35
Komposisi Kimia Sel
KOMPOSISI KIMIA SEL Adnan (Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar)
A. PENDAHULUAN
Elemen utama sebuah sel adalah protoplasma. Protoplasma pada semua sel terdiri atas dua komponen utama, yaitu komponen anorganik dan komponen organik. Komponen-komponen anorganik terdiri atas air, garamgaram mineral, gas oksigen, karbon dioksida, nitrogen, dan amonia, sedangkan komponen organik terutama terdiri atas karbohidrat, lipida, protein, dan beberapa komponen-komponen spesifik seperti enzim, vitamin, dan hormon (Sheeler & Bianchi, 1983). Pada sel hewan dan tumbuhan, protoplasma mengandung sekitar 75-85% air, 10-20% protein, 2-3% lipida, 1% karbohidrat, dan 1% zatzat anorganik lainnya (De Robertis et al ., ., 1975). B. KOMPONEN ANORGANIK 1. Air Di dalam sel, air terdapat dalam dua bentuk, yaitu bentuk bebas dan bentuk terikat. Air dalam bentuk bebas mencakup 95% dari total air di dalam sel. Umumnya air berperan sebagai pelarut dan sebagai medium dispersi sistem koloid. Air dalam bentuk terikat mencakup 4-5% dari total air di dalam sel (De Robertis et al ., ., 1975). Kandungan air pada berbagai jenis sel bervariasi diantara tipe sel yang berbeda. kandungan air (persen dari berat basah total) pada hati tikus, otot rangka tikus, telur bintang laut, E. coli , dan biji jagung secara berturut-turut masing35
36
masing terdiri atas 6—72%, 76%, 77%, 73%, dan 13% (Sheeler & Bianchi, 1983). Air merupakan medium tempat berlangsungnya transpor nutrien, reaksi-reaksi enzimatis metabolisme sel dan transpor energi kimia (Lehninger, 1988). Di dalam sel hidup, kebanyakan senyawa biokimia dan sebahagian besar dari reaksi-reaksinya berlangsung dalam lingkungan cair. Air berperan aktif dalam banyak reaksi biokimia dan merupakan penentu penting dari sifatsifat makromolekul seperti protein (Mayes et al ., ., 1988). Air + dan produk ionisasinya seperti ion O dan OH- sangat mempengaruhi berbagai sifat komponen penting sel seperti enzim, protein, asam nukleat, dan lipida. Sebagai contoh, aktivitas katalitik enzim sangat tergantung pada konsentrasi ion H + dan OH- (Lehninger, 1988). Oleh sebab itu, semua aspek dari struktur dan fungsi sel harus beradaptasi dengan sifat-sifat fisik dan kimia air. Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa air merupakan komponen sel yang dominan dan berfungsi untuk : a. Pelarut berbagai zat z at organik or ganik dan anorganik, misalnya berbagai jenis ion-ion, glukosa, sukrosa, asam amino, serta berbagai jenis vitamin. b. Bahan pengsuspensi zat-zat organik dengan molekul besar seperti protein, lemak, dan pati. Dalam hal tersebut, air merupakan medium dispersi dari sistem koloid protoplasma. c. Air merupakan media transpor berbagai zat yang terlarut atau yang tersuspensi untuk berdifusi atau bergerak dari suatu bagian sel ke bagian sel yang lain. d. Air merupakan media berbagai proses reaksi-reaksi enzimatis yang berlangsung di dalam sel.
36
Biologi Sel
37
Komposisi Kimia Sel
e. Air digunakan untuk mengabsorbsi panas dan mencegah perubahan temperatur yang drastis di dalam sel. Air mempunyai titik lebur, titik didih dan panas penguapan yang lebih tinggi dibandingkan dengan hampir semua cairan (tabel 2.1). Kenyataan ini menunjukkan adanya gaya tarik yang kuat diantara molekul-molekul air yang berdekatan yang memberikan air gaya kohesi internal yang tinggi. Sebagai contoh, panas penguapan merupakan ukuran langsung dari jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengalahkan gaya tarik menarik diantara molekul air yang berdekatan, sehingga molekul tersebut dapat saling berpisah dan masuk ke dalam fase gas. Tabel 2.1 Titik lebur, titik didih dan panas penguapan air dan beberapa pelarut lainnya (Lehninger, 1988).
