Upload
abde-firmansyah
View
136
Download
18
Embed Size (px)
Citation preview
LEMBAGA KAJIAN DAN PENGEMBANGAN PENDIDIKAN (LKPP)
LAPORAN MODUL PEMBELAJARAN BERBASIS SCL
Judul : PEMBELAJARAN BERBASIS SCL PADA MATA KULIAH
BIOKIMIA NUTRISI
oleh : Dr. Ir. Siti Aslamyah, MP.
Dibiayai oleh Dana DIPA Universitas Hasanuddin sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Pekerjaan
Nomor : 469/H4.23/PM.05/2008 Tanggal 04 Februari 2008
JURUSAN PERIKANAN FAKULTAS ILMU KELAUTAN DAN PERIKANAN
UNIVERSITAS HASANUDDIN FEBRUARI 2008
LEMBAGA KAJIAN DAN PENGEMBANGAN PENDIDIKAN (LKPP)
Lantai Dasar Gedung Perpustakaan Universitas Hasanuddin
HALAMAN PENGESAHAN
LAPORAN MODUL PEMBELAJARAN PROGRAM TRANSFORMASI DARI TEACHING KE LEARNING
UNIVERSITAS HASANUDDIN 2008
Judul : PEMBELAJARAN BERBASIS SCL PADA MATA KULIAH BIOKIMIA NUTRISI
Nama Lengkap : Dr.Ir. Siti Aslamyah, MP.
NIP : 132 051 759
Pangkat/Golongan : Lektor/III D
Jurusan : Perikanan
Fakultas/Universitas : Ilmu Kelautan dan Perikanan/Universitas Hasanuddin
Jangka Waktu Kegiatan : 1 (satu) Bulan Mulai 04 Januari 2008 s/d 04 Februari 2008
Biaya : Rp. 4.000.000,- (Empat Juta Rupiah) Dibiayai oleh Dana DIPA Universitas Hasanuddin sesuai dengan surat Perjanjian Pelaksanaan Pekerjaan Nomor : 469/H4.23/PM.05/2008, tanggal 04 Januari 2008
Makassar, 04 Februari 2008
Mengetahui : Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan Universitas Hasanuddin An. Dekan, Pembuat Modul, Dr. Ir. Dody Dharmawan Trijuno, M.App.Sc Dr.Ir. Siti Aslamyah, MP. NIP 131 846 404 NIP 132 051 759 .
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala limpahan karunia-
Nya sehingga laporan modul pembelajaran berbasis SCL pada matakuliah Biokimia Nutrisi
berhasil diselesaikan. Jangka waktu kegiatan kurang lebih sebulan sejak bulan Januari
sampai Februari 2008.
Upaya untuk menghasilkan luaran menjadi manusia yang adaptif, yaitu manusia
yang mampu beradaptasi dan berubah secara berkelanjutan dan, tidak dapat mengandalkan
format pendidikan konvensional yang berbasis pada pendekatan pengajaran (teaching
approach). Akan tetapi, diperlukan suatu pendekatan pembelajaran dimana mahasiswa
tidak hanya dibekali substansi pengetahuan, tetapi juga dibekali dengan teknik atau metode
pembelajaran agar nantinya mampu beradaptasi dan berubah secara berkelanjutan
(constant learning).
Rencana pelaksanaan perkuliahan dengan metode Student Center Learning (SCL)
diharapkan dapat berjalan dengan baik setelah tersedianya fasilitas pembelajaran berupa
modul untuk setiap materi pembelajaran pada mata kuliah biokimia nutrisi. Dengan
demikian, modul-modul tersebut diharapkan menjadi pegangan mahasiswa untuk
melakukan diskusi dan membuat tugas yang diberikan fasilitator.
Selesainya laporan modul ini tidak lepas dari bantuan dan dorongan dari berbagai
pihak. Melalui prakata ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ketua, sekretaris, dan staf Lembaga Kajian dan Pengembangan pendidikan Unhas.
2. Staf pengajar terutama Tim pengajar matakuliah Biokimia Nutrisi di Program Studi
Budidaya, jurusan Perikanan, Fakuktas ilmu kelautan dan perikanan..
3. Semua pihak atas kerjasamanya selama penulis mengikuti pelatihan pembelajaran
berbasis SCL.
Penulis berharap modul pembelajaran yang penulis susun ini dapat diterapkan oleh
anggota tim pengajar agar mempermudah dalam proses pembelajaram. Akhir kata, penulis
mengucapkan terima kasih atas kesempatan yang diberikan dalam rangka perbaikan mutu
akademik di jurusan Perikanan, Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan, Universitas
Hasanuddin. Mohon kiranya dapat memberi saran dan kritik kepada penulis agar metoda
pembelajaran ini menjadi lebih baik dan menarik. Semoga modul mata kuliah biokimia
nutrisi ini bermanfaat, khususnya bagi mahasiswa budidaya perairan.
