya hemoglobin, enzim katalase dan peroksidase,  flavor protein dan kloropas daun), hipoprotein. Nucleoprotein dan fosfoprotein.⁽²⁾

2.    Struktur

Protein adalah makromolekul yang mengandung karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Beberapa protein juga mengandung sulfur di dalamnya (Tortora, 2009). Protein dapat digambarkan sebagai polimer-biologis tiga-dimensi yang dibangun dari kumpulan 20 jenis monomer yang berbeda yang disebut asam amino (Campbell, 2012). Setiap 20 asam amino yang berbeda mempunyai satu atom hidrogen (H) dan tiga gugus fungsi penting yang berikatan dengan atom karbon pusat.

 

Protein secara general biasanya dikelompokkan dalam kelompok struktural protein globular, protein fibrosa, protein transmembran dan DNA-binding potein. Protein globular umumnya larut dalam medium air dan terlihat seperti berpilin dan terlipat secara padat dan tidak beraturan. Protein fibrosa tersusun linear pada satu sumbu dan mempunyai unit yang berulang.  Protein transmembran mempunyai satu atau lebih region yang dapat melewati membran lemak. Sedangkan DNA-binding protein biasanya diklasifikasikan secara terpisah.

   

Fig. 1.b.2. general shapes of proteins

Image copyright by Marks Basic Medical Biochemistry A Clinical Approach 2nd Edition

Struktur dari protein-protein tersebut dapat dibedakan sesuai tingkatannya menjadi struktur protein primer, sekunder, tersier, dan kuartener. Struktur primer tersusun oleh asam amino yang berikatan melalui ikatan peptida membentuk polipeptida. Struktur sekunder menyerupai struktur yang berulang yang terbentuk di region kecil dalam untai polipeptida. Struktur tersier merupakan konformasi tiga-dimensi protein keseluruhan. Struktur kuartener membentuk asosiasi subunit-subunit polipeptida dengan pola geometri spesifik.

 

Fig. 1.b.3. Levels of structure in protein.

Image copyright by Marks Basic Medical Biochemistry A Clinical Approach 2nd Edition.

a.       Struktur primer

Struktur primer rantai polipeptida sebuah protein merupakan urutan penyatuan asam-asam amino. Susunan ini mencakup lokasi setiap ikan disulfida. Tidak terjadi percabangan rantai pada tingkat protein struktur primer.

Fig. 1.b.4 primary structure of proteins

Tortora GJ, Derrickson B. Principles of anatomy and physiology. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; 2009.

b.      Struktur sekunder

Sebagian besar protein memiliki segmen-segmen dalam rantai polipeptidanya yang terlilit dan terlipat secara berulang dalam pola yang membentuk protein secara keseluruhan. Lilitan lipatan secara keseluruhan inilah yang disebut sebagai struktur sekunder. Dua buah struktur sekunder yang sama disebut heliks-α, sedangkan lembar-β merupakan hasil dari ikatan-ikatan hidrogen pada interval beraturan di sepanjang tulang belakang polipeptida.

1)      α-heliks

Struktur α-heliks pada umumnya merupakan struktur sekunder protein dari protein globular, membran-spanning domain, dan DNA-binding proteins. Struktur ini mempunyai konformasi rigid yang stabil yang memperkuat ikatan hidrogen saat tetap mempertahankan pola rotasinya dalam rantai polipeptida. Tulang belakang peptida di α-heliks terbentuk dari ikatan hidrogen yang sangat kuat.

Pada suatu heliks-α terbentuk ikatan hidrogen antara masing-masing atom oksigen karbonil pada sebuah ikatan peptida dengan hidrogen yang melekat ke atom nitrogen amida pada suatu ikatan peptida 4 residu asam amino di sepanjang rantai polipeptida. Dengan begitu terbentuk struktur kumparan (ulir) reguler di mana masing-masing ikatan peptida dihubungkan oleh ikatan hidrogen ke ikatan peptida 4 residu asam amino di depannya dan 4 asam amino di belakangnya dalam urutan primer.

Rantai sisi residu asam amino pada heliks-α mengarah ke luar dari sumbu sentral. Rantai sisi yang berukuran besar atau rantai sisi dengan muatan yang saling tolak-menolak dapat mencegah terbentuknya heliks-α. Residu prolin menghambat struktur heliks-α pada protein karena residu prolin menimbulkan hambatan geometrik akibat adanya struktur cincin dan karena pada ikatan peptida, nitrogen tidak mengandung atom hidrogen yang diperlukan untuk membentuk ikatan hidrogen.    

2)      Lembar-β

Berbeda dengan kumparan heliks-α, lembar-β terbentuk melalui ikatan hidrogen antara daerah linear rantai polipeptida. Ikatan ini terjadi karena antara oksigen karbonil dari satu ikatan peptida dan nitrogen dari ikatan peptida lainnya.

 

Ikatan hidrogen dapat terbentuk antara dua rantai polipeptida yang terpisah atau antara dua daerah dari sebuah rantai tunggal yang melipat sendiri. Pelipatan ini sering melibatkan 4 struktur asam amino yang dikenal sebagai belokan (β-turn). Rantai atau bagian rantai yang berinteraksi satu sama lain dapat bersifat sejajar atau anti-sejajar (antiparalel).

 

Fig. 1.b.7. β-turn

Image copyright by Marks Basic Medical Biochemistry A Clinical Approach 2nd Edition.

3)      Struktur supersekunder

Pada sejumlah protein terbentuk kombinasi struktur sekunder tertentu, membentuk struktur supersekunder. Kombinasi tersebut termasuk heliks-belok-heliks, unit β-α-β, risleting leusin (leuchine zipper), dan jari seng (zing finger). Unit struktural tertentu dalam struktur tersier suatu protein (yang dikenal sebagai ranah domain), terdiri dari berbagai kombinasi struktur α dan β dan urutan lengkungan yang lebih acak yang menyatukan urutan-urutan tersebut.

c.       Strukur tersier

Istilah "struktur tersier" merujuk pada konformasi tiga-dimensi keseluruhan suatu polipeptida. Dalam ruang tigadimensi, struktur ini menunjukkan bagaimana gambaran struktur sekunder-heliks, lembaran, tekukan, belokan, dan gelungan-tersusun membentuk domain dan bagaimana domain-domain ini berhubungan satu sama lain dalam ruang. Domain adalah suatu bagian dari struktur protein yang mampu melakukan tugas kimia atau fisika tertentu, misalnya mengikat substrat atau ligan lain. Domain lain dapat berfungsi menghubungkan protein dengan membran atau berinteraksi dengan molekul regulatorik yang memodulasi fungsi protein tersebut.