Jenis Zat Cair Air Metanol Etanol Propanol Aseton Hexana Benzen Khloroform
Titik Lebur (0C) 0 -98 -117 -127 -95 -98 6 -63
Titik Didih (0C) 100 65 78 97 56 69 80 61
Panas Penguapan (Kal/g)* 540 263 204 164 125 101 94 59
*Jumlah kalori energi panas yang diperlukan untuk mengubah 1,0 g cairan pada titik didihnya (tekanan atmosfer) menjadi keadaan gas pada suhu yang sama.
Besarnya daya tarik antara dua molekul air yang berdekatan disebabkan karena setiap atom hidrogen menggunakan sepasang elektron secara bersama-sama dengan atom oksigen sehingga menyebabkan atom 37
38
Biologi Sel
molekul air berbentuk huruf V atau tetrahedral. Sisi oksigen yang berhadapan dengan dua hidrogen relatif kaya akan elektron, sedangkan pada sisi lainnya, inti hidrogen yang relatif tidak ditutupi membentuk daerah dengan muatan positif sehingga dikatakan bahwa molekul air bersifat dipolar atau dwikutub (Mayes, 1988; Lehninger, 1988) karena pemisahan muatan tersebut, maka dua molekul air dapat tertarik satu dengan yang lainnya oleh gaya elek-trostatik diantara muatan negatif sebagian pada atom oksigen dari suatu molekul air dan muatan positif sebagian pada atom hidrogen dari molekul air yang lain. Jenis interaksi elektrostatik ini disebut ikatan hidrogen . Donor Hidrogen
Akseptor Hidrogen
O H ……………… O
C
O H ……………… N O H ……………… O
N O H ……………… O
C
N O H ……………… O N O H ……………… N Gambar 2.1. Ikatan hidrogen. Atom yang berikatan kovalen dengan H adalah donor hidrogen, sedangkan atom elektronegatif lainnya adalah akseptor (Lehninger, 1988).
Ikatan hidrogen segera terbentuk antara atom yang bersifat elektronegatif, biasanya atom oksigen atau nitrogen, dan suatu atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan atom elektronegatif lainnya pada molekul yang 38
39
Komposisi Kimia Sel
sama atau molekul lain. Atom hidrogen yang berikatan dengan atom elektronegatif kuat seperti oksigen cenderung mempunyai muatan positif kuat sebagian. Akan tetapi, atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan atom karbon yang tidak bersifat elektronegatif tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan hidrogen. 2. Garam-garam Mineral Kandungan garam-garam mineral pada berbagai tipe sel sangat bervariasi (tabel 2.2). Di dalam sel, garamgaram mineral dapat mengalami disosiasi menjadi anion dan kation. Bentuk-bentuk anion dan kation tersebut dinamakan ion. Ion-ion dapat terlarut di dalam cairan sel atau terikat secara khusus pada molekul-molekul lain seperti protein dan lipida. Secara umum, garam-garam mineral memiliki dua fungsi (Sheeler & Bianchi, 1983), yaitu : a. Fungsi osmosis, dalam arti bahwa konsentrasi total garam-garam terlarut berpengaruh terhadap pelaluan air melintasi membran sel; b. Fungsi yang lebih spesifik, yaitu peran seluler setiap ion terhadap struktur dan fungsi dari partikel-partikel seluler dan makromolekul. Berbagai jenis garam-garam mineral sangat penting untuk kelangsungan aktivitas metabolisme sel, misal-nya ion Na + dan K+, berperan dalam memelihara tekanan osmosis dan keseimbangan asam basa cairan sel. Retensi ion-ion menghasilkan peningkatan tekanan osmosis sebagai akibat masuknya air ke dalam sel. Beberapa ion-ion anorganik berperan sebagai kofaktor (tabel 2.3) dalam aktivitas enzim, misalnya ion magnesium. Fosfat anorganik digunakan dalam sintesis ATP yang mengsuplai energi kimia untuk proses 39
40
Biologi Sel
kehidupan dari sel melalui proses fosforilasi oksidatif. Ionion kalsium dijumpai dalam sirkulasi darah dan di dalam sel. Di dalam tulang, ion-ion kalsium berkombinasi dengan ion-ion fosfat dan karbonat membentuk kristalin. Fosfat dijumpai di dalam darah dan di dalam cairan jaringan sebagai ion-ion bebas, tetapi fosfat di dalam tubuh banyak terikat dalam bentuk fosfolipida, nukleotida, fosfoprotein, dan gula-gula terfosforilasi (De Robertis et al., 1975). Tabel 2.3. Beberapa enzim yang mengandung atau memerlukan unsur anorganik esensial sebagai kofaktor (Lehninger, 1988).
