Biokimia yaitu kimia makhluk hidup. Biokimiawan mengkaji molekul dan reaksi kimia terkatalisis oleh enzim yang berlangsung dalam semua organisme. Lihat artikel biologi molekular untuk diagram dan deskripsi hubungan antara biokimia, biologi molekular, dan genetika.
Biokimia yaitu ilmu yang mengkaji bangun dan fungsi komponen selular, seperti protein, karbohidrat, lipid, asam nukleat, dan biomolekul lainnya. Saat ini biokimia bertambah terfokus secara khusus pada kimia reaksi termediasi enzim dan sifat-sifat protein.
Saat ini, biokimia metabolisme sel telah banyak diselami. Bagian lain dalam biokimia di antaranya sandi genetik (DNA, RNA), sintesis protein, angkutan membran sel, dan transduksi sinyal.
Peningkatan biokimia
Kebangkitan biokimia diawali dengan penemuan pertama molekul enzim, diastase, pada tahun 1833 oleh Anselme Payen. Tahun 1828, Friedrich Wöhler menerbitkan sebuah buku tentang sintesis urea, yang membuktikan bahwa senyawa organik dapat diproduksi secara dapat berdiri sendiri. Penemuan ini bertolak balik dengan pemahaman umum pada waktu itu yang meyakini bahwa senyawa organik hanya dapat diproduksi oleh organisme. Istilah biokimia pertama kali diberitahukan pada tahun 1903 oleh Karl Neuber, seorang kimiawan Jerman. Sejak saat itu, biokimia bertambah berkembang, terutama sejak menengah 100 tahun ke-20, dengan ditemukannya teknik-teknik baru seperti kromatografi, difraksi sinar X, elektroforesis, RMI (nuclear magnetic resonance, NMR), pelabelan radioisotop, mikroskop elektron, dan simulasi dinamika molekular. Teknik-teknik ini memungkinkan penemuan dan analisis yang bertambah mendalam beragam molekul dan jalur metabolik sel, seperti glikolisis dan siklus Krebs. Peningkatan ilmu baru seperti bioinformatika juga banyak membantu dalam peramalan dan pemodelan bangun molekul raksasa.
Saat ini, penemuan-penemuan biokimia dipergunakan di beragam bagian, mulai dari genetika hingga biologi molekular dan dari pertanian hingga kedokteran. Penerapan biokimia yang pertama kali jangan-jangan yaitu dalam pembuatan roti menggunakan khamir, agak 5000 tahun yang akhir.
Penemuan penting lain di bagian biokimia yaitu penemuan gen dan perannya dalam mentransfer informasi di dalam sel. Bagian biokimia ini terkadang juga disebut dengan biologi molekuler. Pada tahun 1950-an, James D. Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin, dan Maurice Wilkins menemukan bagaimana bangun DNA dan mencoba mencari hubungannya dengan transfer informasi genetik. Pada tahun 1958, George Beadle dan Edward Tatum berhasil memenangkan Hadiah Nobel akhir suatu peristiwa penelitian mereka mengenai jamur yang memperlihatkan bahwa satu gen memproduksi satu enzim. Pada tahun 1988, Colin Pitchfork yaitu orang pertama yang terbukti memainkan tindak kriminal melewati bukti DNA. Belum lama ini, Andrew Z. Fire dan Craig C. Mello memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 2006 atas penemuan fungsi dari RNA interferensi (RNAi).
Biomolekul
Hadir 4 kelas molekul utama dalam biokimia yaitu: karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat. Banyak molekul biologi yaitu "polimer": dalam kasus ini, monomer yaitu mikromolekul yang relatif kecil yang bergabung diproduksi menjadi satu untuk membuat makromolekul-makromolekul, yang akhir disebut sebagai "polimer". Ketika banyak monomer bergabung untuk mensintesis sebuah polimer biologis, mereka melewati proses/tahap yang disebut dengan sintesis dehidrasi.
Karbohidrat
Sebuah molekul
sukrosa (glukosa + fruktosa), sebuah disakarida.
Karbohidrat tersusun dari monomer yang disebut sebagai monosakarida. Contoh dari monosakarida yaitu glukosa (C6H12O6), fruktosa (C6H12O6), dan deoksiribosa (C5H10O4). Ketika 2 monosakarida melewati pengolahan sintesis dehidrasi, maka air hendak terbentuk, karena 2 atom hidrogen dan satu atom oksigen telepas dari 2 gugus hidroksil monosakarida.
Lipid
Sebuah trigliserida dengan satu molekul gliserol (kiri) dan 3 molekul asam lemak.