 

Fig. 1.b.8 G-Actin. ATP binds in the center of the cleft. The two domains that

Form he cleft are further subdivided into subdomains 1–4

(From Kabsch W, Holmes KC. The actin fold. FASEB J 1995:9:167–174.)

d.      Struktur kuartener

Struktur kuartener adalah struktur tiga-dimensi suatu protein yang terdiri dari subunit. Subunit tersebut disatukan oleh jenis interaksi nonkovalen yang sama yang berperan dalam struktur tersier, yaitu interaksi elektrostatik dan hidrofobik serta ikatan hidrogen. Pada hemoglobin, subunit yang ada serupa. Keempatnya mengandung heme dan mengikat oksigen. Namun, kompleks piruvat dehidrogenase memiliki beberapa jenis subunit yang berbeda. Kompleks ini mengandung sejumlah besar protein yang mencakup enzim yang mengkatalisis reaksi keseluruhan, memperbaharui kofaktor, dan mengatur aktivitas.

 

Fig. 1.b.9. Myoglobin and hemoglobin. (From Frescht A. Structure and Mechanism in Protein Science. New York: WH Freeman and Company, 1999).

Mioglobin dan hemoglobin, protein pertama pengikat oksigen adalah protein pertama yang strukturnya dipastikan secara rinci.⁽⁶⁾

3.    Fungsi

Protein mempunyai bermacam-macam fungsi bagi tubuh, yaitu sebagai enzim, zat pengatur pergerakan, pertahanan tubuh, alat pengangkut.

a.       Sebagai enzim

Hampir semua reaksi biologis dipercepatatan dibantu oleh suatu senyawa makromolekul spesifik yang disebut enzim; dari reaksi yang sangat sederhana seperti reaksi transportasi karbondioksida sampai yang sangat rumit seperti reaksi kromoson.

Hampir semua enzim menunjukan daya kualitik yang luar biasa, dan biasanya dapat mempercepat reaksi sampai beberapa juta kali. Sampai kini lebih dari seribu enzim telah dapat diketahui sifat-sifatnya dan jumlah tersebut terus bertambah.Protein besar peranannya terhadap perubahan-perubahan kimia dalam system biologis.

b.      Alat pengangkut dan alat penyimpan

Banyak molekul dengan Berat molekul serta beberapa ion dapat diangkut atau dipindahkan oleh protein-protein tertentu.Misalnya hemoglobin mengankut oksigen dalam eritosit, sedang mioglobin mengankut oksigwn dalam otot.Ion besi diangkut dalam plasma darah oleh transferin dan disimpan dalam hati sebagai kompleks dengan feritin, suatu protein yang berbeda dengan transferin.

c.       Pengatur pergerakan

Protein merupakan komponen utama daging; gerakan otot terjadi karena adanya dua molekul protein yang saling bergeseran.Pergerakan flagella sperma disebabkan oleh protein.

d.      Penunjang mekanis

Kekuatan dan daya tahan robek kulit dan tulang disebabkan adanya kolagen, suatu protein berbentuk bulat panjang dan mudah membentuk serabut.

e.       Pertahanan tubuh/Imunisasi

Pertahanan tubuh biasanya dalam bentuk antibody, yaitu suatu protein khusus yang dapat mengenal dan menempel atau mengikat benda-benda asing yang masuk kedalam tubuh seperti virus, bakteri, dan sel-sel asing lain. Protein dapat membedakan benda-benda yang menjadi anggota tubuh dengan benda-benda asing.⁽⁷⁾

4.    Metabolisme

Tubuh dapat mensintesis 100.000 sampai 140.000 protein yang berbeda dalam berbagai bentuk fungsi dan struktur yang terdiri dari susunan kombinasi 20 asam amino. Dalam kondisi normal, protein sel secara terus menerus mengalami recycle di dalam sitosol. Ikatan peptide akan dipecah dan asam amino bebas akan digunakan kembali untuk membuat protein baru. Jika sumber energy lainnya tidak mencukupi mitokondria akan membuat ATP dengan cara memecah asam amino di dalam TCA.

2.4    Lipid

1.    Klasifikasi

Klasifikasi lipid berikut ini merupakan hasil modifikasi klasifikasi Bloor:

a.       Lipid sederhana: ester asam lemak dengan berbagai alkohol

1)        Lemak: ester asam lemak dengan gliserol. Lemak yang berada dalam keadaan cair dikenal sebagai minyak

2)        Malam: ester asam lemak dengan alkohol monohidrat berbobot molekul lebih tinggi.

b.      Lipid Kompleks: ester asam lemakyang mengandung gugus-gugus lain disamping alkohol dan lemak

1)        Fosfolipid: kelompok lipid yang mengandung asam lemak dan alkohol, juga mengandung residu asam fosfat. Lipid ini sering mempunyai basa yang mengandung nitrogen dan dubtituen lain, misal, pada pada gliserofosfolipid, alkohol yang dimilikinya adalah adalah gliserol dan alkohol pada sfingofosfolipid adalah sfingosin.

2)        Glikolipid: kelompok lipid yang mengandung asam lemak, sfingosin, dan karbohidrat

3)        Lipid kompleks lain: lipid seperti sulfolipid dan aminolipid. Lipoprotein juga dapat dimasekan ke dalam kategori ini.

c.       Prekursor dan derivat lipid: kelompok ini mencakup asam lemak, gliserol, steroid, steroid, senyawa alkohol selain gliserol serta sterol, aldehid lemak dan badan keton, hidrokarbon, vitamin larut lemak, serta berbagai hormon.⁽⁸⁾

Klasifikasi menurut Lehninger

a.       Lipid komplek (yang bisa mengalami saponifikasi) contoh : trigliserida

b.      Lipid sederhana (yang tidak bisa mengalami saponifikasi karena tidak  mengandung gliserol). Contoh : terpen, steroid, prostaglandin dll.⁽⁹⁾

2.    Struktur

a.       Asam lemak

Asam lemak dibentuk apabila terjadi kelebihan kalori dalam makanan. Sumber karbon utama untuk pembentukan asam lemak adalah karbohidrat makanan. Kelebihan kalori dari protein makanan juga dapat mendorong pembentukan asam lemak. Dalam hal ini, sumber karbonnya adalah asam amino yang dapat diubah menjadi asetil KoAatau aneka zat-antara dalam siklus asam trikarboksilat (ATK). Pada manusia, pembentukan asam lemak terutama terjadi di hati, walaupun juga dapat berlangsung di jaringan adiposa.

