Biokimia

Karbohidrat

        Karbohidrat  adalah segolongan besar senyawa organik yang paling banyak melimpah di bumi. Karbohidrat juga merupakan komponen pangan yang menjadi sumber energi utama dan sumber serat makanan. Komponen ini disusun oleh 3 unsur utama, yaitu karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O). Jenis-jenis karbohidrat sangat beragam dan mereka dibedakan satu dengan yang lain berdasarkan susunan atom-atomnya, panjang atau pendeknya rantai serta jenis ikatan akan membedakan karbohidrat yang satu dengan lain. Dari kompleksitas strukturnya dikenal kelompok karbohidrat sederhana (seperti monosakarida dan disakarida) dan karbohidrat dengan struktur yang kompleks atau polisakarida (seperti pati, glikogen, selulosa dan hemiselulosa). Di samping itu, terdapat oligosakarida (stakiosa, rafinosa, fruktooligosakarida, galaktooligosakarida) dan dekstrin yang memiliki rantai monosakarida yang lebih pendek dari polisakarida. Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh makhluk hidup, terutama sebagai bahan bakar (misalnya glukosa), cadangan makanan (misalnya pati pada tumbuhan dan glikogen pada hewan), dan materi pembangun (misalnya selulosa pada tumbuhan, kitin pada hewan dan jamur). Pada proses fotosintesis, tetumbuhan hijau mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat.Secara biokimia, karbohidrat adalah polihidroksil-aldehida atau polihidroksil-keton, atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis. Karbohidrat mengandung gugus fungsi karbonil (sebagai aldehida atau keton) dan banyak gugus hidroksil.

        Klasifikasi karbohidrat diantaranya Monosakarida, Polisakarida, Oligosakarida, dan Glikokojugat. Monosakarida terdiri dari satu unit polihidroksi aldehid (aldosa) atau keton (ketosa). Oligosakarida terdiri dari dua atau lebih unit monosakarida yang dihubungkan dengan ikatan glikosida. Polisakarida terdiri atas lebih dari 20 unit monosakarida.

1.   Monosakarida

Monosakarida adalah Kristal padat yang tidak berwarna dan mempunyai kelarutan yang larut dalam air dan tidak larut dalam pelarut nonpolar. Triosa merupakan monosakarida yang paling sederhana yang terdiri dari 3 atom C. Monosakarida dengan 4 atom C disebut tetrosa, monosakarida dengan 5 atom C disebut pentose dan monosakarida dengan 5 atom C disebut heksosa. 

2.  Oligosakarida

Oligosakarida terdiri dari dua atau lebih unit monosakarida  yang dihubungkan dengan ikatan glikosida. Disakarida dengan 2 unit monosakarida, contohnya sukrosa (glu-fruk), laktosa (glu-galak),  maltosa (glu-glu). Oligosakarida dengan 3 unit monosakarida  atau lebih jarang terdapat dalam sel  secara bebas tetapi terikat dengan mol nongula  (lipid, atau protein) sebagai glikokonyugat (glikolipid, glikoprotein, proteoglikan).

3.    Polisakarida

Polisakarida adalah polimer yang mempunyai ratusan bahkan ribuan monosakarida yang dihubungkan dengan ikatan glikosidik. Polisakarida dibedakan menjadi dua jenis, yaitu polisakarida simpanan dan polisakarida struktural. Polisakarida simpanan berfungsi sebagai materi cadangan yang ketika dibutuhkan akan dihidrolisis untuk memenuhi permintaan gula bagi sel. Misalnya pati, glikogen, dan dekstran. Sedangkan polisakarida struktural berfungsi sebagai materi penyusun dari suatu sel atau keseluruhan organisme. Contohnya kitin dan selulosa.

Ada dua golongan karbohidrat, yaitu hemopolisakarida dan heteropolisakarida. Homopolisakarida mengandung satu jenis monomer misalnya pati, glikogen dan selulosa yang berguna sebagai komponen structural sel. Heteropolisakarida mengandung dua jenis atau lebih monomer, contohnya kitin sebagai pendukung ekstraseluler dari semua organisme, spt dinding sel bakteri, rangka luar serangga.     