Lipid biasanya terbentuk dari satu molekul gliserol yang bergabung dengan molekul lain. Di trigliserida, hadir satu mol gliserol dan tiga molekul asam lemak. Asam lemak yaitu monomer disini.
Lipid, terutama fosfolipid, juga dipergunakan di beberapa produk obat-obatan, misalnya sebagai bahan pelarut (contohnya di infus parenteral) atau sebagai komponen pembawa obat (contohnya di liposom atau transfersom).
Protein
Bangun umum dari asam α-amino, dengan grup amino di sebelah kiri dan grup
karboksil di sebelah kanan.
Protein yaitu molekul yang sangat besar-atau makrobiopolimer- yang tersusun dari monomer yang disebut asam amino. Hadir 20 asam amino standar, yang masing-masing terdiri dari sebuah gugus karboksil, sebuah gugus amino, dan rantai samping (disebut sebagai grup "R"). Grup "R" ini yang menjadikan setiap asam amino berbeda, dan ciri-ciri dari rantai samping ini hendak berpengaruh keseluruhan terhadap suatu protein. Ketika asam amino bergabung, mereka membuat ikatan khusus yang disebut ikatan peptida melewati sintesis dehidrasi, dan diproduksi menjadi Polipeptida, atau protein.
Asam nukleat
Asam nukleat yaitu molekul yang membuat DNA, substansi yang sangat penting yang dipergunakan oleh semua organisme seluler untuk menyimpan informasi genetik. Jenis asam nukleat yang paling umum yaitu asam deoksiribosa nukleat dan asam ribonukleat. Monomernya disebut nukleotida. Nukleotida yang paling umum diantaranya Adenin, Sitosin, Guanin, Timin, dan Urasil. Adenin berpasangan dengan timin dan urasil, timin hanya berpasangan dengan adenin; sitosin dan guanin hanya dapat berpasangan satu sama lain.
Karbohidrat
Fungsi dari karbohidrat yaitu sebagai pembangun dan sumber energi. Gula yaitu karbohidrat, tapi tidak semua karbohidrat yaitu gula. Jumlah karbohidrat di bumi banyakan daripada jumlah biomolekul manapun.
Monosakarida
Glukosa, atau juga dikenal dengan gula darah.
Tipe karbohidrat yang paling sederhana yaitu monosakarida, yang biasanya terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen, biasanya dengan perbandingan 1:2:1 (formula umumnya CnH2nOn, dimana n paling kecil yaitu 3). Glukosa, salah satu karbohidrat yang paling penting, yaitu contoh dari monosakarida. Juga termasuk dengan fruktosa, gula yang biasanya ditemukan dalam manisnya buah-buahan.[1][a] Beberapa karbohidrat (terutama setelah kondensasi diproduksi menjadi oligo- dan polisakarida) memiliki jumlah karbon yang relatif bertambah rendah daripada H dan O. Monosakarida dapat dikelompokkan ke aldosa (mempunyai grup aldehida di yang belakang sekali rantainya, misalnya glukosa) dan ketosa (mempunyai grup keton di rantainya, misalnya fruktosa).
Disakarida
Sukrosa: gula tebu dan mungkin karbohidrat yang paling dikenal.
Dua monosakarida dapat bergabung diproduksi menjadi satu melewati sintesis dehidrasi. Maka, hendak dibebaskan satu atom hidrogen dan satu grup hidroksil (OH-). Atom hidrogen dan hidroksil hendak bergabung dan membuat molekul air (H-OH atau H2O), maka dari itu disebut "dehidrasi". Molekul baru ini disebut "disakarida". Reaksinya pun dapat berbalik arah (reaksi pemecahan), dengan menggunakan satu molekul air untuk memecah satu molekul disakarida, maka hendak memecah ikatan glikosidik pada disakarida. Reaksi inilah yang disebut dengan hidrolisis. Jenis disakarida yang paling dikenal yaitu sukrosa atau yang biasanya kami kenal dengan gula tebu. Satu molekul sukrosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Disakarida yang lain misalnya laktosa, terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul galaktosa. Di dalam tubuh, dikenal hadirnya enzim laktase yang memecah laktosa diproduksi menjadi glukosa dan galaktosa. Biasanya, pada orang berusia lanjut, produksi laktase bertambah sedikit dan akhir suatu peristiwanya yaitu penyakit intoleransi laktosa.
Oligosakarida dan polisakarida
Ketika beberapa (sekitar 3-6) monosakarida bergabung diproduksi menjadi satu, maka hendak disebut sebagai oligosakarida (oligo- berarti "sedikit"). Jika banyak monosakarida bergabung diproduksi menjadi satu, maka hendak disebut sebagai polisakarida. Monosakarida dapat bergabunf membuat satu rantai panjang, atau mungkin bercabang-cabang. 2 jenis polisakarida yang paling dikenal yaitu selulosa dan glikogen, dua-duanya terdiri dari monomer glukosa.
