MAKALAH BIOLOGI SEL MOLEKULER STRUKTUR DAN FUNGSI MAKROMOLEKUL
Disusun oleh: ARIANI ANUGRAH PUTRI (11308144003) AGUNG WIBAWA PUTRA (11308144005) HEFI MARDIAS SIWI (11308144015) NENI SETIANA (11308144036) GANDA ADITYA WIBOWO (11308144037)
BIOLOGI SWADANA
JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2012
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah Biologi Sel dan Molekuler dengan topik “Struktur dan Fungsi Makromolekul Sel” ini dengan baik dan lancar. Terselesaikannya makalah ini tidak lepas dari bimbingan dan dukungan banyak pihak.Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihakpihak yang telah membantu tersebut. Ucapan terima kasih yang setinggi-tingginya penulis sampaikan kepada beliau: 1. Ibu Yoni Suryani, S.U., Bapak Drajat Pramiadi, M.Si., Ibu Evy Yulianti, M.Sc., dan Bapak Dr.Heru Nurcahyo selaku pembimbing dalam mata kuliah Bioselmol. 2. Orang tua, keluarga, dan teman-teman yang selalu memberi semangat dan dukungan pada kami. Dalam makalah ini, kami menyadari masih banyak kekurangan.Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun untuk kebaikan makalah ini sangat diharapkan.Semoga makalah ini dapat bermanfaat sebagaimana mestinya.
Yogyakarta, September 2012
Tim Penyusun
PENDAHULUAN Makromolekul dalam sel dibentuk sebagai susunan berulang dari satuan-satuan struktur dasar dinamakan monomer, monomer satu dengan lainnya dihubungkan dengan ikatan kovalen. Makromolekul yang dibentuk dinamakan polimer. Suatu polimer adalah suatu molekul yang terdiri atas banyak sub unit yang sama atau menyerupai. Sub unit berperan sebagai pembangun polimer dinamakan monomer. Beberapa sub unit yang kecil ada yang berfungsi sebagai monomer, juga mempunyai fungsi lain. Pada bagian ini yang dibahas mengenai molekul-molekul penting dalam sel yang memang disintesis dalam sel atau setidaknya menjadi bagian yang penting dalam menyusun badan sel. Makromolekul yang penting yang ada didalam sel ada 4 kategori yaitu : 1. Protein 2. Lipid 3. Karbohidrat 4. Asam Nukleat
Perbedaan dari keempat makromolekul di alam tergantung dari monomer pembentuknya, tetapi mekanisme kimiawi yang digunakan sel untuk membuat dan menulis polimer secara mendasar sama untuk semua makromolekul. Monomer dirangkaikan bersama melalui proses yang dikenal sebagai sintesis kondensasi. Dari proses ini berakibat membebaskan molekul air bagi setiap penambahan monomer satu rantai. Bila dua monomer bergabung akan dibebaskan molekul air, satu monomer kehilangan gugus hidroksil (OH) dan yang lain kehilangan sebuah hidrogen (H). dan dari proses tadi akan membentuk suatu polimer. Polimer yang dipecah atau diputus akan menjadi monomer kembali melalui proses hidrolisis.
HO
Monomer
Monomer
Monomer
HIDROLISIS
HO
SINTESIS KONDENSASI H2O
H2 O
HO
Monomer
Monomer
H
H
Monomer
HO
PEMBAHASAN A. PROTEIN Protein merupakan senyawa kimia yang mengandung asam amino, tersusun atas atomatom C, H, O dan N. struktur dari asam amino:
Asam amino sendiri yang menyusun protein terdiri dari 20 asam amino. Asam amino-asam amino tadi digilongkan berdasarkan gugus R nya menjadi 4, yaitu sebagai berikut: 1. Gugus R Non polar
2. Gugus R Polar
3. Gugus R bermuatan Negativ (asam)
-
Asam aspartate
-
Asam glutamate
4. Gugus R bermuatan positif (basa) -
Arginin
-
Histidin
Berdasarkan strukturnya,protein digolongkan menjadi:
-
Lisin
1. Protein Primer 2. Protein Sekunder 3. Protein Tersier 4. Protein Kwarterner Berikut ini adalah protein-protein penyusun sel beserta fungsinya:
1. Protein Integral
Jenis protein ini berlekatan rapat dengan membran, protein ini membentang diluar sel dan sitoplasma. Fungsi: a. Perekat antara sel satu dengan sel yang lainya b. Reseptor. Protein integral yang berikatan dengan karbohidrat dapat membentuk sisi reseptor untuk menerima pesan kimia dari sel lainnya. Sebagian protein integral membentuk channel pada membran atau membentuk pompa sebagai tempat lewatnya ion-ion. 2. Protein perifer Protein ini terikat longgar pada permukaan membrandan tidak tertanam dalam bilayer lipid.Seluruhnya berlokasi dibagian luar dari lipid bilayer, baik dipermukaan ekstraselular sel maupun dilapisan sitoplasmik. Fungsi: sebagai struktur pendukung dan perubahan bentuk membran saat pergerakan dan pembelahan sel dan sebagai enzim atau pengatur fungsi intraseluler. 3. Protein Histon
DNA pada sel eukarot dikemas dengan protein histon. Satu kompleks histon, DNA digulung kurang lebih dua kali. Histon adalah protein yang bersifat basa (basic protein) multisubunit yang tersusun dari dua rantai polipeptida heterotetramer, yaitu H1, H3, H4, H2A dan H2B. Subunit-subunit ini kaya akan asam amino yang bermuatan positif atau bersifat basa seperti lisin dan arginin. Protein histon berada dalam inti sel, berdesakan di sekitar untaian DNA. Protein ini berfungsi sebagai pengatur DNA. Asosiasi antara satu histon dengan satu segmen asam deoksiribonukleat disebut nukleosom.Fungsi histon adalah untuk mengunci DNA dalam struktur nukleosom serta berperan dalam meregulasi ekspresi gen.
