BIOKIMIA DASAR BERMUATAN NILAI-NILAI KARAKTER – SULASTRI & ERLIDAWATI

Buku ini dipersiapkan untuk menjadi sumber belajar pada: perkuliahan Biokimia dan bagi pihak lain yang membutuhkannya. Di dalam buku ini penulis membahas tentang konsep, teori dan fakta-fakta tentang biokimia dasar yang diperlukan bagi mahasiswa pendidikan kimia, MIPA, pertanian, farmasi, kedokteran dan pihak lain yang memerlukannya.

Tentang Penulis

Dr. Dra. Sulastri, M.Si
Website: http://fsd.unsyiah.ac.id/sulastri/
Email: sulastri@unsyiah.ac.id

Order Buku

Semua sistem hayati, baik mikroba maupun manusia tersusun atas molekul-molekul yang tidak bernyawa. Komponen-komponen sistem hayati mempunyai ciri sesuai hukum fisika maupun kimia sepeti molekul benda mati. Akan tetapi berbeda dengan benda mati, komponen sistem hayati merupakan senyawa yang kompleks dan terorganisasi rapi yang mempunyai banyak variasi. Tiap komponen sistem hayati mempunyai fungsi dan tujuan khusus. Perbedaan utama sistem hayati dan non hayati adalah bahwa sistem hayati dapat memperlihatkan suatu aktivitas. Aktivitas sistem hayati terwujud dalam proses mempertahankan hidup, pertumbuhan dan perkembangbiakan.

Sel sebagai unit terkecil suatu sistem hayati harus mempunyai kemampuan menyerap nutrien dari lingkungan sekelilingnya dan mengubahnya untuk mendapatkan energi dan bahan-bahan dasar untuk menggantikan bagian-bagian yang rusak, untuk membentuk komponen-komponen baru bagi perkembangbiakan.Ditinjau dari jenis senyawa, penyusun utama organisme adalah air dan senyawa-senyawa karbon. Sekitar 70% berat sel adalah air, dan jika air dipisahkan dari sel maka sekitar 95% berat kering sel adalah senyawa-senyawa karbon, yang meliputi jenis molekul organik besar dan kira-kira 100 jenis molekul organik kecil. Sisanya adalah senyawa anorganik berupa garam-garam mineral.

Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti biologis. Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung di dalam sel. Karena itulah, sel dapat berfungsi secara autonom asalkan seluruh kebutuhan hidupnya terpenuhi. Sel terdiri atas protoplasma yaitu isi sel yang terbungkus oleh suatu membran atau selaput sel. Makhluk hidup (organisme) tersusun dari satu sel tunggal (uniselular), misalnya bakteri, Archaea, serta sejumlah fungi dan protozoa atau dari banyak sel (multiselular). Pada organisme multiselular terjadi pembagian tugas terhadap sel-sel penyusunnya, yang menjadi dasar bagi hirearki hidup. Struktur sel dan fungsi-fungsinya secara menakjubkan hampir serupa untuk semua organismee, namun jalur evolusi yang ditempuh oleh masing-masing golongan besar organisme (Regnum) juga memiliki kekhususan sendiri-sendiri.

Dinding sel terdapat pada sel tumbuhan. Dinding sel terdiri dari selulosa yang kuat yang dapat memberikan sokongan, perlindungan, dan untuk mengekalkan bentuk sel. Terdapat liang pada dinding sel untuk membenarkan pertukaran bahan di luar dengan bahan di dalam sel. Dinding sel juga berfungsi untuk menyokong tumbuhan yang tidak berkayu. Dinding sel terdiri dari selulosa (sebagian besar), hemiselulosa, pektin, lignin, kitin, garam karbonat dan silikat dari Ca dan Mg.

Menurut Supardan (1989),kata karbohidrat berasal dari kata karbon dan air. Secara sederhana karbohidrat didefinisikan sebagai polimer gula. Karbohidrat adalah senyawa karbon yang mengandung sejumlah besar gugus hidroksil. Karbohidrat paling sederhana bisa berupa aldehid (disebut polihidroksialdehid atau aldosa) atau berupa keton (disebut polihidroksiketon atau ketosa). Berdasarkan pengertian di atas berarti diketahui bahwa karbohidrat terdiri atas atom C, H dan O. Adapun rumus umum dari karbohidrat yaitu: C_n (H2O)_n atau C_n H2_n O_n.