Asam lemak yang terdapat dalam lemak alami biasanya adalah turunan rantai-lurus yang mengandung atom karbon berjumlah genap. Rantai tersebut dapat jenuh (tidak mengandung ikatan rangkap) atau tidak jenuh (mengandung satu atau lebih ikatan rangkap) (Gambar 5.11).⁽¹⁰⁾

b.      Fosfolipid

Sel tidak dapat hidup tanpa salah satu tipe lipid yaitu fosfolipid. Fosfolipid bersifat esensial bagi sel karena merupakan komponen membran sel. Struktur fosfolipid merupakan contoh klasik bagaimana bentuk sesuai dengan fungsi pada tingkat molecular. Seperti yang ditunjukkan pada peraga 5.13, fosfolipid mirip dengan molekul lemak namun hanya memiliki dua asam lemak yang melekat ke gliserol, bukan tiga. Gugus hidroksil ketiga pada gliserol bergabung dengan suatu gugus fosfat, yang memiliki muatan listrik negative. Molekul-molekul kecil tambahan, yang biasanya bermuatan atau polar, bias ditautkan ke gugus fosfat untuk membentuk berbagai macam fosfolipid.

Kedua ujung fosfolipid menunjukkan perilaku yang berbeda terhadap air. Ekor hidrokarbon bersifat hidrofobik dan dijauhkan dari air. Akan tetapi, gugus fosfat dan molekul yang melekat pada gugus ini membentuk kepala hidrofilik yang memiliki afinitas terhadap air. Ketika ditambahkanke air, fosfolipid menyusun diri membentuk agregat berlapis dua/lapisan ganda(bilayer). Yang mana lapisan ini bertujuan untukmelindungi bagian hidrofobiknya dari air.

Pada permukaan sel, fosfolipid tersusun dalam lapisan-lapisan yang serupa. Kepala hidrofilik molekul ini terletak di luar lapisan-ganda, bersentuhan dengan larutan berpelarut air (equeous solution) di dalam dan di luar sel. Ekor yang hidrofobik mengarah  ke interior lapisan-ganda, menjauhi air. Lapisan-ganda fosfolipid membentuk perbatasan antara sel dan lingkungan sekitarnya; faktanya, sel tidak mungkin ada tanpa fosfolipid.

c.       Steroid

Steroid adalah lipid yang ditandai dengan suatu kerangka karbon yang terdiri atas empat cincin yang menyatu(peraga 5.15). Steroid yang berbeda memiliki gugus kimia yang bervariasi dalam gugus fungsional yang terikat dengan kumpulan cincin ini. Salah satu steroid, yaitu kolestrol, merupakan komponen umum membran sel hewan dan juga merupakan precursor (senyawa pendahulu) yang mana dari precursor ini steroid lain yang akan disintesis. Banyak hormone, termasuk hormone seks vertebrata, merupakan steroid yang dihasilkan dari kolestrol. Dengan demikian, kolestrol merupakan molekul penting dalam tubuh hewan, meskipun dalam konstenrasi tinggi dalam darah akan menyebabkan aterosklerosis. Selain itu lemak jenuh dan lemak trans juga dapat mempengaruhi kesehatan dengan cara mempengaruhi kadar kolesterol.⁽³⁾

3.    Fungsi

a.       Lemak di adipose berfungsi sebagai isulator panas di jaringan subkutan dan disekitar organ tertentu.

b.      Sebagai insulator listrik dan memungkinkan penjalaran gelombang depolarisasi di sepanjang saraf bermielin.

c.       Kombinasi lipid dan protein (lipoprotein) di membran sel berfungsi sebagai pengangkut lipid dalam darah.⁽¹⁾

4.   
Metabolisme

Struktur lipid

Image copyright by Tortora GJ, Derrickson B. Principles of anatomy and physiology. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; 2009.

e.       Transport Lipid Oleh Lipoprotein

Kebanyakan lipid, contohnya triglycerides, bersifat non-polar dan bersifat sangat hidrofobik dan tidak dapat larut dalam air. Agar bisa larut dalam aliran darah, beberapa  mokekul harus dikombinasikan dengan protein yang diproduksi oleh hati dan usus. Kombinasi dari lipid dan protein tersebut dikenal sebagai lipoprotein, partikel spiral dengan bagian luar adalah protein, fosfolipid, dan molekul kolesterol yang menyelubungi bagian dalam yang terdiri atas trigliserol dan lipid lainnya.

Lipoprotein

Image copyright by Tortora GJ, Derrickson B. Principles of anatomy and physiology. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; 2009.

Protein yang berada di bagian luar disebut spoprotein (apo). Untuk membantu lipoprotein agar lebih larut di cairan tubuh, setiap apoprotein memiliki fungsi yang spesifik.

Chylomicrons, yang dibentuk di epitel membran selaput lendir sel di usus kecil, mentranspor makanan yang berbentuk lipid ke jaringan adiposa sebagai cadangan. Terdiri atas 1-2% protein, 85% trigliserol, 7% fosfolipid, dan 6-7% kolesterol, ditambah dengan sedikit vitamin larut air.  Chylomicrons memasuki daerah lacteals dari villi usus dan dibawa oleh getah bening ke dalam sirkulasi. Hal ini membuat plasma darah tampak berwarna seperti susu, namun hanya bertahan di darah selama beberapa menit. Saat chylomicrons bersirkulasi melalui kapiler jaringan adiposa, salah satu appoprotein, apo C-2, mengaktifkan endothelial lipoprotein lipase, yaitu enzim yang menghilangkan asam lemak dari trigliserol chylomicrons. Ketiga asam lemak tersebut kemudian dibawa oleh sdiposit untuk sintesis dan disimpan sebagai trigliserol dan oleh sel otot diproduksi sebagai ATP. Hepatosis melepaskan sisa-sisa chylomicrons dari darah dengan reseptor mediasi endositosis.

f.       Katabolisme Lipid

Untuk mengubah trigliserol menjadi ATP, trigliserol tersebut terlebih dahulu harus  dipisahkan menjadi gliserol dan asam lemak. Proses ini disebut dengan lipolysis. Hal ini dilakukan agar otot, hati, dan jaringan adiposa dapat mengoksidasi asam lemak. Lipolisis dikatalis oleh enzim lipase. Epinephrine dan non-epinephrine membantu pemisahan gliserol dan asam lemak pada trigliserol. Hormon tersebut dilepaskan saat kerja otot simpatik meningkst, contohnya saat berolahraga. Hormon lipolisis lainnya termasuk cortisol, hormon tiroid, dan insulinelikr growth factors.