Makasaar, Februari 2008
Penulis
RINGKASAN
Ilmu biokimia bertujuan untuk mempelajari sifat-sifat zat-zat kimia yang terdapat
dalam jasad hidup, senyawa yang diproduksi, serta fungsi dan transformasi zat-zat kimia
tersebut, selanjutnya menelaah transformasi tersebut berhubungan dengan aktivitas
kehidupan. Dengan demikian, pemahaman tentang bagaimana kumpulan zat tak hidup
bercampur, bereaksi, dan berinteraksi menghasilkan zat yang disebut hidup, merupakan
dasar dalam mempelajari organisme sebagai zat hidup yang utuh. Hal penting lain yang
perlu dipahami, keterkaitan zat-zat tak hidup tersebut dengan kebutuhan zat gizi atau
nutrisi. Oleh karena itu, mata kuliah ini adalah mata kuliah dasar di program studi
budidaya perairan dan merupakan mata kuliah prasyarat untuk mengambil mata kuliah
nutrisi kultivan dan teknologi manajemen pakan.
Pokok bahasan mata kuliah meliputi pendahuluan, logika molekul organisme hidup
dan nutrisi ikan, karbohidrat, lipida, protein, vitamin, mineral, asam nukleat, enzim, dan
metabolisme energi.
Sub-pokok bahasan pada modul pendahuluan informasi kontrak dan rencana
pembelajaran, keterkaitan mata kuliah dengan kompetensi lulusan, dan ruang lingkup
mata kuliah.
Sub-pokok bahasan pada modul logika molekul organisme hidup dan nutrisi ikan
meliputi sifat khusus benda hidup, makromolekul organik pada organisme hidup, sel,
fungsi biomolekul dalam sel, serta keterkaitan biomolekul dengan zat gizi pakan dan
proses nutrisi dalam tubuh ikan.
Sub-pokok bahasan pada modul karbohidrat adalah struktur karbohidrat, fungsi
karbohidrat, penggolongan karbohidrat, biokimia penting karbohidrat, dan metabolisme
karbohidrat meliputi glikolisis, siklus asam sitrat, sistem transpor elektron, glikogenesis,
dan glukoneogenesis
Sub-pokok bahasan pada modul lipida adalah struktur lipida, fungsi lipida,
pengelompokan lipida, sifat-sifat lipida, dan metabolisme lipida meliputi lipolisis dan
lipogenesis.
Sub-pokok bahasan pada modul protein adalah struktur protein, fungsi protein,
penggolongan protein, struktur asam amino, fungsi asam amino, penggolongan asam
amino, struktur peptida, dan metabolisme protein meliputi katabolisme dan sintesa protein
Sub-pokok bahasan pada modul vitamin meliputi pengelompokan vitamin, vitamin
sebagai koenzim, peran vitamin dalam metabolisme, metabolisme vitamin yang larut
dalam air, dan metabolisme vitamin yang larut dalam lemak.
Sub-pokok bahasan pada modul mineral meliputi penggolongan mineral, distribusi
mineral dalam organ dan jaringan, absorbsi, metabolisme, dan ekskresi mineral, serta
fungsi biokimia dan pengaturan mineral dalam tubuh.
Sub-pokok bahasan pada modul asam nukleat meliputi struktur asam nukleat, jenis
dan fungsi asam nukleat, peran asam nukleat dalam sintesa protein, serta peran asam
nukleat sebagai koenzim.
Sub-pokok bahasan pada modul enzim meliputi struktur dan fungsi enzim,
penggolongan enzim, enzim sebagai protein, sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim,
kinetika reaksi enzim, serta faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim.
Sub-pokok bahasan pada modul terakhir pada mata kuliah biokimia nutrisi adalah
metabolisme energi meliputi konsep bioenergetika, anabolisme dan katabolisme, tahapan
pembentukan energi dari makanan, energi bebas dan perangkaian reaksi eksegonik dengan
endergonik, senyawa-senyawa berenergi tinggi, dan pengontrolan metabolisme.