Dalam bahan makanan karbohidrat terdiri dari 3 golongan utama yaitu monosakarida, oligosakarida, dan polisakarida yang dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon, lokasi gugus karbonil (C=O), serta stereokimia..

Lipid atau lemak adalah senyawa organik atau berlemak yang tidak larut dalam air, yang dapat diekstrak dari sel dan jaringan oleh pelarut nonpolar, seperti kloroform, atau eter. Jenis lipida yang paling banyak adalah lemak atau triasilgliserol yang merupakan bahan bakar utama bagi hampir semua organisme (Lehninger, 1995: 341). Lipid atau lemak adalah senyawa organik atau berlemak yang tidak larut dalam air, yang dapat diekstrak dari sel dan jaringan oleh pelarut nonpolar, seperti kloroform, atau eter. Jenis lipida yang paling banyak adalah lemak atau triasilgliserol yang merupakan bahan bakar utama bagi hampir semua organisme (Lehninger, 1995: 341).

Vitamin merupakan nutrien organik yang dibutuhkan dalam jumlah kecil untuk berbagai fungsi biokimiawi yang umumnya tidak disintesis oleh tubuh sehingga harus dipasok dari makanan. Vitamin yang pertama kali ditemukan adalah vitamin A dan B, dan ternyata masing-masing larut dalam lemak dan larut dalam air. Kemudian ditemukan lagi vitamin-vitamin yang lain yang juga bersifat larut dalam lemak atau larut dalam air. Sifat larut dalam lemak atau larut dalam air dipakai sebagai dasar klarifikasi vitamin. Vitamin yang larut dalam air, seluruhnya diberi simbol anggota B kompleks (kecuali vitamin C) dan vitamin larut dalam lemak yang baru ditemukan diberi simbol menurut abjad (vitamin A, D, E, K ). Vitamin yang larut dalam air tidak pernah dalam keadaan toksisitas didalam tubuh karena kelebihan vitamin ini akan dikeluarkan melalui urine.

Mineral merupakan bagian dari tubuh dan memegang peranan penting dalam pemeliharaan fungsi tubuh, baik pada tingkat sel, jaringan, organ maupun fungsi tubuh secara keseluruhan. Kalsium, fosfor, dan magnesium adalah bagian dari tulang, besi dari hemoglobin dalam sel darah merah, iodium dari hormon tiroksin. Disamping itu mineral berperan dalam berbagai tahap metabolisme, terutama sebagai kofaktor dalam aktivitas enzim-enzim. Berdasarkan kebutuhannya di dalam tubuh, mineral dapat digolongkan menjadi 2 kelompok utama yaitu mineral makro dan mineral mikro. Mineral makro adalah mineral yang menyusun hampir 1% dari total berat badan manusia dan dibutuhkan dengan jumlah lebih dari 1000 mg/hari, sedangkan mineral mikro (Trace) merupakan mineral yang dibutuhkan dengan jumlah kurang dari 100 mg/hari dan menyusun lebih kurang dari 0,01% dari total berat badan.

Asam amino merupakan unit penyusun protein. Struktur umum asam amino terdiri dari satu atom C sentral yang mengikat secara kovalen: a) Gugus amino, b) Gugus karboksilat, c) Satu atom H dan d) Rantai samping (gugus R). Berbagai jenis asam amino menyatu dalam ikatan peptida menghasilkan protein. Sampai saat ini sudah dikenal lebih kurang 20 asam amino yang menyusun tubuh manusia. Masing-masing asam amino tersebut memiliki struktur molekul dan sifat yang berbeda-beda. Susunan dan komposisi asam amino inilah yang diduga juga ikut andil menentukan karakteristik dan sifat-sifat manusia.

Protein merupakan polimer asam amino yang terikat satu sama lainnya dengan ikatan peptida. Struktur dan fungsi ditentukan oleh kombinasi, jumlah dan urutan asam amino, sifat fisik dan kimiawi dipengaruhi oleh asam amino penyusunnya. Umumnya terjadi atas 20 macam asam amino. Asam amino berikatan secara kovalen satu dengan yang lain dalam variasi urutan yang bermacam-macam, membentuk suatu rantai polipeptida.

