Biokimia

pengantar biokimia

Dalam topik ini kita akan fokus pada materi pengantar biokimia sebagai awalan mempelajari biokimia. Olehnya, kamu harus membaca artikel ini dan artikel biokimia terkait lainnya.

Sejarah Biokimia

Selama berabad-abad asal mula kehidupan diperdebatkan dan menjadi polemik yang tak kunjung selesai sampai teori Abiogenesis diruntuhkan oleh teori Biogenesis pada tahun  1822-1895 oleh Louis Pasteur.

Pertanyaan berikutnya adalah, jika makhluk hidup berasal dari makhluk hidup, dari manakah asal mula makhluk hidup yang pertama?

Bacaan Lainnya

Untuk menjawab itu, muncullah teori evolusi kimia oleh Harold Urey, yang menyatakan bahwa pada periode tertentu, atmosfer bumi mengandung molekul metana (CH4), amonia (NH4), air (H2O), dan karbon dioksida (CO2).

Karena pengaruh energi dan sinar kosmis yang luar biasa besarnya, zat-zat tersebut bereaksi menghasilkan suatu zat kehidupan.

Pada perioda berikutnya, percobaan oleh Stanley Miller berhasil membuktikan teori Harold Urey, bahwa unsur dasar kehidupan adalah C, H, O, N seperti yang diketahui sekarang.

Namun tetap saja menyisakan pertanyaan besar, yaitu bagaimana zat ini hidup?

Terlepas dari pertanyaan yang tidak kunjung selesai tersebut, kemajuan teknologi semakin dapat membuktikan zat paling dasar dalam struktur kehidupan dalam bentuk partikel, dan perilaku partikel tersebut terhadap kehidupan.

Berbagai penelitian menunjukkan bahwa partikel-partikel ini berinteraksi satu dengan yang lain, juga terhadap lingkungan dalam membangun dan menjaga kelangsungan kehidupan. Reaksi ini berlangsung begitu komplek hingga sebuah reaksi kadang sulit dimengerti prosesnya dan manfaat hasil akhirnya.

Atom Sebagai Substansi Dasar Kehidupan

Untuk memperdalam khasanah biokimia kamu, lanjut bahas tentang struktur paling dasar penyusun kehidupan dan reaktan proses kimia dalam kehidupan adalah atom. Atom merupakan partikel terkecil dari sebuah elemen yang tersusun atas neutrons (tidak bermuatan), proton (bermuatan positif) dan elektron (bermuatan negatif).

Elemen merupakan bagian paling sederhana dari sebuah materi. Sebagai contoh Karbon (C) atau Hidrogen (H), masing-masing merupakan sebuah elemen.

Struktur Atom sebuah elemen
Struktur Atom sebuah elemen
Sumber: Seeley, et al, 2004, Anatomy and Physiology

Sampai saat ini baru diketahui ada 112 elemen penyusun struktur kehidupan seperti dapat dibaca pada gambar 1.2. Elemen tersebut akan  membentuk  materi.

Pengertian secara umum yang dimaksud materi adalah segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki masa.  Materi dibedakan menjadi tiga golongan, yaitu materi padat, cari dan gas.

Tabel elemen penting sebagai penyusun dasar kehidupan
Tabel elemen penting sebagai penyusun dasar kehidupan. Sumber: Seeley, et al, 2004, Anatomy and Physiology

Materi padat, tersusun atas molekul-malekul yang berikatan sangat kuat atau dengan kata lain gaya tarik antar molekul sangat kuat sehingga sulit untuk dipisahkan. Dengan demikian materi padat memiliki  karakter sebagai berikut:

  • Memiliki bentuk yang relatif tetap.
  • Strukturnya relatif stabil terhadap paparan lingkungan.
  • Wujud sulit diubah kecuali dihancurkan.
  • Contoh materi jenis ini pada mahluk hidup adalah: tulang, otot, lemak, sel darah merah, pembuluh darah, rambut, dan lain-lain.

Materi cair, molekul penyusun materi cair berikatan lebih longgar dan mudah dipisahkan. Materi cair memiliki karakter sebagai berikut:

  • Bentuk berubah-ubah menurut tempatnya.
  • Strukturnya dapat berikatan dengan struktur yang lain bahkan dapat membentuk struktur baru dengan sifat dan karakter yang sama sekali berbeda dengan struktur awalnya.
  • Mudah terpengaruh lingkungan dan berubah wujud.
  • Contoh materi cair adalah: plasma, thrombosit, lekosit, cairan limphe, liquorcerebrospinal, cairan interartikular, dan sebagainya.

Materi gas, tersusun dari molekul yang berikatan dengan sangat longgar, serta  memiliki karakter sebagai berikut:

  • Mudah dipengaruhi oleh lingkungan (suhu, tekanan, ketinggian dan lain-lain).
  • Keberadaannya dapat berasal dari alam atau sebagai hasil suatu reaksi materi yang lain.
  • Reaktif terhadap materi yang lain untuk membentuk materi baru dengan sifat dan karakter yang berbeda pula.
  • Sangat mempengaruhi kelangsungan kehidupan.
  • Contoh: oksigen (o2), karbonmonoksida (co), karbondiaoksida (co2), ozon (o3), dan sebagainya.