 

Jalur metabolisme lipid

Gliserol dan asam lemak yang dihasilkan pada proses lipolisis dikatabolis dengan jalur berbeda. Gliserol dikonversi oleh sel-sel tubuh menjadi gliseroldehid-3-fosfat, salah satu senyawa juga dibentuk selama katabolisme glukosa. Jika suplai ATP di dalam sebuah sel tinggi, gliseroldehid-3-fosfat dikonversi menjadi glukosa, salah satu contoh dari glukoneogenesis. Apabila suplai ATP di dalam sel rendah, gliseroldehid-3-fosfat memasuki jalur katabolisme menjadi asam piruvat. Asam lemak dikatabolis berbeda dengan gliserol dan mengahasilkan lebih banyak ATP. Tahap pertama dalam katabolisme asam lemak disebut dengan oksidasi beta, terjadi di matriks mitokondria. Enzim menghilangkan dua atom karbon pada saat yang bersamaan dari rantai panjang karbon yang membentuk asam lemak dan mengikatkan  hasil fragmen dua karbon ke koenzim-A, membentuk asetil-CoA. Kemudian, CoA memasuki siklus krebs.

 

Sebagai bagian dari katabolisme normal asam lemak, hepatosit dapat mengambil dua molekul asetil-CoA pada saat yang bersamaan, dan memadatkannya menjadi acetoacetic acid. Reaksi ini melepaskan banyak CoA yang tidak dapat berdifusi di luar sel. Beberapa acetoacetic acid dikonversikan menjadi beta-hydroxybutyric acid dan acetone. Formasi dari ketiga substasi, secara kolektif merupakan badan keton, ini dikenal dengan ketogenesis. Karena badan keton berdifusi secara bebas melalui membran plasma, badan keton meninggalkan hepatosit dan memasuki aliran darah.

Sel lain mengambil acetoacetic acid dxan mengikat keempat atom karbonnya ke dua molekul koenzim-A untuk membentuk dua molekul asetil-CoA, yang kemudian dapat masuk ke dalam siklus krebs untuk oksidasi.

g.      Anabolisme Lipid

Sel hati dan sel adiposa dapat mensintesis lipis dari glukosa atau asam amino melalui lipogenesis, yang mana disimulasikan oleh insulin. Lipogenesis terjadi saat seseorang mengonsumsi lebih banyak kalori dibandingkan yang dibutuhkannya untuk memproduksi ATP. Kelebihan  karbohidrat, protein, dan lemak akan sama-sama dikonversi men jadi trigliserol. Asam amino tertentu dapat melalui beberapa reaksi berikut: asam amino→ asetil-CoA→ asam lemak→ trigliserol. Penggunaan glukosa untuk membentuk lipid dapat dilakukan dalam dua jalur: (1) glukosa→gliseroldehid-3-fosfat→gliserol, dan (2) glukosa→ gliseroldehid-3-fosfat→asetil-CoA→asam lemak. Hasil akhir berupa gliserol dan asam lemak dapat menjalani reaksi anabolik untuk menjadi cadangan trigliserol, atau dapat pula melalui rangkaian reaksi anabolik untuk memproduksi lipid jenis lain, seperti lipoprotein, fosfolipid, dan koleterol.⁽⁴⁾

2.5    Asam Nukleat

1.    Klasifikasi

Asam nukleat dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu:

a.       DNA (deoxyribonucleic acid)

DNA mengandung empat nukleotida, yaitu:

·         Deoksiadenosin monofosfat yang terdiri dari basa adenine, gula deoksiribosa dan fosfat.

·         Deoksiguanosin monofosfat yang terdiri dari basa guanine, gula deoksiribosa dan fosfat.

·         Deoksisitidin monofosfat yang terdiri dari basa sitosin, gula deoksiribosa dan fosfat.

·         Deoksitimidin monofosfat yang terdiri dari basa timin, gula deoksiribosa dan fosfat.

b.      RNA (ribonucleic acid)

RNA mengandung empat nukleotida, yaitu:

·         Adenosin monofosfat yang terdiri dari basa adenine, gula ribosa dan fosfat.

·         Guanosin monofosfat yang terdiri dari basa guanine, gula ribosa dan fosfat.

·         Sitidin monofosfat yang terdiri dari basa sitosin, gula ribosa dan fosfat.

·         Uridin monofosfat yang terdiri dari basa urasil, gula ribosa dan fosfat.⁽¹⁾

2.    Struktur

Asam nukleat merupakan polimer nukleotida dari ratusan, ribuan, bahkan jutaan nukloetida yang tergabung satu sama lain melalui ikatan fosfodiester. Ukuran asam nukleat bervariasi antara 25.000/1000.000 sampai 1000.000.000. monomer asam nukleat, baik DNA maupun RNA , tersusun dari nukleotida yang berasal dari penggabungan gugus fosfat, basa nitrogen, dan gula pentose. Basa nitrogen berasal dari kelompok purin dan primidin . purin asam nukleat dalah adenine dan guanine, sedangkan primidinny adalah sitosin, timin, dan urasil.

Polinukleotida asam nukleat mempunyai struktur tulang punggung yang terdiri atas gugus-gugus  pentosa dan asam fosfat secara bergantian, sedangkan gugus-gugus basa purin atau primidinnya merupakan rantai samping dan terikat pada gugus pentose pada tulang punggung tersebut. Pada molekul DNA , tempat atom c-4’ didalam rantai  gula digunakan untuk pembentukan ikatan siklik atom c-2’ tdak membawa gugus  hidroksida pada atom c-3’ dan atom c-5’ yang masih dapat melakukan ikatan internukleotida.

Dalam  molekul, RNA masih mempunyai gugus hidroksida pada posisi 2’ sehingga masih mungkin terjadi ikatan 2’,5’  disamping ikatan 3’,5’ seperti pada molekul DNA.⁽¹¹⁾

3.    Fungsi

Asam nukleat (polinukleotida) adalah suatu polimer yang terdiri atas banyak monomer nukleotida; yang berfungsi sebagai cetak biru untuk protein dan, melalui kerja protein, untuk semua aktivitas seluler.