- Selulosa diproduksi oleh tumbuhan dan yaitu komponen penting yang membuat dinding sel. Manusia tidak dapat membuat ataupun mencerna selulosa.
- Glikogen, atau nama lainnya yaitu gula otot, dipergunakan oleh manusia dan hewan sebagai sumber energi.
Penggunaan karbohidat sebagai sumber energi
Glukosa yaitu sumber energi utama bagi makhluk hidup. Contohnya, polisakarida hendak dipecah diproduksi menjadi monomer-monomernya (fosforilase glikogen hendak membuang residu glukosa dari glikogen). Disakarida seperti laktosa atau sukrosa hendak dipecah diproduksi menjadi 2 komponen monosakaridanya.
Glikolisis (anaerob)
Glukosa hendak dicerna dalam tubuh dalam reaksi respirasi. Tahapan pertama dalam reaksi respirasi yaitu glikolisis. Tahapan glikolisis dimulai dari satu molekul glukosa sampai tahap yang belakang sekalinya hendak dihasilkan 2 molekul piruvat. Tahap ini juga hendak menghasilkan 2 ATP dan memberikan dua elektron dan satu hidrogen pada NAD+ sehingga diproduksi menjadi NADH. Tahap ini tidak membutuhkan oksigen. Jika persediaan oksigen dalam tubuh tidak cukup, maka NADH hendak dipergunakan untuk mengubah piruvat diproduksi menjadi asam laktat (dalam tubuh manusia]] atau diproduksi menjadi etanol dan karbon dioksida.
Aerob
Dalam respirasi aerob, sel yang mendapat cukup oksigen, piruvat yang dihasilkan dari tahap glikolisis hendak dicerna pulang dan diubah diproduksi menjadi Asetil Ko-A. Piruvat hendak membuang satu atom karbonnya (menjadi karbon dioksida) dan hendak memberikan elektronnya lagi pada NAD+ sehingga diproduksi menjadi NADH. 2 molekul Asetil Ko-A hendak memasuki tahap siklus Krebs, dan hendak menghasilkan lagi 2 ATP, 6 molekul NADH, dan 2 ubiquinon (FADH2), serta karbon dioksida. Energi di NADH dan FADH2 nantinya hendak dipergunakan di transpor elektron. Energi ini dipakai dengan cara dibebaskannya elektron dan H+ dari NADH dan FADH2 secara bertahap di sistem transpor elektron. Sistem transpor elektron hendak memompa H+ keluar dari membran dalam mitokondria. Konsentrasi H+ di luar membran dalam mitokondria hendak menyebabkan gradien proton, sehingga H+ hendak turut pulang ke membran dalam mitokondria melewati ATP sintase. Oksigen menjalankan tugas sebagai penerima elektron yang belakang sekali, sehingga pengolahan pembentukan ATP terus berlangsung. Oksigen yang bergabung dengan H+ hendak membuat air. NAD+ dan FAD hendak dipergunakan pulang dalam sistem respirasi, seperti yang telah dijelaskan ketika belumnya. Hal ini yang menyebabkan mengapa kami menghirup oksigen dan meloloskan karbon dioksida. Dalam 1 molekul glukosa hendak dihasilkan total 36 ATP, dan satu ATP dapat meloloskan 7,3 kilokalori.
Glukoneogenesis
Dalam tubuh vertebrata, otot lurik yang dipaksa memainkan mata pencaharian keras (misalnya selagi tinggikan beban atau lari), tidak hendak mendapatkan oksigen yang cukup sehingga hendak memainkan metabolisme anaerob, maka hendak mengubah glukosa diproduksi menjadi asam laktat. Organ hati hendak menghasilkan pulang glukosa tersebut, melewati pengolahan yang dinamakan glukoneogenesis. Pengolahan glukoneogenesis sebenarnya membutuhkan energi 3 kali banyakan daripada yang dihasilkan dalam pengolahan glikolisis (ada 6 ATP yang diproduksi, sedangkan glikolisis hanya menghasilkan 2 ATP).
Protein
Skema dari
hemoglobin. Pita warna merah dan biru yaitu protein globin; sedangkan bangun hijau yaitu grup heme.