4. Hemoglobin
Merupakan protein globuler dengan empat subunit polipeptida.Dua dari satu jenis (rantai alfa) dan dari dua jenis lain (rantai beta). Setiap sub unit memiliki suatu komponen non polipeptida yang disebut Heme dengan atom besi yang mengikat oksigen. Hemoglobin berfungsi sebagai transport karbondioksida dan oksigen dalam darah. Hemoglobin, globin bagian protein. Setiap jenis rantai merupakan polipeptida yang disusun oleh 141 as amino dg bentuk protein kwartener (rantai alfa)
5. Enzim
Enzim adalah protein yang berfungsi sebagai katalisator senyawa yang meningkatkan reaksi kimia tanpa ikut bereaksi dengan substrat.Fungsi dari enzim adalah sebagai katalisator reaksi-reaksi metabolik dalam sel. bagian bagian enzim terdiri dari : a. Kofaktor ion logam Berupa logam yang berikatan lemah dengan enzim
b. Koenzim Koenzim berupa molekul organik. Biasanya koenzim berikatan lemah. Koenzim yang berikatan kuat pada apoenzim disebut gugus prostetik.
c. Holoenzim Enzim yang strukturnya sempurna dan aktif mengkatalisis yang bersama-sama dengan koenzim/ion logam disebut holoenzim.
6. Mioglobin
Mioglobin adalah suatu protein kecil yang terdapat di sel otot. Molekul ini berfungsi dalam penyimpanan dan pemindahan oksigen dari hemoglobin dalam sirkulasi ke enzimenzim respirasi dalam sel kontraktil. Dibandingkan hemoglobin, mioglobin memiliki afinitas yang tinggi terhadap oksigen, sehingga terjadi kecenderunan penyimpanan oksigen di otot. Terdiri dari 8 rantai alfa, dg 154 residu as amino. 7. Antibodi
Antibodi merupakan molekul protein berbentuk-Y yang mengandung empat rantai polipeptida.Molekul ini mempunyai sisi pengikat yang bersifat komplementer terhadap bentuk struktur spesifik molekul antigen.Molekul antibodi mempunyai
dua sisi pengikat yang membuatnya mampu membentuk kisi-kisi tiga dimensi molekul antibodi dan antigen secara berganti-ganti. Merupakan protein khusus yang dibuat oleh limposit yang dapat bergabung dengan antigen yang menimbukan pembentukan suatu antigen-antibodi kompleks. Mempunyai gugus karboksil 8. Kolagen
Merupakan suatu protein serat yang terdiri atas tiga polipeptida helix yang mengalami lilitan untuk membentuk struktur yang mirip pelintiran tali dengan kekuatan yang luar biasa.Kolagen dijumpai di tulang, tendon, kulit, pembuluh darah, dan kornea mata. Kolagen mengandung sekitar 33%glisin, dan 21% prolin serta hidroksiprolin, suatu asam amino yang dihasilkan melalui residu prolin.Meliputi 40% protein dalam tubuh manusia.Fungsi kolagen adalah menguatkan jaringan ikat pada kulit, tulang, ligamen, tendon dan bagian lain tubuh kita. 9. Hormon Merupakan
protein
yang
membantu
mengatur
aktivitas
seluler
atau
fisiologis.Contohnya, hormon Insulin.Insulin adalah salah satu hormon utama yang mengatur metabolisme zat gizi.Strukturnya terdiri dari protein kecil yang mengandung asam amino. Protein ini terdiri dari dua rantai polipetida, rantai A mengandung dua asam amino dan rantai B mengandung 30 asam amino yg dihubungkan dg ikatan sulfur. Rantai-rantai tersebut disatukan oleh dua ikatan sulfida. Selain itu, rantai A mengandung sebuah rantai disulfida.