Unsur Anorganik
Enzim
Fe2+, Fe3+
Oksidase sitokhrom, Katalase, Peroksidase
Cu2+
Oksidase sitokhrom
Zn2+
Polimerase DNA, Anhidrase karbonik, Dehidrase alcohol
Mg2+
Hexokinase, 6-fosfatase glukosa
Mn2+
Arginase
K+
Piruvat kinase (juga memerlukan Mg )
Ni2+
Urease
Mo
Nitrat reduktase
Se
Peroksidase glutation
2+
Beberapa fungsi seluler dari berbagai jenis ion ditunjukkan pada tabel 2.4. Di dalam sel juga terkandung berbagai jenis gas yang berasal dari lingkungan atau dihasilkan oleh metabolisme sel. Beberapa gas yang terdapat di atmosfer dapat masuk ke dalam sel misalnya 40
41
Komposisi Kimia Sel
gas oksigen (O 2), karbon dioksida (CO 2), dan gas nitrogen (N2). Di dalam sel, oksigen berperan untuk mengoksidasi bahan-bahan makanan. Karbon dioksida selain berasal Tabel 2.4 Fungsi-fungsi seluler dari beberapa jenis ion (Sheeler & Bianchi, 1983).
Unsu r
Ion
Fungsi
Mo
MoO=4
Kofaktor atau aktivator enzim (fiksasi nitrogen, metabolisme asam nukleat, oksidasi aldehida)
Co
Co2+
Unsur utama vitamin B12
Cu
Cu+, Cu2+
Unsur utama plastocyanin dan kofaktor enzimenzim pernapasan
I
I-
Unsur utama tiroksin dan hormon-hormon lain
B
BO3-, B4O7=
Mengaktifkan arbinose isomerase
Zn
Zn2+
Kofaktor atau aktivator enzim anhidrase, karboksi peptidase)
(karbonat
Mn
Mn2+
Kofaktor atau aktivator enzim kinase, isositrat dekarboksilase)
(beberapa
Fe
Fe2+, Fe3+
Unsur utama Hb dan sitokhrom
Mg
Mg2+
Unsur utama klorofil, mengaktifkan ATP-ase
S
SO4=
Unsur utama koenzimA, biotin, tiamin, dan protein
P
PO4=, HPO4-
Unsur utama lipida, protein, asam nukleat, dan gula fosfat
Ca2+
Unsur utama dinding sel tumbuhan, komponen matriks jaringan tulang, kofaktor enzim-enzim koagulasi
K+
Kofaktor piruvat kinase
Ca K
41
42
dari lingkungan luar, juga dihasilkan dalam oksidasi bahan makanan sebagai hasil sampingan. CO 2 dapat bereaksi dengan air membentuk asam karbonat yang selanjutnya mengalami disosiasi membentuk ion hidrogen dan bikarbonat dengan reaksi sebagai berikut : C6H12O6 + 6 CO2 6 H2O + 6 CO2 + Energi CO2 + H2O H2CO3 + H2CO3 H + HCO3Umumnya karbon dioksida di dalam sel berada dalam bentuk bikarbonat atau karbonat (Sheeler & Bianchi, 1983). C. Komponen Organik Komponen-komponen organik sel terdiri atas protein, lipid, karbohidrat, dan beberapa komponenkomponen spesifik lainnya seperti enzim, vitamin, dan hormon. Lebih kurang 10-20% isi sel terdiri atas protein. Protein merupakan makromolekul dengan berat molekul berkisar antara 10.000-10.000.000. sedangkan karbohidrat di dalam sel kurang lebih 1% dan umumnya dalam bentuk monosakarida, disakarida, dan oligosakarida, sedangkan lipida berkisar 2-3%. Masingmasing komponen organik sel tersebut akan dibahas secara terpisah pada uraian selanjutnya.