Terdapat dua jenis asam nukleat; asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukeat (RNA).

 

          Base structure of RNA

 

     Base structure of DNA

Asam-asam nukleat ini adalah molekul-molekul yang membuat organisme hidup dapat mereproduksi komponen-komponen kompleksnya dari satu generasi ke generasi berikutnya. Asam nukleat menyimpan dan menghantarkan informasi herediter secara turun temurun. DNA adalah suatu makromolekul beruntai ganda dan berbentuk heliks dengan basa yang menonjol ke bagian dalam molekul tersebut. DNA menyimpan informasi untuk sintesis protein spesifik, sedangkan RNA membawa informasi genetik ini sampai ke perkakas sintesis protein.

Untaian asam nukleat yang merupakan polimer nukleotida itu sendiri terdiri atas monomer-monomer nukleotida yang terdiri atas suatu pentosa yang terikat secara kovalen dengan suatu gugus fosfat dan dengan salah satu dari basa nitrogen yang berbeda (A, G, C, dan T atau U). Dalam pembuatan polinukleotida, nukleotida-nukleotida menyatu untuk membentuk suatu tulang belakang gula-fosfat yang merupakan asal dari basa nitrogen. Urutan basa di sepanjang gen akan menspesifikasi sekuen asam amino suatu protein tertentu.⁽³⁾

4.    Metabolisme

Sintesis Purin

Ada tiga proses yang berperan dalam biosintesis nukleotida purin. Ketiga proses tersebut, diurutkan mulai dari yang paling penting, yaitu:

a.       Sintesis dari zat antara amfibolik (sintesis de novo)

b.      Fosforibosilasi purin

c.       Fosforilasi nukleosida purin

Perubahan purin, ribonukleosida, dan deoksiribonukleosidanya menjadi mononukleotida memerlukan apa yang disebut sebagai ”reaksi penyelamatan” (salvage reaction). Reaksi ini jauh lebih sedikit memerlukan energy disbanding sintesis de novo. Mekanisme yang lebih penting melibatkan fosforibosilasi oleh PRPP. Purin bebas (Pu) untuk membentuk purin 5’-mononukleotida (Pu-RP).

Dua fosforibosil transferase kemudian mengubah adenine menjadi AMP, serta mengubah hipoxantin dan guanine menjadi IMP atau GMP.Mekanisme “penyelamatan” kedua melibatkan transfer fosforil dari ATP ke ribonukleosida purin (PuR)

Adenosin kinase mengatalisis fosforilasi adenosin dan deoksiadenosin menjadi AMP dan dAMP, dan deoksisitidin kinase memfosforilasi deoksisitidin dan 2’-deoksiguanosin menjadi dCMP dan dGMP.

Hepar, sebagai tempat utama biosintesis nukleotida purin, menyediakan purin dan nukleosida purin untuk “diselamatkan” dan digunakan oleh jaringan-jaringan yang tidak mampu membentuk kedua zat tersebut. Contohnya, otak manusia memiliki PRPP glutamil amidotransferase dalam kadar rendah sehingga bergantung pada purin eksogen. Eritrosit dan leukosit polimorfonuklear tidak mampu menyintesis 5-fosforibosilamin sehingga menggunakan purin eksogen untuk membentuk nukleotida.

Karena membutuhkan glisin, glutamine, turunan tetrahidrofolat, aspartat, serta ATP, biosintesis IMP bermanfaat dalam regulasi biosintesis purin. Hal yang paling menentukan laju biosintesis nukleotida purin de novo adalah konsentrasi PRPP, laju sintesis, pemakaian, dan penguraiannya. Laju sintesis PRPP bergantung pada ketersediaan ribose 5-fosfat dan pada aktivitas PRPP sintase, suatu enzim yang peka terhadap inhibisi umpan-balik AMP, ADP, GMP, dan GDP.

Manusia mengubah adenosine dan guanosin menjadi asam urat. Adenosin mula-mula diubah menjadi inosin oleh adenosine deaminase. Selain pada primate tingkat tinggi, uratase (uricase) mengubah asam urat menjadi alatoin, suatu produk yang larut-air pada mamalia. Namun, karena manusia tidak memiliki uratase, produk akhir metabolism purin adalah asam urat.⁽¹⁰⁾

Sintesis Pirimidin

1.         Sintesis Karbamoil fosfat

Tahapan yang diatur di jalur ini adalah sintesis karbamoil fosfat dari glutamine dan CO₂, yang dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintase II (CPS II). CPS II dihambat oleh UTP dan diaktifkan oleh ATP dan PRPP.

2.         Sintesis asam orotat

Tahapan kedua dalam sintesis pirimidin adalah pembentukan karbamoilaspartan yang dikatalisis oleh aspartat transkarbamoilase. Cincin pirimidin kemudian secara tertutup secara hidrolitik oleh dihidroorotase. Dihidroorotat yang dihasilkan kemudian teroksidasi untuk menghasilkanm asam orotat. Enzim yang menghasilkan orotat, yakni dihidroorotat dehidrogenase.

3.        Pembentukan nukleotida pirimidin

Cincin pirimidin yang sudah terbentuk diubah menjadi nukleotida orotidin 5’-monofosfat (OMP). Enzim orotat fosforibosil transferase menghasilkan OMP dan melepaskan pirofosfat. OMP yang merupakan induk dari mononukleotida pirimidin, akan diubah menjadi uridin monofosfat (UMP) oleh orotidilat dekarboksilase.

4.       
Sintesis uridin trifosfat dan sitidin trifosfat

Sitidin trifosfat (CTP) dihasilkan melalui aminasi UTP oleh CTP sintetase.