Seperti karbohidrat, beberapa protein juga memiliki fungsi vital dalam tubuh. Contohnya, pergerakan dari protein aktin dan miosin sangat memerankan bagi kontraksi otot lurik. Salah satu ciri dari biasanya protein yaitu mereka hanya dapat mengikat secara spesifik, hanya satu molekul tertentu atau satu grup molekul, sehingga sangat selektif. Antibodi yaitu satu contoh protein yang hanya dapat mengikat satu tipe molekul saja. Salah satu jenis protein yang paling penting yaitu enzim. Molekul enzim hanya dapat mengenali satu jenis molekul reaktan saja, reaktan ini disebut sebagai substrat. Enzim hendak mengkatalis reaksi, sehingga energi aktivasi hendak menurun, dan kecepatan reaksi dapat berlangsung bertambah cepat sampai 1011 kalinya. Sebuah reaksi mungkin hendak memakan waktu 3.000 tahun untuk betul-betul mandek, tapi dengan enzim mungkin diproduksi menjadi kurang dari satu detik. Enzim sendiri tidak dipergunakan dalam pengolahan reaksinya, sehingga hendak langsung mengkatalis substrat lainnya.
Pada landasannya, protein terdiri dari rantai asam amino. Sebuah asam amino terdiri dari satu atom karbon yang berikatan dengan 4 grup. Grup pertama dalah gugus amino, —NH2, grup kedua yaitu asam karboksilik, —COOH (meskipun eksisnya sebagai —NH3+ dan —COO− dalam kondisi fisiologis). Grup yang ketiga yaitu atom hidrogen. Grup yang keempat biasanya disingkat sebagai "—R", dan grup inilah yang membedakan antar asam amino. Hadir 20 macam asam amino standar. Beberapa dari mereka mempunyai fungsi sendiri-sendiri, misalnya, fungsi glutamat yaitu sebagai neurotransmiter.
Asam amino (1) dalam bangun netral, (2) dalam bangun fisiologis, dan (3) dalam bangun gabungan bersama sebagai dipeptida.
Asam amino dapat bergabung melewati ikatan peptida. Dalam sintesis dehidrasi ini, sebuah molekul air hendak dibebaskan dan ikatan peptida hendak menghubungkan atom nitrogen dari asam amino yang satu dengan atom karbon dari gugus asam karboksil lain. Maka, akhir suatu peristiwanya yaitu dipeptida. Rangkaian beberapa asam amino (biasanya bertambah kecil dari 30) disebut polipeptida. Untuk rangkaian yang bertambah panjang, biasanya disebut sebagai protein. Sebagai contoh, protein albumin pada plasma darah terdiri dari 585 residu asam amino.
Bangun dari protein dapat dijelaskan melewati empat tingkatan. Bangun utama dari protein terdiri dari rangkaian linear asam amino, misalnya, "alanin-glisin-triptofan-serin-glutamat-asparagin-glisin-lisin-…". Bangun sekunder bertambah kepada morfologi lokal. Beberapa kombinasi dari asam amino hendak cenderung membuat gulungan yang disebut dengan α-helix atau diproduksi menjadi lembaran yang disebut dengan β-sheet. Bangun tersier yaitu bangun 3 dimensi protein tersebut secara keseluruha. Bangun ini hendak ditentukan oleh urutan asam amino. Jika hadir satu perubahan saja maka hendak mengubah keseluruhan bangun. Rantai alfa hemoglobin terdiri dari 146 residu asam amino, jika residu glutamat di posisi ke-6 digantikan dengan valin, maka hendak mengubah sifat hemoglobin tersebut, dan mengakibatkan penyakit anemia sel sabit. Bangun kuartener bertambah memfokuskan pada bangun dari protein dengan beberapa subunit peptida. Contohnya, hemoglobin dengan keempat subunitnya. Tidak semua protein memiliki bertambah dari satu subunit.
Protein yang turut ke dalam tubuh hendak dipecah diproduksi menjadi asam amino atau dipeptida di dalam usus halus, baru akhir dapat diserap oleh tubuh. Nantinya, asam amino ini dapat bergabung pulang untuk membuat protein yang baru. Produk antara dari glikolisis, siklus asam sitrat, dan jalur fosfat pentosa dapat dipergunakan untuk membuat kedua puluh macam asam amino. Manusia dan mamalia lainnya hanya dapat mensintesa separuh dari ke-20 macam amino tersebut. Tubuh manusia tidak dapat mensintesa isoleusin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, dan valin. Asam amino ini yaitu asam amino esensial, karena penting bagi tubuh. Mamalia dapat mensintesa asam amino non esensial, yaitu alanin, asparagin, aspartat, sistein, glutamat, glutamin, glisin, prolin, serin, dan tirosin. Arginin dan histidin juga dapat disintesa mamalia, tapi hanya dapat diproduksi dalam jumlah terbatas, sehingga terkadang juga disebut sebagai asam amino esensial.