1. Protein Protein adalah makromolekul yang terdiri atas asam-asam α-amino yang saling berikatan dengan ikatan kovalen diantara gugus α-karboksil asam amino dengan 42
Biologi Sel
43
Komposisi Kimia Sel
gugus α-amino dari asam amino yang lain. Ikatan di antara asam amino disebut ikatan peptida. Beberapa unit asam amino yang berikatan dengan ikatan peptida disebut polipeptida. Molekul protein dapat terdiri atas satu atau sejumlah rantai polipeptida dan setiap rantai dapat terdiri atas ratusan hingga jutaan residu asam amino.
a. Klasifikasi Hingga saat ini belum ada klasifikasi protein yang secara umum memuaskan. Klasifikasi protein yang menonjol didasarkan pada antara lain: • Kelarutan • Bentuk keseluruhan • Peranan biologis Pembagian protein juga dapat dilakukan berdasarkan fungsi dan strukturnya. Berdasarkan fungsinya, protein diklasifikasikan menjadi (i) protein enzim, berperan dalam mempercepat reaksi-reaksi biokimia, (ii) protein sruktural, membentuk struktur-struktur biologis, (iii) protein transpor, berperan sebagai pengangkut subtansi-subtansi penting, dan (iv) protein pertahanan, melindungi tubuh dari invasi benda-benda asing. Berdasarkan strukturnya, protein diklasifikasikan menjadi: (i) protein globular, memi-liki pelipatan-pelipatan yang kompleks, struktur tertier de-ngan bentuk yang tidak teratur. Protein serabut, meman-jang, lipatan sederhana, umum dijumpai pada protein struktural. Dalam uraian berikut ini hanya dibahas klasifikasi berdasarkan bentuk dan peranan biologisnya. Berdasarkan bentuknya, protein dibagi menjadi : 1) Protein globular
43
44
Biologi Sel
Rantai polipeptida mengandung banyak lipatan dan berbelit. Rasio aksial kurang dari 10, misalnya insulin, albumin, globulin plasma, dan kebanyakan enzim. 2) Protein fibrosa Rantai polipeptida atau kelompok rantai yang membelit dalam bentuk spiral atau heliks, dan dihubungkan oleh ikatan disulfida dan hidrogen. Rasio aksial lebih besar dari 10, misalnya keratin dan miosin.
Gambar 2.3. Struktur protein.
Klasifikasi protein atas dasar peranan biologisnya ditunjukkan pada tabel 2.5.
b. Ikatan-ikat katan-ikatan an pada Struktur Protein Struktur protein umumnya dipertahankan oleh dua ikatan sangat kuat yaitu ikatan peptida dan ikatan disulfida; dan tiga ikatan yang lemah, yaitu ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik dan interaksi elektrostatif. 1) Ikatan peptida
Ikatan peptida adalah ikatan yang menghubungkan atom α-karboksil dari suatu asam amino dan atom α nitrogen dari asam amino yang lain.
44
45
Komposisi Kimia Sel
Gambar 2.4. Pembentukan Ikatan peptida
Tabel 2.5. Penggolongan protein berdasarkan peranan biologisnya
Golongan
Contoh
Enzim
Ribonuklease Tripsin
Protein transpor
Hemoglobin Albumin serum Mioglobin β-lipoprotein
Protein nutrient dan penyimpan
Gliadin (Gandum) Ovalbumin (Telur) Kasein (Susu) Feritin
Protein Kontraktil
Aktin Miosin Tubulin Dynein
Protein struktural
Keratin Fibroin Kolagen Elastin Proteonglikan
Protein pertahanan
Antibodi
45
46
Biologi Sel
Fibrinogen Trombin Toksin Botulinus Toksin Difteri Bisa ular Risin Protein pengatur
Hormon Insulin Hormon Tumbuh Kortikotropin Hormon Paratiroid
Peptida yang dibentuk oleh dua molekul asam amino disebut dipeptida ; bila dibentuk oleh 3 molekul asam amino disebut tripeptida ; dan bila dibentuk oleh banyak molekul asam amino disebut polipeptida . 2) Ikatan disulfida Terbentuk antara 2 residu sistein yang saling berhubungan 2 bagian rantai polipetida melalui residu sistein. NH HN O=C
C=O CH − CH2 − S − S − CH2 − CH
HN
NH C=O
O=C
3) Ikatan hidrogen Terbentuk antara gugus NH- atau -OH dan gugus C=O dalam ikatan peptida atau -COO - dalam gugus R, misalnya dua peptida mungkin membentuk ikatan hidrogen.