Protein

Protein adalah senyawa organik kompleks yang mempunyai molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein juga berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein berkaitan juga dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).

Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein juga merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838.

Diantara satu asam amino dengan asam amino dodekatnya, dihubungkan dengan ikatan peptida. Ada 20 macam asam amino di alam (asam amino standar) dan semuanya mempunyai struktur molekul umum yang sama (kecuali prolin merupakan asam imino). Terdiri dari satu gugus amino (^-NH₂), satu gugus karboksil (^-COOH), satu atom hidrogen dan satu ggs rantai samping (^-R), terikat pada satu atom C yang sama (a^-C). Asam amino berbeda satu dengan yang lain pada gugus ^-R yang bevariasi dlm struktur, ukuran, muatan listrik, dan kepolaran.

Klasifikasi asam amino berdasarkan gugus R                 

1. Asam amino netral nonpolar, misalnya  Glysin, Alanin, Valin, Leusin,  Metionin

2. Asam amino aromatic, misalnya Fenilalanin, Tirosin, Triftofan

3. Asam amino polar, tak bermuatan Serine, Theroine, Cysteine, Proline, Asparagine, Glutamine

4. Asam amino basa, misalnya Lysine, Arginine, Histidine

5. Asam amino asam, misalnya Aspartic acid, Glutamic acid

                                       

Pada kurva titrasi asam amino, titrasi asam basa meliputi perrubahan secara gradual atau penghilangan proton. Selama titrasi dg basa kuat (NaOH), asam amino kehilangan proton secara gradual.

Titik isolistrik (Isoelectric point ) atau biasa disingkat pI adalah pH dimana suatu senyawa (asam amino) mempunyai jumlah muatan positif dan negatif yang sama banyak. Peptida merupakan rantai residu asam amino yang dihubungkan dengan ikatan peptida Peptida yang terdiri dari dua residu asam amino disebut dipeptida, tiga residu asam amino disebut  tripeptida, empat residu asam amino disebut tetrapeptida dan seterusnya.

     Contoh suatu tetrapeptida:

      H2N-Tyr-Ala-Cys-Gly-COOH

      (Tyrosylalanylcysteinylglycine)

Seperti makromolekul biologi yang lain seperti polisakarida-polisakarida dan asam nukleat, protein-protein adalah bagian penting dari organisma-organisma dan mengambil bagian di dalam setiap proses di dalam sel-sel. Banyak protein adalah enzim-enzim bahwa mengkatalisasi reaksi-reaksi biokimia dan bersifat hal penting kepada metabolisme. Protein-protein juga mempunyai fungsi-fungsi mekanis atau struktural, seperti aktin dan miosin di dalam otot dan protein-protein di dalam cytoskeleton, wujud suatu sistim yang dari perancah bahwa memelihara bentuk sel. Protein-protein lain bersifat penting di dalam pemberian isyarat sel, tanggapan imun, sel, dan biakan sel. Protein-protein adalah juga perlu di dalam diet-diet binatang, karena binatang-binatang tidak bisa manyatukan semua asam amino yang mereka memerlukan dan harus memperoleh asam amino esensial dari makanan. Melalui proses pencernaan, binatang-binatang pecah;rinci protein yang dicernakan ke dalam asam amino yang cuma-cuma yang kemudian adalah yang digunakan di dalam metabolisme.

Beberapa peptide penting dalam biologi

-          Glutation, yaitu pelindung terhadap pembentukan metemoglobin melalui reduksi H₂O₂ oleh enzim glutation peroksidase

-          Oksitosin dan vasopressim, yaitu hormon yang disintesis dalam hipotalamus

-          Enkefalin, yaitu peptida opoid dalam sel syaraf; menghilangkan rasa sakit atau pening.