Cara atom-atom materi itu bereaksi membentuk makhluk hidup dapat dipelajari pada gambar di bawah ini:

Sistematika pembentukan organisme dari atom
Sistematika pembentukan organisme dari atom.
Sumber: Seeley, et al, 2004, Anatomy and Physiology

Interaksi Atom Dalam Membangun Sistem Kehidupan

Lanjutan pengantar biokimia, fokus yah!

Partikel-partikel atom yang ada dalam tubuh secara terus menerus berinteraksi satu dengan yang lain dan menghasilkan suatu produk yang dibutuhkan  untuk menunjang sistem kehidupan melalui berbagai jenis reaksi.

Reaksi-reaksi ini terjadi karena molekul-molekul mengalami ikatan kimia, berikatan sesuai dengan kemampuan melepas atau menarik unsur yang lain dan membentuk suatu produk yang baru.

Ikatan kimia dapat terjadi antar molekul  karena peran elektron-elektron yang berada di lintasan paling luar, yaitu dengan cara melepas elektron untuk  berpindah ke molekul yang lain, atau menerima elektron dari molekul yang lain, atau memakai bersama elektron untuk membentuk ikatan. Proses Ini merupakan prinsip pembentukan ikatan kimia molekul untuk menjadi substrat yang lain atau  ketika terjadi proses penguraian (disosiasi).

Ada dua model ikatan utama yaitu ikatan ion tunggal dan ikatan kovalen.

1. Ikatan Ion Tunggal (Ionic Bonding)

Sebuah atom bermuatan netral karena ada keseimbangan antara jumlah proton dan elektron. Jika sebuah atom kehilangan atau menerima elektron, maka akan terjadi perubahan keseimbangan proton elektron dan terbentuk sebuah partikel yang disebut ion.

Setelah atom kehilangan elektron, maka jumlah proton akan lebih banyak dari elektron, sehingga partikel atom ini memiliki muatan positif. Atom sodium (Na) dapat kehilangan elektron sehingga  muatannya menjadi positif, seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Atom Chlorida (Cl) dapat menerima elektron dan akan menjadi on yang bermuatan negatif (Cl-).  Atom bermuatan positif disebut sebagai kation, dan yang bermuatan negatif disebut anion.

Karena muatan yang berlawanan saling menarik, maka ion dan kation akan  berikatan yang di sebut sebagai ikatan ionik. Contohnya Sodium dan Chloride bereaksi melalui ikatan ionik membentuk sodium chloride (NaCl) atau lebih dikenal  sebagai garam dapur seperti pada gambar di bawah ini.

2. Ikatan Kovalen (Covalent Bonding)

Ikatan kovalen terjadi ketika atom memakai bersama satu atau lebih elektron, untuk bergabung sebagai molekul. Contoh ikatan kovalen adalah ikatan antara dua atom hidrogen membentuk molekul hidrogen (H2), yang lebih stabil daripada atom hidrogen, karena mengikuti konfigurasi gas mulia Helium (He), yang memiliki 2 elektron. Dua atom hidrogen sekarang menyatu  dalam ikatan kovalen.

Ikatan Kovalen H2
Ikatan Kovalen H2.

Jika sepasang elektron dibagi di antara dua atom maka dihasilkan ikatan kovalent tunggal seperti pada H2 dan H2O.

Ikatan Kovalen H2O
Ikatan Kovalen H2O.

Ikatan ini dituliskankan dengan garis tunggal diantara simbol atom yang berikatan (contoh: H2, H—H atau H2O, H─O─H).

Jika dua atom memakai bersama empat elektron, yaitu dua dari masing-masing atom, akan menghasilkan ikatan kovalen rangkap dua, misalnya atom karbon dengan dua atom oksigen  akan menghasilkan karbodioksida maka terjadi dua ikatan kovalen rangkap 2.

Ikatan ini di tulis dengan garis rangkap di antara atom yag berikatan (O═C═O). Keterangan mengenai mekanisme pembentukan ikatan ionik dan kovalen, telah dibahas dalam mata kuliah Kimia Dasar, terutama topik tentang Ikatan Kimia dan Susunan Berkala.

Alangkah baiknya Anda membaca kembali materi Kimia Dasar ini!

Jenis ikatan kovalen tunggal dan rangkap serta aromatik pada zat kimia yang diperlukan tubuh manusia.
Jenis ikatan kovalen tunggal dan rangkap serta aromatik pada zat kimia yang diperlukan tubuh manusia.

Pada reaksi kimia atom, ion, molekul atau campuran saling berinteraksi membentuk atau memutus rantai ikatan kimia.  Semua  zat yang terlibat dalam suatu  reaksi kimia disebut sebagai reaktan dan zat yang dihasilkan  dari reaksi kimia disebut sebagai produk.