46
47
Komposisi Kimia Sel
| | C = O ................................ ................................ H − N | | H−N C=O | | 4) Interaksi hidrofobik Rantai samping non polar asam amino netral pada protein cenderung bersekutu. 5) Interaksi elektrostatik Merupakan ikatan garam antara gugus yang bermuatan berlawanan pada rantai samping asam amino.
c. Sifat-sifat Protein 1) Membentuk ion Protein dalam air mampu membentuk ion + dan -, dalam suasana asam membentuk ion positif dan dalam suasana basa membentuk ion negatif. 2). Denaturasi Denaturasi adalah perubahan konformasi alamiah menjadi suatu konformasi yang tidak menentu. Hal ini dapat terjadi karena terjadinya perubahan suhu, pH, atau terjadinya suatu reaksi dengan senyawa-senyawa lain misalnya ion-ion logam.
d. Asam Amino Asam amino adalah asam karboksilat yang mempunyai gugus amino. Asam amino yang terdapat sebagai komponen protein mempunyai gugus NH 2 pada atom karbon α dari posisi gugus -COOH. Atom karbon α 47
48
Biologi Sel
dari asam amino kecuali glisin masing-masing dihubungkan pada empat gugus kimia yang berlainan sehingga atom karbon α bersifat asimetris. Oleh karena itu, molekul asam amino mempunyai dua konfigurasi yaitu D dan L. COOH | H2N − C − H | R
COOH | H − C − NH2 | R
Asam α-L-amino Asam α-D-Amino Molekul asam amino dikatakan mempunyai konfigurasi L, apabila gugus NH 2 di sebelah kiri atom karbon α. Bila gugus NH 2 di sebelah kanan atom karbon α, maka asam amino tersebut mempunyai konfigurasi D. Struktur umum asam amino adalah:
Klasifikasi asam amino didasarkan atas: pembentukannya di dalam tubuh dan strukturnya. Klasifikasi asam amino berdasarkan pembentukannya di dalam tubuh ditunjukkan pada tabel 2.6. 48
49
Komposisi Kimia Sel
Tabel 2.6 Klasifikasi asam amino berdasarkan pembentukannya di dalam tubuh (Lehninger, 1988)
Asam Amino Esensil Arginin Histidin Isoleusin Leusin Metionin Fenilalanin Threonin Triptofan Valin
Asam Amino Non Esensil Alanin Aspargin Asam Aspartat Sistein Glutamin Asam Glutamat Glisin Hidroksilisin 4-hidroksiprolin Prolin Serin Tirosin
Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak dapat dibuat dalam tubuh. Sedangkan asam amino non esensial adalah asam amino yang dapat dibuat dalam tubuh. Berdasarkan strukturnya, asam amino dikelompokkan menjadi 7 yaitu asam amino dengan rantai samping yang : a. Merupakan rantai karbon yang alifatik, misalnya glisin, alanin, valin, leusin dan isoleusin. b. Mengandung gugus hidroksil, misalnya serin dan threonin c. Mengandung atom belerang, misalnya sistein, dan metionin d. Mengandung gugus asam atau amidanya, misalnya asam aspartat, aspargin, asam glutamate, dan glutamine. e. Mengandung gugus basa, misalnya arginin, lisin, hidroksilisin dan histidin 49
50
f. Mengandung cincin aromatic, misalnya fenilalanin, tirosin dan triptofan. g. Membentuk ikatan dengan atom N pada gugus amino, misalnya prolin dan hidroksi prolin Uraian klasifikasi asam amino berdasarkan strukturnya diuraikan lebih detail pada pembahasan berikut. Beberapa rumus kimia asam amino adalah sebagai berikut:
50
Biologi Sel
51
Komposisi Kimia Sel
2. Karbohidrat Molekul karbohidrat adalah substansi yang terdiri atas atom-atom C, H, dan O. Perbandingan antara molekul H dan O adalah 2:1. Jadi memiliki rasio yang sama dengan molekul air (H 2O), misalnya: Ribosa = C6H10O5 Glukosa = C6H12O6 Sukrosa = C 12H24O11 Rumusa empiris dari karbohidrat adalah C n(H2O)n. Dengan dasar perbandingan tersebut, orang pada mulanya berkesimpulan bahwa dalam karbohidrat terdapat air, sehingga digunakan kata karbohidrat yang berasal dari kata karbon dan hidrat atau air.