-          Bradikinin, yaitu stimulasi rasa sakit >< enkefalin 

Protein merupakan suatu makromolekul. Monomer yang membuat polimer ini disebut asam amino. Berdasarkan fungsi biologisnya protein dibedakan menjadi 7 yaitu: enzim, protein transport, protein nutrien dan penyimpanan, protein kontraktil atau motil, protein struktural, protein pertahanan, dan protein pengatur. Berdasarkan bentuknya dibedakan menjadi protein globuler dan protein fibrosa. Berdasarkan komponen penyusunnya dibedakan menjadi protein sederhana dan protein majemuk. Denaturasi protein adalah pecahnya ikatan hydrogen dan ikatan non polar dalam molekul protein, sehingga terjadi perubahan pada struktur primer, sekunder, tersier, dan kuarter yang mengakibatkan perubahan sifat fisik dan faal suatu protein. Penyebab denaturasi antara lain: asam kuat, basa kuat, logam berat, konsentrasi garam yang tinggi, salting out, salting in, pemanasan, alcohol, sinar X, sinar ultraviolet, dan zat-zat kimia.

 

Lipid

Lipid adalah senyawa organik yang diperoleh dari proses dehidrogenasi endotermal dalam rangkaian hidrokarbon. Lipid bersifat amfifilik, artinya lipid mampu membentuk struktur seperti vesikel, liposom, atau membran lain dalam lingkungan basah. Lipid biologis seluruhnya atau sebagiannya berasal dari dua jenis subsatuan atau "blok bangunan" biokimia: gugus ketoasil dan gugus isoprena. Lipid dapat dibagi ke dalam delapan kategori: asil lemak, gliserolipid, gliserofosfolipid, sfingolipid, sakarolipid, dan poliketida . Meskipun istilah lipid kadang-kadang digunakan sebagai sinonim dari lemak. Lipid juga meliputi molekul-molekul seperti asam lemak dan turunan-turunannya (termasuk tri-, di-, dan monogliserida dan fosfolipid, juga metabolit yang mengandung sterol, seperti kolesterol. Meskipun manusia dan mamalia memiliki metabolisme untuk memecah dan membentuk lipid, beberapa lipid tidak dapat dihasilkan melalui cara ini dan harus diperoleh melalui makanan. Lipid mengacu pada golongan senyawa hidrokarbon alifatik nonpolar dan hidrofobik. Karena nonpolar, lipid tidak larut dalam pelarut polar seperti air, tetapi larut dalam pelarut nonpolar, seperti alkohol, eter atau kloroform. Fungsi biologis terpenting lipid di antaranya untuk menyimpan energi, sebagai komponen struktural membran sel, dan sebagai pensinyalan molekul.

Klasifikasi Lipid

1. Asam lemak dan turunannya

2. Triasilgliserol (trigliserida)

3. Ester wax (malam)

4. Fosfolipid

5. Sfingolipid

6. Isoprenoid

Asam lemak merupakan asam karboksilat yang mengandung rantai karbon bervariasi. Asam lemak merupakan komponen penting dalam baberapa jenis molekul lipid, terutama dalam triasilgliserol dan fosfolipid. 

Pada ikatan rangkap, dengan adanya struktur cis ini asam lemak tak jenuh tidak tersusun secara teratur (kompak) dibandingkan dengan asam lemak jenuh; dengan demikian asam lemak tak jenuh dengan panjang rantai yang sama mempunyai titik leleh lebih rendah daripada asam lemak jenuh.

Kolesterol adalah metabolit yang mengandung lemak sterol yang ditemukan pada membran sel dan disirkulasikan dalam plasma darah. Merupakan sejenis lipid yang merupakan molekul lemak atau yang menyerupainya. Kolesterol ialah jenis khusus lipid yang disebut steroid. Steroids ialah lipid yang memiliki struktur kimia khusus. Struktur ini terdiri atas 4 cincin atom karbon.

Tingginya kadar kolestrol dalam tubuh menjadi pemicu munculnya berbagai penyakit. Pola makan sehat merupakan faktor utama untuk mengghindari hal ini. Akan tetapi, tidak semua kolestrol berdampak buruk bagi tubuh. Hanya kolestrol yang termasuk kategori LDL saja yang berakibat buruk sedangkan jenis kolestrol HDL merupakan kolestrol yang dapat melarutkan kolestrol jahat dalam tubuh. Batas normal kolesterol dalam tubuh adalah 160-200 mg. Kadar kolesterol yang tinggi dapat diturunkan dengan simvastatin.