Terdapat ikatan kimia lain yang menyebabkan terbentuknya lengkungan-lengkungan rantai polipeptida menjadi struktur tiga dimensi protein. Strukturnya tidak stabil terhadap beberapa faktor seperti pH, dan lain-lain. Umumnya reaksi ini disebabkan karena adanya gugus samping yang reaktif dan susunan khas struktur makromolekulnya. Polimerisasi asam amino terjadi melalui ikatan CO-NH dengan membebaskan 1 molekul air.

Enzim merupakan polimer biologik yang mengatalisis lebih dari satu proses dinamik yang memungkinkan kehidupan seperti yang kita kenal sekarang. Sebagai determinan yang menentukan kecepatan berlangsungnya berbagai peristiwa fisiologik, enzim memainkan peranan sentral dalam masalah kesehatan dan penyakit. Pemecahan makanan untuk memasok energi serta unsur-unsur kimia pembangunan tubuh (building blocks); perakitan building blocks tersebut menjadi protein, membran sel, serta DNA yang mengkodekan informasi genetik; dan akhirnya penggunaan energi untuk menghasilkan gerakan sel, semua ini dimungkinkan dengan adanya kerja enzim-enzim yang terkoordinasi secara cermat. Sementara dalam keadaan sehat semua proses fisiologis akan berlangsung dalam cara yang tersusun rapi serta teratur dan homeostatis tetap dipertahankan, homeostatis dapat mengalami gangguan berat pada keadaan patologis. Sebagai contoh, cedera jaringan hebat yang mencirikan penyakit sirosis hepatis dapat menimbulkan gangguan berat pada kemampuan sel membentuk enzim-enzim yang mengatalisis berbagai proses metabolisme penting seperti sintesis ureum.

Berdasarkan strukturnya, enzim terdiri atas komponen yang disebut apoenzim yang berupa protein dan komponen lain yang disebut gugus prostetik yang berupa nonprotein. Gugus prostetik dibedakan menjadi koenzim dan kofaktor. Koenzim berupa gugus organik yang pada umumnya merupakan vitamin, seperti vitamin B1, B2, NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide). Kofaktor berupa gugus anorganik yang biasanya berupa ion-ion logam, seperti Cu2+, Mg2+, dan Fe2+. Beberapa jenis vitamin seperti kelompok vitamin B merupakan koenzim. Jadi, enzim yang utuh tersusun atas bagian protein yang aktif yang disebut apoenzim dan koenzim, yang bersatu dan kemudian disebut holoenzim.

Senyawa-senyawa yang terbentuk ini selanjutnya menjadi komponen makromolekul dari sel, seperti: polisakarida, lipid, protein, dan asam nukleat. Tahapan metabolisme dimana terbentuknya molekul besar berenergi tinggi berasal dari molekul rendah berenergi rendah disebut Anabolisme. Pilihan kedua adalah molekul yang mengandung 2-4 atom karbon ini dirombak menjadi molekul anorganik yang sederhana seperti CO2, H₂O dan NH₃. Tahapan metabolisme yang merombak molekul kompleks kaya energi menjadi molekul sederhana miskin energi disebut Katabolisme. Proses metabolisme karbohidrat merupakan proses yang komplek, dimana sesudah gula dan pati dicerna menjadi monosakarida, kemudian diangkut ke hati untuk dikonversi menjadi glukosa. Glukosa akan memasuki aliran darah dan ditransportasi kepada sel-sel yang membutuhkan. Hati juga meng konversi glukosa menjadi bentuk cadangan (glikogen). Kelebihan karbohidrat akan diubah menjadi lemak dan disimpan di dalam jaringan lemak.

Proses metabolisme karbohidrat merupakan proses yang komplek, dimana sesudah gula dan pati dicerna menjadi monosakarida, kemudian diangkut ke hati untuk dikonversi menjadi glukosa. Glukosa akan memasuki aliran darah dan ditransportasi kepada sel-sel yang membutuhkan. Hati juga meng konversi glukosa menjadi bentuk cadangan (glikogen). Kelebihan karbohidrat akan diubah menjadi lemak dan disimpan di dalam jaringan lemak.