Ada tiga hal yang dapat terjadi dari suatu reaksi kimia. Pertama bahwa  dalam beberapa reaksi hanya sedikit reaktan yang dicampurkan untuk menghasilkan produk yang lebih komplek misalnya untuk mensintesa molekul yang komplek pada tubuh  dari asupan gizi (nutrient) yang didapat dari makanan.

Kedua adalah reaksi yang menguraikan dari molekul komplek menjadi produk yang lebih sederhana. Contohnya pemecahan makanan menjadi produk dasar yang lebih sederhana. Ketiga Ikatan atom yang membentuk produk baru atau memecah atau memutus ikatan lain.

Reaksi partikel sederhana membentuk ikatan rantai sebuah molekul fungsional (synthesis reaction/reaksi sintesa/reaksi pembentukan). Sebaliknya, dapat terjadi reaksi penguraian dari molekul komplek menjadi partikel pembentuknya yang sederhana (decomposition reaction/reaksi penguraian)
Reaksi partikel sederhana membentuk ikatan rantai sebuah molekul fungsional (synthesis reaction/reaksi sintesa/reaksi pembentukan). Sebaliknya, dapat terjadi reaksi penguraian dari molekul komplek menjadi partikel pembentuknya yang sederhana (decomposition reaction/reaksi penguraian).

Reaksi Pembentukan 

Jika dua reaktan atau lebih dicampurkan dan membentuk produk baru yang lebih besar maka proses ini disebut sebagai  reaksi pembentukan (reaksi sintesis). Sebagai contoh, gabungan dua asam amino membentuk dipeptida, suatu reaksi sintesis yang melepaskan air dari ikatan asam amino, dan reaksi yang menghasilkan air ini disebut sebagai dehydration reaction atau reaksi dehidrasi. Jika reaksi tersebut menghasilkan produk lain dengan mengurai reaktan, maka disebut reaksi dekomposisi, seperti tampak pada gambar 1.9.

Model Struktur Molekul Yang Terbentuk dari Ikatan Kimia Dalam Jaringan Tubuh Manusia

Wujud molekul dengan struktur kimia tertentu dalam jaringan tubuh yang mudah dan sering dikenal dalam keseharian adalah dalam bentuk sebagai berikut.

1. Karbohidrat

Disebut sebagai karbohidrat karena tulang punggung ikatan kimia ini adalah rantai karbon yang berkombinasi dengan  Oksigen dan Hidrogen  yang membentuk air (hydrated).

Karbohidrat memiliki rangkaian yang bervariasi mulai dari yang sederhana (monosaccharides) sampai yang paling komplek (polysaccharides). Molekul ini merupakan bahan utama energi untuk kehidupan.

Gula sederhana (Monosakarida) mejadi gula komplek (polisakarida)
Gula sederhana (Monosakarida) mejadi gula komplek (polisakarida).

2. Lemak

Struktur kimia lemak mirip dengan karbohidrat tetapi masih ditambah ikatan dengan fosfor dan nitrogen. Sama dengan karbohidrat bahwa lemak juga mempunyai varian lain sesuai dengan panjang rantai dan ikatan dengan elemen yang lain. Dalam tubuh lemak memiliki fungsi yang fisiologik terhadap organ lain dan sebagai cadangan energi untuk dipecah sebagai karbohidrat.

Beberapa model gugus kimia varian lemak, (a) Trigliserida dan (b) Asam lemak
Beberapa model gugus kimia varian lemak, (a) Trigliserida dan (b) Asam lemak

3. Protein

Seluruh gugus rantai protein memiliki atom karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan juga ada yang mengandung sulfur (belerang) yang tersusun dalam ikatan kovalen, dan pada kondisi yang lain, rantai protein juga mengikat besi (ferum) dan Iod. Dalam tubuh protein memiliki peran yang sangat penting untuk seluruh proses kelangsungan hidup. Sama dengan karbohidrat dan lemak, protein juga memiliki struktur dari yang paling sederhana sampai yang paling komplek.

Struktur dasar protein dan model ikatan dengan struktur yang lain.
Struktur dasar protein dan model ikatan dengan struktur yang lain.
(a) Protein komplek penyusun Hb, (b) rantai tetramer porfirin sebagai rangka struktur kimia Hb, (c) Struktur fungsional porfirin
(a) Protein komplek penyusun Hb, (b) rantai tetramer porfirin sebagai rangka struktur kimia Hb, (c) Struktur fungsional porfirin
Reaksi molekul kimia dalam mempertahankan sistem keseimbangan tubuh yang berlangsung terus menerus pada tingkat selular.
Reaksi molekul kimia dalam mempertahankan sistem keseimbangan tubuh yang berlangsung terus menerus pada tingkat selular.
DNA (Deoxyribonucleic Acids)
DNA (Deoxyribonucleic Acids)

Demikian penjelasan seputar pengantar materi biokimia, semoga bermanfaat untuk memahamkan kita tentang biokimia!

5/5 – (1 vote)

Apakah Ini Membantu? Follow Dinas.id di aplikasi Google News, KLIK DISINI

REKOMENDASI UNTUK ANDA

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.