B. KARBOHIDRAT Secara kimia karbohidrat adalah polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton, yang mempunyai rumus molekul umum (CH2O)n atau senyawa-senyawa yang terdiri dari molekul karbon (C) hydrogen (H) dan oksigen (O) atau hidrat (H2O).
Karbohirat dibagi menjadi 4 golongan yaitu: 1. Monosakarida 1 unit gula 2. Disakarida 2 unit gula 3. Oligosakarida 3 unit gula 4. Polisakarida ratusan unit gula Berikut ini adalah karbohidrat-karbohidrat penyusun sel dan fungsinya:
1. Glikogen glikogen merupakan homopolisakarida nutrien bercabang yang terdiri dari atas glukosa dalam ikatan 1→4 dan 1→6. Banyak ditemukan dalam hampir semua
sel hewan dan juga dalam protozoa serta bakteri. Fungsi glikogen sebagai cadangan karbohidrat dalam tubuh yang disimpan dalam hati dan otot. Amilum sebagai penyedia glukosa pada sel tumbuhan.
2. Selulosa
Merupakan komponen utama dinding sel tumbuhan yang menyelubungi sel-sel tumbuhan. Fungsi dasar selulosa adalah untuk menjaga struktur dan kekakuan bagi tanaman. Selulosa bertindak sebagai kerangka untuk memungkinkan tanaman untuk menahan kekuatan mereka dalam berbagai bentuk dan ukuran yang berbeda. Struktur selulosa terbentuk dari β-D glukosa (dimana monosakarida yang berdekatan) terikat bersama dengan ikatan β(1→4) glikosidik. 3. Pectin
Pektin merupakan polimer dari asam D-galakturonat yang dihubungkan dengan ikatan 1-4 glikosidik. Fungsinya penyusun dinding sel tumbuhan dan buah. Biasanya dapat kita temukan di kulit buah.
4. Khitin
merupakan homopolimer dari β-1,4 N-setil-D-glukosamin dan merupakan polimer kedua terbanyak di alam setelah selulosa. Banyak digunakan oleh antropoda untuk membangun eksoskeleton atau kerangka luarnya. Kitin juga ditemukan dalam banyak fungi. Fungsi lain membangun eksoskeleton pada serangga.
5. Peptidoglikan
Susunannya terdiri dari polimer besar dan terbuat dari N-asetil glukosamin dan asam N-Asetil muramat dengan ikatan kovalen. Fungsi peptidoglikan adalah sebagai pembentuk dinding sel bakteri dan cyanobackteria. 6. Glikolipid
Glikolipid sederhana mengandung galaktosa, asam lemak, dan sfingosin atau serebosida. Glikolipida sederhana hanya mengandung galaktosa, asam lemak dengan berat molekul besar, dan sfingosin atau serebrosida.Masing-masing serebrosida dibedakan oleh jenis asam lemak dalam molekulnya. Glikolipida hanya dijumpai pada permukaan luar sel. Pada sel hewan dibentuk dalam jumlah yang banyak dari sfingosin, jarang dari gliserol. Ada dua kelas utama yaitu gangliosida dan serebrosida, keduanya secara khusus penting dalam system saraf pusat.
7. Glikoprotein Glikoprotein mengandung rantai karbohidrat yang menempel pada protein membran. Fungsi : sebagai reseptor senyawa seperti hormon, sebagai tempat pengenalan sel-like sel dan perlekatan sel. Tersusun atas protein yang mengandung karbohidrat yang terikat secara kovalen.
C. LIPID
Lipid memiliki ciri-ciri tidak larut dalam air bukan karena mempunyai rantai yang panjang, akan tetapi karena lipid bersifat non polar. Ciri lainnya lipid merupakan timbunan bahan bakar utama dan juga sebagai komponen membran sel (lipid polar). Lipid tersusun atas asam lemak dan gliserol.
Lipit terdiri atas tiga golongan yaitu: 1. Lipid sederhana 2. Lipid kompleks 3. Derivat Lipid Berikut ini adalah lipid-lipid penyusun sel : 1. Spingolipid
Sfingolipid mempunyai kepala yang bersifat polar dan dua ekor yang bersifat non polar, tetapi senyawa ini tidak mengandung gliserol. Sfingolipid yang berlimpah yaitu sfingomielin yang merupakan komponen utama mielin dan membran otak serta jaringan saraf lainnya.
Sfingomielin
tersusun atas satu molekul berantai panjang yang disebut sfingosin, asam
lemak, kolin,fosfor.