51
52
Gambar 2.5. Struktur kimia glukosa, maltosa dan sukrosa Karbohidrat sering disebut sakarida. Ada beberapa senyawa yang memiliki rumus empiris seperti karbohidrat tetapi bukan karbohidrat, misalnya C 2H4O2 (asam asetat), CH2O (formaldehida). Dengan demikian, senyawa yang termasuk karbohidrat tidak hanya ditinjau dari rumus empirisnya saja, tetapi yang penting adalah rumus strukturnya. Dari rumus struktur, akan terlihat bahwa ada gugus fungsi penting yang terdapat pada molekul karbohidrat. Gugus fungsi itulah yang menentukan sifat senyawa tersebut. Berdasarkan gugus molekul yang ada pada karbohidrat, maka karbohidrat dapat didefenisikan secara kimia sebagai plohidroksialdehid atau polihidroksiketon serta yang menghasilkannya pada proses hidrolisis. Berbagai senyawa yang termasuk kelompok karbohidrat mempunyai molekul yang berbeda-beda 52
Biologi Sel
53
Komposisi Kimia Sel
ukurannya, yaitu dari senyawa sederhana dengan berat molekul ren-dah hingga berat molekul besar. Berbagai senyawa terse-but dapat dibagi dalam empat golongan, yaitu monosaka-rida, disakarida, oligosakarida, dan polisakarida. a. Monosakarida Monosakarida sering disebut gula sederhana (simple sugars ) adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana lagi. Molekulnya hanya terdiri atas beberapa atom karbon saja. Monosakarida dapat dikelompokkan berdasarkan kandungan atom karbonnya, yaitu triosa , tetrosa , pentosa , dan heksosa atau heptosa. Misalnya : Triosa = (C 3H6O3) Tetrosa = (C 4H8O4) Pentosa = (C 5H10O5) Heksosa = (C 6H12O6) Monosakarida atau gula sederhana hanya terdiri atas satu unit polihidroksialdehida atau keton atau hanya terdiri atas satu molekul sakarida. Monosakarida yang umum dikenal mempunyai rumus empiris (CH 2O)n, dimana n = 3 atau jumlah yang lebih besar lainnya. Kerangka monosakarida adalah rantai karbon berikatan tunggal yang tidak bercabang. Satu diantara atom karbon berikatan ganda terhadap suatu atom oksigen membentuk gugus karbonil, masing-masing atom karbon lainnya berikatan dengan gugus hidroksil. Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon, monosakarida tersebut adalah suatu aldosa, dan jika gugus karbonil berada pada posisi lain, monosakarida tersebut adalah suatu ketosa. Berbagai jenis monosakarida aldosa dan ketosa ditunjukkan pada gambar 2.6. 53
54
Gambar 2.6 Berbagai jenis monosakarida dalam bentuk aldosa (Frisell, 1982) b. Disakarida. Disakarida terdiri atas dua monosakarida yang berikatan kovalen terhadap sesamanya. Pada kebanyakan disakarida, ikatan kimia yang menggabungkan kedua unit monosakarida disebut ikatan glikosida, dan dibentuk jika gugus hidroksil pada salah satu gula bereaksi dengan karbon pada gula yang kedua. Disakarida menghasilkan dua molekul monosakarida yang sama atau berbeda bila mengalami hidrolisis, misalnya:
54
Biologi Sel
55
Komposisi Kimia Sel
Maltosa
→Glukosa → Glukosa + Glukosa
Laktosa
→Glukosa → Glukosa + Galaktosa
Sukrosa →Glukosa → Glukosa + Fruktosa Oligosakarida menghasilkan 3-6 molekul monosakarida bila mengalami hidrolisis, misalnya : Maltotriosa → →3 3 residu Glukosa Rafinosa
→Galaktosa+ Galaktosa →Galaktosa+ + Fruktosa
Stakiosa
→ Galaktosa + Glukosa + Fruktosa
c. Polisakarida Polisakarida atau glikan tersusun atas unit-unit gula yang panjang. Polisakarida dapat dibagi menjadi dua kelas utama yaitu homopolisakarida dan heteropolisakarida. Homopolisakarida yang mengalami hidrolisis hanya menghasilkan satu jenis monosakarida, sedangkan heteropolisakarida bila mengalami hidrolisis sempurna menghasilkan lebih dari satu jenis monosakarida.