5.        Sintesis timidin monofosfat dari dUMP

dUMP diubah menjadi dTMP oleh timidilat sintase, yang menggunakan N⁵, N¹⁰-metilen tetrahidrofolat sebagai sumber gugus metil.(12)

2.6    Denaturasi

Denaturasi adalah suatu keadaan protein, yang mana protein tersebut bisa terbuka dan kehilangan konformasi aslinya karena agen denaturasi, seperti pH, konsentrasi garam, suhu, bahan kimiawi, dan aspek lingkungannya diubah. Suhu denaturasi protein terjadi pada suhu 55° - 75° dan laju denaturasi dapat mencapai 600 kali untuk tiap kenaikan 10°. Yang terjadi jika protein tersebut terdenaturasi yaitu :

·      Berubah bentuk, hal ini dikarenakan agen denaturasi berupa bahan kimiawi dapat merusak atau mengganggu ikatan hidrogen, ikatan ionik, dan jembatan disulfida yang seharusnya berfungsi memepertahankan bentuk protein

·      Setelah berubah bentuk, protein yang terdenaturasi tersebut terganggu aktivitasnya dan inaktif secara biologis

·      Protein kehilangan kelarutan, hal ini karena lapisan bagian dalam yang bersifat hidrofobik akan keluar, sedangkan bagian luar yang bersifat hidrofilik akan terlipat ke dalam. Pelipatan terjadi bila protein mendekati pH isoelektrik, yang mana protein mengalami denaturasi akan kehilangan kelarutan dan mengendap karena gugus-gugus yang bermuatan positif dan negatif dalam jumlah yang sama atau netral, yang disebut keadaan titik isoelektrik.

·      Denaturasi dapat terjadi secara reversibel dan irreversibel.

Ø Denaturasi reversibel yaitu kerusakan yang masih mempunyai fungsi yang baik. contohnya pada telur rebus, secara fisik berubah bentuk yaitu memadat, namun protein masih berfungsi baik

Ø Denaturasi irreversibel yaitu kerusakan total. Contohnya pada telur dadar, protein mudah terdenaturasi karena tegangan muka yang terjadi bila telur diaduk hingga berbuih dan adanya panas saat penggorengan sehingga fungsi protein berkurang.⁽³⁾

2.7    Srtuktur dasar asam amino

Terdapat kumpulan senyawa organik yang mengandung gugus karboksil (COOH) dan gugus amino (NH₂) atau menunjukan sifat asam dan sifat basa; Asam amino juga merupakan satuan dari protein.

Fungsi asam amino yang terkait dalam proses metabolisme sel adalah:

a.       Sebagai substrat untuk sintesis protein

b.      Pemasok nitrogen untuk sintesis senyawa yang mengandung nitrogen lain

c.       Sumber energi  bila dikatabolisme.

Komponen dalam struktur dasar asam amino yaitu terdapat  gugus karboksilat  gugus amino dan gugus R. pada gugus karboksilat dan gugus amino semua asam amino protein terikat pada atom  karbon yang sama (atom karbon alfa). Kecuali glisin , atau alfa asam amino protein merupakan atom C asimetrik. Pada glisin ,atom C mengikat 2 atom hydrogen . Asam amino  protein lain  menggantisatu hydrogen tersebut dengan gugus –R  sehingga asam amino lain danggap sebagai turunan glisin. Gugus karboksilatdan amino asam amino dapat mengalami ionisasi gugus karboksilat dapat melepaskan ion hydrogen , sedangkan gugus aminnya dapatr menampung prorton . jika hanya salah satu dari kedua gugus tersebut mengion maka akan terbentukanion atau kation. Kation dibentuk oleh gugus amino yangb menampung proton dan anion dibentuk oleh karboksilat yang melepaskan ion hydrogen. Asam amino dapat juga mengalami ionsasi pada kedua gugusnya sehingga asam amino  dapat mempunyai muatan posirtif  sekaligus muatan negative disebut ion zwitterions atau asam amino dipolar. Guugs karboksilat asam amino dapat diesterefikasi dan dibuat klorida asam , hidrazida, anidrida, dan sebagainya. Asam amino dapat juga bertindak sebagia zat silasi yang menghasilkan peptide. Sementara itu, gugus amno asam amino dapat mengalami allkilasi misalnya dengan gugus metal. Reaksi  gugus amino  dengan asam  nitrit akan menghasilkan asam amino hidroksi dengan membebaskan 1 molekul N₂ . reaksi warna asam amino yang dikenal adalah reaksi asam aminodengan ninhidrin untuk menentukan asam amino bebas secara kualitatif atau kuantitatif.

2.8    Enzim

1.    Fungsi

Enzim berfungsi sebagai katalisator yang akan mempercepat reaksi suatu kimia di dalam tubuh.⁽¹⁾

2.    Faktor yang Mempengaruhi Kerja Enzim

a.       Konsentrasi substrat

Laju atau kecepatan suatu reaksi adalah jumlah molekul substrat yang dikonversi menjadi produk per satuan waktu; kecepatan biasanya ditampilkan sebagai µmol produk yang terbentuk per menit. Laju reaksi yang dikatalisis enzim meningkat sesuai dengan konsentrasi substrat sampai kecapatan maksimaldicapai. Berhentinya peningkatan laju reaksi pada saat konsentrasi substrat yang tinggi mencerminkan kejenuhan terhadap substrat di semua tempat pengikatan yang tersedia pada molekul enzim yang ada.

b.      Suhu

-          Peningkatan kecepatan dengan suhu

Kecepatan reaksi meningkat sesuai dengan suhu sampai puncak kecepatan tercapai. Peningkatan ini adalah hasil dari peningkatan jumlah molekul yang memiliki cukup energy untuk melewati sawar energy dan membentuk produk reaksi.

-          Penurunan kecapatan dengan suhu yang lebih tinggi

Penaikan suhu yang lebih jauh menghasilkan penurunan kecepatan reaksi sebagai akibat denaturasi enzim yang di induksi suhu

c.       pH

1)      Pengaruh PH pada ionisasi tempat-aktif

Konsentrasi H⁺ memengaruhi kecepatan reaksi melalui beberapa cara. Pertama, proses katalitik biasanya membutuhkan enzim dan substrat yang memiliki gugus kimia yang spesifik baik dalam keadaan terionisasi atau tidak terionisasi sehingga dapat berinteraksi. Contohnya, aktifitas katalitik mungkin membutuhkan gugus amino enzim yang berada dalam bentuk yang mengandung proton (-NH₃⁺) pada PH alkali, gugus ini mengalami pengurangan proton, sehingga laju reaksinya akan menurun. 

2)      Pengruh PH pada denaturasi enzim

pH yang ekstrem juga dapat menimbulkan denaturasi enzim karena struktur pada molekul protein yang aktif secara katalitik bergantung pada sifat ion rantai samping asam amino.