2. Fosfolipid
Fosfolipid merupakan molekul terbesar penyususn membran sel. gugus ketiga pada molekul gliserol berikatan dengan satu gugus fosfat. Suatu fosfolipid memiliki satu kepala hidrofilik(polar) dan dua ekor hidrofobik. Keragaman
fosfolipid didasarkan pada perbedaan asam lemak dan gugus yang terikat dengan gugus fosfor di kepalanya. Suatu kelompok fosfat terikat secara kuat pada posisi karbon 3 dan pada posisis tersebut ia dapat berikatan dengan salah satu molekul seperti residu kolin, serin, etanol, amin, atau inositol. Fosfolipida meliputi fosfatidilgliserol, fosfatidilkolin, fosfatidiletanoalamin, fosfatidil-inositol, dan fosfatidilserin. Fosfatidilkolin(mengikat
kolin),
fosfatidiletanoalamin,
dan
fosfatidilserin
berfungsi sebagai penyusun membran pada hati. Fosfatidilkolin juga terdapat sebagai bagian dari jaringan saraf, khususnya otak. Fosfatidilgliserol bekerja meningkatkan enzim jaringan paru. Dari macam fosfolida yang ada, perpedaan dari setiap macamnya terdapat pada kepalanya.
gambar phospatidylcholine
gambar phospatidyl athanolamine
Fosfatidil inositol
Fosfatidil serin 3. Steroid Steroid adalah lipid yang ditandai dengan suatu kerangka karbon yang terdiri atas empat cincin yang menyatu yang dikenal sebagai inti steroid. Tiga diantaranya merupakan cincin hexagonal dan satu diantaranya disebut cincin pentagonal. Fungsi steroid bermacammacam, diantaranya ada yang berperan sebagai hormon, pengemusi lemak dalam saluan cerna. 4. Kolesterol
Kolesterol adalah sterol yang lazim ditemui pada membran sel. steroid penting lainnya adalah hormon seks pria dan hormon seks wanita, dan vitamin-vitamin yang larut dalam lemak (seperti vitamin D). Kolesterol pada membran sel berfungsi mengurangi fluiditas membran dengan mengurangi pergerakan fosfolipid pada suhu sedang, dan menghambat pembekuan pada suhu rendah
5. Vitamin D (Calcitrol)
Vitamin D didapatkan dari makanan atau dari fotolisis 7-dehydrocholesterol di kulit yang terkena sinar matahari. Calcitrol bekerja dengan hormon paratiroid untuk menyeimbangkan kalsium di darah dan mengendapkan kalsium di tulang.
D. ASAM NUKLEAT Asam nukleat merupakan polimer yang dibentuk oleh mononukleotida sebagai satuan pembentuknya. Fungsinya yang terpenting adalah dalam mekanisme molekuler yaitu menyimpan, mereplikasi, dan mentranskripsi informasi genetik. Nukleotida terdiri dari satu gugus fosfat, satu basa nitrogen, dan satu monosakarida dengan lima atom karbon.
1. Basa nitrogen Merupakan derivat pirimidin atau purin, struktur kimianya serupa cincin. Basa-basa nitrogen yang terdapat dalam asam nukleat ada dua golongan yaitu basa pirimidin dan basa purin.
a. Purin : adenin, guanin. b. Pirimidin : sitosin, timin, urasil
2. Gugus fosfat Gugusan pospat yang mengikat molekul basa nitrogen dengan gula pentosa dengan ikatan ester.
3. Gula pentosa ( mengandung 5 atom C )
a. Ribosa b. Deoksiribosa Berikut ini adalah asam nukleat penyusun sel: 1. DNA DNA tersusun atas mononukleotida, polinukleotida, deoksiribosanukleotida. Molekul DNA mengandung dua rantai polinukleotida yang disatukan oleh ikatan hidrogen diantara basanya. DNA memiliki struktur rantai double heliks. Fungsi DNA antara lain sumber informasi bagi sintesis semua molekul protein sel dan organisme dan sebagai informasi yang diwariskan ke keturunan.
2. RNA
RNA adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul ribonukleotida. Seperti DNA, RNA ini terbentuk oleh adanya ikatan antara atom c nomor 3 dengan atom c nomor 5 pada molekul ribosa dengan perantara gugus fosfat. RNA sebagai penyimpan informasi genetik misalnya pada materi genetik virus. RNA sebagai penyalur informasi genetik misalnya pada proses translasi untuk sintesis protein. RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim ( ribozim ) yang dapat mengkalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, Niel A.2000. Biologi. Jakarta: Erlangga. Lehninger, A.L.1987. Dasar-Dasar Biokimia Jilid 1. Surabaya: Erlangga. Marks, Dawn B,dkk.1987. Biokimia Kedokteran Dasar. Jakarta: EGC. Yuwono, Triwibowo. 2007. Biologi Molekuler. Jakarta: Erlangga.
Proteoglikan merupakan jenis protein