Jika gugus amino dibebaskan dari sebuah asam amino, maka hendak menyisakan asam keto-α. Enzim transaminase hendak mudah mengalihkan gugus amino yang lepas ini ke asam keto-α lainnya. Hal ini penting di dalam biosintesis dari asam amino, seperti dalam banyak jalur, zat antara dari jalur biokimia lainnya hendak diubah diproduksi menjadi asam keto-α, akhir sebuah gugus amino ditambahkan lewat transaminasi. Maka, asam amino dapat digabung-gabungkan untuk membuat protein.
Pengolahan yang mirip dipergunakan untuk memecah protein. Pertama-tama, protein hendak terhidrolisa diproduksi menjadi komponen-komponennya, yaitu asam amino. Amonia lepas (NH3), hadir dalam bangun ion amonium (NH4+) di dalam darah, hendak berbahaya bagi tubuh, maka harus dibawa keluar. Organisme uniseluler hanya tinggal meloloskan saja amonia ini keluar tubuh. Di dalam tubuh mamalia, amonia hendak diubah diproduksi menjadi urea, lewat siklus urea.
Lipid
Istilah lipid merujuk kepada suatu kumpulan molekul yang beragam, termasuk juga kumpulan molekul yang sulit larut dalam air (contohnya malam, asam lemak, dan turunan asam lemak seperti fosfolipid, sfingolipid, glikolipid, dan terpenoid. Beberapa lipid yaitu molekul alifatik linear, tapi hadir juga yang mempunyai bangun cincin. Beberapa juga molekul aromatik, dan beberapa juga lunak.
Beberapa lipid mempunyaii sifat polar meskipun biasanya dari mereka yaitu nonpolar/hidrofobik ("takut air"). Tapi hadir beberapa bagian dari bangunnya bersifat hidrofilik ("suka-air"), sehingga membuat molekul ini diproduksi menjadi amfifilik (mempunyai sifat hidrofobik dan hidrofilik). Dalam kasus kolesterol, gugus polarnya hanya -OH (hidroksil atau alkohol). Dalam kasus fosfolipid, gugus polarnya bertambah agung sehingga diasumsikan polar.
Lipid yaitu salah satu unsur penting dalm tubuh. Biasanya produk minyak dan produk susu yang kami gunakan untuk masak dan makan seperti mentega, keju, dan minyak samin terdiri dari lemak. Kebutuhan hidup yang mengandung lemak, jika dicerna dalam tubuh maka hendak dipecah diproduksi menjadi asam lemak dan gliserol.
Asam nukleat
Asam nukleat yaitu makromolekul biokimia yang kompleks, terdiri dari rantai-rantai nukleotida yang menyimpan informasi genetik. Jenis asam nukleat yang paling umum yaitu asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan di segala jenis sel makhluk hidup dan virus. Disamping sebagai orang yang menyimpan informasi genetik, asam nukleat juga memerankan dalam penyampai pesan kedua, serta pembentuk molekul landasan untuk adenosin trifosfat.
Monomer dari asam nukleat disebut nukleotida, dan tiap nukleotida terdiri dari 3 komponen: basa nitrogen (purin dan pirimidin), gula pentosa/senyawa gula karbon-5, dan gugus fosfat. Perbedaan tipe asam nukleat dapat ditemukan di jenis gula pada rantainya (contohnya, DNA terdiri dari 2 deoksiribosa). Juga, jenis basa nitrogen yang mungkin hadir di asam nukleat juga dapat berbeda: adenin, sitosin, dan guanin dapat hadir di RNA dan DNA, timin hanya pada DNA, dan urasil hanya pada RNA.
Lihat pula
Pranala keluar
- The Virtual Library of Biochemistry and Cell Biology
- Biochemistry, 5th ed. Full text of Berg, Tymoczko, and Stryer, courtesy of NCBI.
- Biochemistry, 2nd ed. Full text of Garrett and Grisham.
- Biochemistry Animation (Narrated Flash animations.)
- SystemsX.ch - The Swiss Initiative in Systems Biology
- Biochemistry Online Resources – Lists of Biochemistry departments, websites, journals, books and reviews, employment opportunities and events.
- Perpustakaan Maya Biokimia dan Biologi Sel
Sumber referensi
- ^ Whiting, G.C (1970). "Sugars". In A.C. Hulme. The Biochemistry of Fruits and their Products. Volume 1. London & New York: Academic Press. pp. 1=31
Sumber :
m.andrafarm.com, pasar.ptkpt.net, wiki.edunitas.com, id.wikipedia.org, dsb-nya.