3)      pH optimum berfariasi untuk enzim yang berbeda

Nilai pH di saat tercapainya aktifitas enzim yang maksimum berbeda untuk enzim yang berbeda, dan sering kali mencerminkan (H⁺) ketika enzim tersebut berfungsi di dalam tubuh. Contohnya, pepsin, suatu enzim pencernaan di dalam lambung, aktif secara maksimal pada pH 2, sedngkan pada enzim lain yang dirancang untuk bekerja pada pH netral, mengalami denaturasi akibat lingkungan yang sedemikian asam.⁽¹²⁾

3.    Klasifikasi

a.      Oksidoreduktase, mengatalis reaksi oksidasi dan reduksi

b.      Transferase, mengatalis pemindahan gugus seperti gugus glikosil, metal dan fosforil

c.       Hidrolase, mengatalis pemutusan ikatan dengan menambahkan molekul H₂O

d.      Liase, mengatalis pemutusan C-C, C-O, C-N dengan eliminasi atom yang menghasilkan ikatan rangkap

e.       Isomerase, mengatalis perubahan geometric atau structural di dalam satu molekul

f.       Ligase, mengatalis penyatuan dua molekul yang dikaitkan dengan hidrolisis ATP.⁽¹⁾

4.    Mekanisme Kerja

Mekanisme kerja enzim yaitu berupa katalis. Dalam katalis, enzim mengandung molekul nonprotein kecil dan ion logam yang ikut serta secara langsung yang disebut gugus prostetik, kofaktor, dan koenzin yang berperan aktif.

·         Gugus prostetik

Gugus prostetik terintegrasi erat ke dalam struktur protein. Logam adalah gugus prostetik yang paling sering dijumpai. Sepertiga dari semua enzim mengandung ion-ion logam yang terikat erat dan disebut metaloenzim. Ion-ion logam yang ikut serta dalam reaksi redoks umumnya berikatan dengan gugus prostetik, misalnya heme atau besi-sulfur. Logam mempermudah pengikatan dan orientasi substrat, pembentukan ikatan kovalen dengan zat-zat antara reaksi (Co²⁺ pada koenzim B₁₂), atau berinteraksi dengan substrat untuk menyebabkannya lebih eektrofilik (kekurangan elektron) atau nukleofilik (kaya elektron).

·         Kofaktor

Kofaktor berikatan secara transien dan mudah terlepas dengan enzim atau substrat, misalnya ATP. Kofaktor harus terdapat dalam medium di sekitar enzim agar katalisis dapat terjadi. Enzim yang memerlukan kofaktor ion logam disebut enzim yang diaktifkan oleh logam (metal-actived enzymes).

·         Koenzim

Koenzim berfungsi untuk pengangkut atau bahan pemindah gugus yang dapat didaur-ulang dan memindahkan banyak substrat dari tempat pembentukannya ke tempat pemakaiannya. Ikatan dengan koenzim dapat menstabilkan substrat, seperti atom hidrogen atau ion hidrida yang tidak stabil dalam lingkungan cair sel. Gugus kimia lain yang diangkut oleh koenzim yaitu gugus metil (folat), gugus asil (koenzim A), dan oligosakarida (dolikol).

Katalis enzim terjadi dibagian aktif, yang mana spesifisitas substrat yang ekstrem dan efisiensi katalik enzim yang tinggi mencerminkan adanya lingkungan khusus hanya untuk satu reaksi tertentu. Lingkungan inilah yang disebut bagian/tempat aktif (active side) yang umumnya berbentuk celah atau kantung yang terletak pada pertemuan antara subunit-subunit dan merekrut residu-residu dari lebih satu monomer. Bagian aktif ini melindungi substrat dari pelarut dan mempermudah katalis. Substrat mengikat bagian aktif di regio yang bersifat komplementer dengan bagian substrat yang tidak mengalami perubahan kimiawi sewaktu reaksi berlangsung. Bagian aktif juga mengikat dan mengarahkan kofaktor atau gugus prostetik.

Beberapa mekanisme enzim untuk mempermudah katalis yaitu :

1)      Katalis karena Kedekatan

Molekul-moleku harus berada dalam jarak yang dekat agar dapat bereaksi membentuk ikatan satu sama lain. Semakin tinggi konsentrasinya, semakin sering moelkul-molekul bertemu satu sama lain dan semakin besar laju reaksinya. Ketika mengikat molekul substrat di bagian aktifnya, enzim menciptakan suati regio dengan konsentrasi lokal yang tinggi dan secara spasial untuk mengatur arah moelkul-molekul substrat sehingga memperoleh posisi ideal untuk berinteraksi. Hal ini menyebabkan laju reaksi meningkat sedikitnya seribu kali lipat.

2)      Katalis Asam-Basa

Gugus-gugus fungsional yang dapat terionisasi pada rantai samping aminosil dan (jika ada) pada gugus prostetik berperan dalam katalis sebagai asam atau basa. Katalis ini bersifat spesifik dalam hal hanya proton (H₃O⁺) atai ion OH^-. Laju reaksinya peka terhadap perubahan dalam konsentrasi proton, tetapi tidak tergantung pada konsentrasi asam lain (donor proton) atau basa (akseptor proton) yang terdapat di dalam larutan atau di bagian aktif. Sedangkan reaksi yang lajunya responsif terhadap semua asam atau basa yang ada disebut katalis asam umu atau basa umum.

3)      Katalis dengan “Paksaan”

Enzim yang mengatalisis reaksi lisis menyebabkan terputusnya ikatan kovalen baisanya mengikat susbtratnya dalam konformasi yang sedikit kurang menguntungkan bagi ikatan yang akan putus tersebut. Konformasi yang terjadi akan merenggangkan atau mendistorsi ikatan sasaran, melemahkannya, dan menyebabkannya lebih rentan terputus.

4)      Katalis Kovalen

Katalis kovalen melibatkan pembentukan suatu ikatan kovalen antara enzim dan satu atau lebih substrat lalu menjadi suatu reaktan. Katalis kovalen memasukkan suatu jalur reaksi baru dengan energi aktivasi rendah dan lebih cepat. Setelah reaksi selesai, enzim kembali ke keadaan sebelum termodifikasi. Katalis ini sering terjadi pada enzim-enzim yang mengatalisis reaksi pemindahan gugus.(1)

Dalam mekanisme kerja, terdapat inhibitor yang dapat mempengaruhi mekanisme kerja enzim sendiri. Inhibitor enzim adalah senyawa yang menurunkan kecepatan reaksi melalui pengikatan jenis inhibitor sendiri ada tiga yaitu :

·         Inhibitor kompetitif yaitu inhibitor yang berkompetisi dengan substrat untuk menempati tempat pengikatan substrat, dan berikatan dengan bentuk enzim yang sama dengan yang dilakukan substrat. Inhibitor ini biasanya analog struktural yang erat dari substrat yang ia saingi. Peningkatan konsetrasi substrat dapat mengatasi inhibisi kompetitif sewaktu konsentrasi substrat ditingkatkan ke kadar yang cukup tinggi, tempat pengikatan substrat ditempati oleh substrat dan tidak ada molekul inhibitor yang dapat terikat. Inhibitor kompetitif meningkatkan K_m enzim, tetapi tidak V_max.