55
56
Biologi Sel
Gambar 2.6. Struktur kimia pati dan selulosa Polisakarida menghasilkan lebih dari enam molekul monosakarida bilamana mengalami hidrolisis, misalnya : Amilum : amilosa → → 250-300 glukosa amilopektin → 1000 glukosa
Glikogen
→ Glukosa
Selulosa
→ Glukosa + Selulosa
Seluniosa
→ Glukosa
3. Lipida Lipida adalah senyawa organik berminyak atau berlemak yang tidak larut di dalam air tetapi larut di dalam pelarut non polar seperti eter, kloroform dan benzen. Jenis 56
57
Komposisi Kimia Sel
lipida yang paling banyak adalah triasilgliserol yang merupakan bahan bakar utama bagi hampir semua organisme. Lipida polar adalah komponen utama membran sel, yaitu “tempat” terjadinya reaksi-reaksi metabolik. Membran melindungi sel dari lingkungan dan juga memung-kinkan adanya kompartemen-kompartemen di dalam sel untuk aktivitas metabolik. Tetapi, membran bukan hanya sekedar pembungkus sel, tetapi membran mengandung banyak enzim penting dan sistim transpor.
a. Klasifikasi Klasifikasi lipida menurut Bloor (Mayes, 1988) adalah sebagai berikut : 1). Lipida sederhana, yaitu ester asam lemak dengan berbagai alkohol, terdiri atas: a. Lemak, yaitu ester asam lemak dengan gliserol b. Lilin, yaitu ester asam lemak dengan alkohol monohidrat yang mempunyai berat molekul yang lebih besar.
57
58
Gambar 2.7. Struktur kimia asam lemak. 2).Lipida campuran, yaitu ester asam lemak yang mengandung gugus tambahan selain alkohol dan asam lemak, terdiri atas: a. Fosfolipida, yaitu lipida yang mengandung residu asam fosfat sebagai tambahan asam lemak dan alkohol b. Glikolipida, yaitu campuran asam lemak dengan karbohidrat c. Lipida campuran lain seperti sulfolipida dan aminolipida, termasuk lipoprotein d. Derivat lipida, yaitu zat yang diturunkan dari golongan-golongan di atas bila mengalami hidrolisis
58
Biologi Sel
59
Komposisi Kimia Sel
b. Asam lemak. Asam lemak adalah asam karboksilat yang diperoleh dari hidrolisis ester, terutama gliserol dan kolesterol. Asam lemak terdiri atas asam lemak jenuh, bila tidak mengandung ikatan rangkap, misalnya asetat, palmitat, stearat, dan arakidat, sedangkan asam lemak yang lain, yaitu asam lemak tidak jenuh, bila mengandung satu atau lebih ikatan rangkap, misalnya palmitoleat, oleat, elaidat, linoleat, dan arakhidonat. Trisasilgliserol sering disebut sebagai asam lemak netral adalah ester alkohol gliserol dan asam lemak. Jika asam lemak diesterifikasi dengan alkohol monohidrat yang mempunyai berat molekul besar sebagai pengganti gliserol, senyawa yang dihasilkan memiliki titik lebur yang tinggi dan disebut lilin. 1). Fosfolipida Fosfolifida meliputi (i) asam fosfatidat dan fosfatidilgliserol, (ii) fosfati-dilkolin, (iii) fosfatidiletanolamin, (iv) fosfatidilinositol, (v) fosfatidilserin, (vi) lisofosfolipid, (vii) plasmalogen, dan (viii) sfingomielin. Asam fosfatidat adalah penting sebagai perantara dalam sintesis triasilgliserol dan fosfolipida, tetapi tidak banyak ditemukan di dalam jaringan. Kardiolipin adalah fosfolipida yang ditemukan dalam membran mitokondria yang dibentuk dari fosfatidilgliserol.