·         Inhibitor Nonkompetitif

Inhibitor nonkompetitif tidak bersaing dengan substrat untuk menempati tempat pengikatan yang sama dengan enzim. Inhibitor ini berikatan dengan enzim dengan atau tanpa keberadaan substrat, dan peningkatan konsentrasi substrat tidak dapat mencegah pengikatan inhibitor. Inhibitor menyebabkan penurunan konsentrasi enzim aktif dan akan selalu mengubah V_max enzim dan dapat mengubah K_m.app melalui pengikatan dengan afinitas berbeda dengan bentuk enzim yang berbeda pula.

·         Inhibitor Uncompetitive

Inhibitor Uncompetitive terjadi pada reaksi multisubstrat dan hanya berikatan dengan kompleks enzim-substrat. Inhibitor ini sering terjadi pada enzim yang memiliki urutan pengikatan substrat yang teratur. Substrat pertama yang terikat menyebabkan perubahan konformasi yang membuka tempat pengikatan kedua bagi kosubstrat atau inhibitor. Inhibitor Uncompetitive menurunkan K_m dan V_max.⁽¹⁾

5.    Sifat – Sifat Enzim

Sebagai suatu bahan yang penting dalam metabolisme, enzim memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

a.       Spesifisitas

Artinya suatu enzim hanya dapat mereaksikan satu reaksi atau beberapa reaksi yang sejenis saja.Contoh: peroksidase, disamping terhadap H₂O₂, enzim tersebut dapat menguraikan beberapa hidroksida lainnya.Spesifisitas atau reaksi enzimatik timbul akibat susunan tiga-dimensi residu asam amino pada enzim yang membentuk tempat pengikatan untuk substrat dan mengaktifkan substrat selama reaksi berlangsung.

b.      Bekerja sebagai Biokatalisator

Yaitu mempercepat reaksi kimia dengan jalan menurunkan energi aktivasi ( energi awal yang diperlukan untuk memulai reaksi).Karena dengan adanya enzim maka tubuh akan mempunyai kemungkinan untuk mengontrol kecepatan reaksi.

c.       Bekerja pada suhu tertentu

Sebagian besar enzim manusiajuga memiliki suhu optimum sekitar 37 derajat celcius. Peningkatan suhu dari 0 derajat celcius menjadi 37 derajat celcius meningkatkan kecepatan reaksi karena meningkatkan energy getaran substrat. Aktivitas maksimum untuk sebagian besar enzim manusia berlangsung dekat suhu 37 derajat celcius karena pada suhu yang lebih tinggi terjadi denaturasi (hilangnya struktur tersier dan sekunder).

d.      Bekerja pada pH tertentu

Penampakan peningkatan kecepatan reaksi seiring dengan pergeseran pH dari tingkat yang sangat asam menuju rentang fisiologis, dan penurunan kecepatan reaksi sewaktu pH bergerak dari rentang fisiologiske rentang yang sangat basa.⁽⁶⁾

2.9    Enzim yang Dihasilkan Pankreas

Enzim – enzim pancreas ini penting karena hampir mencerna makanan secara sempurna tanpa adanya sekresi pencernaan lain. Ketiga jenis enzim pancreas yang mampu mencerna ketiga kategori makanan: (1) enzim proteolitik untuk mencerna protein, (2) amylase pancreas untuk pencernaan protein, dan (3) lipase pancreas untuk mencerna lemak.

1.      Enzim Proteolitik Pankreas

a.       Tripsinogen
Disekresikan dalam lumen duodenum di aktifkan oleh enterokinase menjadi tripsin

b.      Kimotripsinogen
Disekresikan oleh tripsin menjadi kimotripsin

c.       Prokarboksipeptidase

Disekresiakn oleh tripsin menjadi karbosipeptidase

2.      Enzim amilase pancreas

Digunakan untuk pencernaan karbohidrat mengubah polisakarida menjadi disakarida maltose.

3.      Lipase pankreas

Digunakan untuk mencerna lemak manghidrolisis trigliserida makanan menjadi monogliserida dan asam lemak bebas.⁽¹³⁾

BAB III

KESIMPULAN

Terdapat empat molekul penyusun komponen sel yaitu karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat

Daftar Pustaka

1.         Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. Biokimia Harper. 27th ed. Jakarta: EGC; 2009.

2.         Sumardjo D. Pengantar Kimia: Buku Panduan Kuliah Mahasiswa Kedokteran & Program Strata I Fakultas Bioeksakta. 2009: EGC; Jakarta.

3.         Reece JB, Campbell NA. Campbell biology / Jane B. Reece ... [et al.]. Boston: Benjamin Cummings : imprint of Pearson; 2011.

4.         Tortora G, Derrickson B. Principles of Anatomy and Physiology. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; 2009.

5.         Asmadi. Teknik Prosedular Konsp & Aplikasi Kebutuhan Dasar Klien. Jakarta: Penerbit Salemba Medika; 2008.

6.         Marks DB, Marks AD, Smith CM. Biokimia Kedokteran Dasar: Sebuah Pendekatan Klinis. Jakarta: EGC; 2012.

7.         Winarno FG. Kimia Pangan dan Gizi. Jakarta: Penerbit Gramedia Pustaka Utama; 2002.

8.         Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. Biokimia Harper. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC;

9.         Lehninger AL. Lehninger Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga; 2009.

10.       Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. Harper’s Illustrated Biochemistry. McGraw-Hill Medical Publishing Division; 2006. 705 p.

11.       Toha AHA. Ensiklopedia Biokimia & Biologi Molekuler. Jakarta: EGC; 2011.

12.       Champe PC, Harvey RA, Ferrier DR. Biokimia Ulasan Bergambar. 3rd ed. Jakarta: EGC; 2010.

13.       Sherwood L. Fisiologi Manusia: Dari Sel ke Sistem. 6th ed. Jakarta: EGC; 2011.