59
60
Biologi Sel
Fosfatidilkolin atau lesitin mengandung gliserol dan asam lemak serta asam fosfat dan kolin. Tersebar luas di dalam sel-sel tubuh dan mempunyai fungsi metabolik dan struktural yang sangat penting pada membran sel. Fosfatidiletanolamin atau sefalin mirip dengan fosfatidilkolin, hanya kolinnya diganti dengan etanolamin. Seperti halnya fosfatidilserin dan fosfatidiletanolamin, fosfatidilinositol juga merupakan komponen membran yang sangat penting. Fosfatidilserin mengandung asam amino sering sebagai pengganti etanolamin. Sfingomielin merupakan jenis fosfolipida yang banyak dijumpai pada jaringan otak dan saraf.
Gambar
2.8. Berbagai macam fosfolipida (http://www. (http://www. surrey.ac.uk/SBMS/ACADEMICS_homepage/hinto surrey.ac.uk /SBMS/ACADEMICS_homepage/hinto n/Cell%20Biol%202%202004.)
60
61
Komposisi Kimia Sel
2). Glikolipida Glikolipida mengandung seramida dan galaktosa. Oleh sebab itu, sfingolipida dapat dikelompokkan ke dalam glikolipida. Glikolipida sederhana hanya mengandung galaktosa, asam lemak dengan berat molekul besar, dan sfingosin atau serebrosida. Masingmasing serebrosida dibedakan oleh jenis asam lemak dalam molekulnya.
Gambar 2.1 Struktur serebrosida (R=H) dan sulfatida (serebrosida sulfat, R=SO=) (Mayes, 1988)
3) Steroid Semua steroid memiliki inti siklik serupa yang menyamai fenanteren (cincin A, B, dan C) yang merupakan tempat perlekatan cincin siklopentana (D). Hormon steroid merupakan hormon turunan kolsterol, bersifat lipofilik dan dapat masuk ke dalam sel target. 61
62
Biologi Sel
Reseptor umumnya terdapat di dalam inti sel, di dalam sitoplasma sel, dan kadang-kadang pada membrane plasma. Hormon steroid bekerja mengaktivasi DNA untuk sintesis protein, cara kerjanya lambat dan relatif lama. Beberapa contoh hormon steroid adalah cortisol, estrogen, and testosterone
Gambar 2.9. Beberapa contoh hormone steroid (Bowen, A.R. 2001)
4. Asam Nukleat Asam nukleat merupakan senyawa penting yang terdapat di dalam sel, tersusun atas unit-unit nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas basa purin atau pirimidin 62
63
Komposisi Kimia Sel
yang terikat pada gula pentosa dan diesterifikasi dengan asam fosfat. Di alam dikenal dua jenis asam nukleat yaitu ADN dan ARN. Gula pentosa terdiri atas ribosa dan deoksiribosa. Dalam keadaan bebas, gula tersebut berbentuk pirinosa, akan tetapi dalam suatu nukleotida gula tersebut berbentuk furanosa.
Gambar 2.2 Struktur gula ribosa dan deoksiribosa
Basa pirimidin diturunkan dari senyawa pirimidin yang berupa cincin pirimidin. Di dalam nukleotida dan asam nukleat, pirimidin yang umum dijumpai adalah sitosin, urasil, dan timin. Selain itu, sering dijumpai dalam bentuk 5-hidroksimetilsitosin dan 5-metilsitosin.
63
64
64
Biologi Sel
65
Komposisi Kimia Sel
Gambar 2.3 Struktur basa purin dan basa pirimidin Anonim. 2007. DNA Structur and function. http://www.bios.niu.edu/johns/genetics/chromo_struct.ppt.
Basa purin adalah turunan dari senyawa purin yang mengandung cincin pirimidin dan cincin imidazol yang 65
66
berikatan secara bersama. Basa purin yang sangat penting dalam nukleotida dan asam nukleat adalah adenin dan guanin. Jika basa purin dan basa pirimidin berikatan dengan gula, maka terbentuk nukleosida. Bila nukleosida diesterifikasi dengan asam fosfat, maka terbentuk nukleotida (gambar 2.12).
Gambar 2.4 Struktur nukleosida dan nukleotida (De Robertis et al., 1975).
66
Biologi Sel