PETA KEDUDUKAN MODUL
08. Asam nukleat • Struktur asam nukleat • Jenis dan fungsi asam nukleat. • Peran asam nukleat dalam sintesa
protein • Peran asam nukleat sebagai koenzim
09. Enzim • Struktur dan fungsi enzim • Penggolongan enzim • Enzim sebagai protein • Sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim • Kinetika reaksi enzim • Faktor-faktor yang mempengaruhi
aktivitas enzim
10. Metabolisme energi • Konsep bioenergetika • Anabolisme dan katabolisme • Tahapan pembentukan energi dari
makanan • Energi bebas dan perangkaian reaksi
eksegonik dengan endergonik • Senyawa-senyawa berenergi tinggi • Pengontrolan metabolisme
03. Karbohidrat • Struktur karbohidrat • Fungsi karbohidrat • Penggolongan karbohidrat • Biokimia penting karbohidrat • Metabolisme karbohidrat
04. Lipida • Struktur lipida • Fungsi lipida • Pengelompokan lipida • Sifat-sifat lipida • Metabolisme lipida
05. Protein • Struktur protein • Fungsi protein • Penggolongan protein • Struktur asam amino • Fungsi asam amino • Penggolongan asam amino • Struktur peptida • Metabolisme protein
07. Mineral • Penggolongan mineral • Distribusi mineral dalam organ dan
jaringan • Absorbsi, metabolisme, dan ekskresi
mineral • Fungsi biokimia dan pengaturan mineral
dalam tubuh
06. Vitamin a. Pengelompokan vitamin b. Vitamin sebagai koenzim c. Peran vitamin dalam metabolisme d. Metabolisme vitamin yang larut dalam
air e. Metabolisme vitamin yang larut dalam
lemak
01. Pendahuluan • Informasi kontrak pembelajaran • Keterkaitan mata kuliah dengan
kompetensi lulusan • Ruang lingkup mata kuliah
02. Logika molekul organisme hidup dan nutrisi ikan
• Sifat khusus benda hidup • Makromolekul organik pada organisme
hidup • Sel • Fungsi biomolekul dalam sel • Keterkaitan biomolekul dengan zat gizi
pakan dan proses nutrisi dalam tubuh ikan
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL..................................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... ii
KATA PENGANTAR.................................................................................................. iii
RINGKASAN............................................................................................................... iv
PETA KEDUDUKAN MODUL .................................................................................. vi
DAFTAR ISI ................................................................................................................ vii
MODUL I ..................................................................................................................... 1
MODUL II .................................................................................................................... 6
MODUL III ................................................................................................................... 15
MODUL IV ................................................................................................................... 26
MODUL V .................................................................................................................... 39
MODUL VI .................................................................................................................. 53
MODUL VII ................................................................................................................. 62
MODUL VIII ............................................................................................................... 68
MODUL IX ................................................................................................................ 79
MODUL X.................................................................................................................... 98
LAMPIRAN : RANCANGAN PEMBELAJARAN BERBASIS SCL
Mata Kuliah : BIOKIMIA NUTRISI
LAPORAN
RANCANGAN PEMBELAJARAN BERBASIS SCL
Matakuliah: Biokimia Nutrisi
Oleh
Oleh
Dr. Ir. Siti Aslamyah, MP
Program Studi: Budidaya Perairan
Fakultas: Ilmu Kelautan dan Perikanan
Universitas Hasanuddin
Makassar
14 September 2007
DAFTAR ISI
No Hal
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Sampul
Halaman Pengesahan
Daftar Isi
Kompetensi Lulusan Kurikulum PS
Rancangan Pembelajaran Matakuliah
Tabel Rencana Penilaian Kinerja Mahasiswa
Kontrak Pembelajaran
Buku Panduan Kerja Keterampilan
Buku Pegangan Tutor
Buku Kerja Mahasiswa (Modul Praktikum)
Lembar Penilaian Indikator Pencapaian Kompetensi
Lembar Konsultasi
1
2
3
5
8
18
26
KOMPETENSI LULUSAN PROGRAM STUDI BUDIDAYA PERAIRAN
UNIVERSITAS HASANUDDIN
ELEMEN KOMPETENSI KELOMPOK
KOMPETENSI
No RUMUSAN KOMPETENSI
a b c d e
1 Pengembangan kepribadian dan interaksi ilmiah
√ √ KOMPETENSI UTAMA
2 Mengembangkan serta menerapkan ilmu dan teknologi Pakan kultivan (organisme akuakultur) pesisir
√ √ √
3 Rancang bangun prasarana dan sarana akuakultur bahari
√ √ √
4 Pembenihan dan pembesaran kultivan pesisir
√ √ √
5 Genetika dan pemuliabiakan kultivan pesisir
√ √ √
6 Kemampuan melakukan Penanganan terhadap penyakit dan parasit ikan
√ √ √
7 Manajemen kualitas air atau media kultivan pesisir
√ √ √
8 Mampu mengembangkan teknologi budidaya perairan yang berorientasi pada pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta pembangunan
√ √
9 Mampu menerapkan teknologi budidaya perairan pantai yang efisien, berwawasan lingkungan, dan berorientasi pasar
√ √ √
10 Menguasai dan terampil menerapkan ilmu dan teknologi budidaya perairan air tawar
√ √ √
11 Mampu bekerjasama dalam satu tim
√ √
12 Memiliki kemampuan komunikasi, leadership dan entrepreneurship
√ √ √
KOMPETENSI PENDUKUNG
13 Kemampuan untuk mengembangkan diri
√ √
KOMPETENSI LAINNYA
14 Mampu dan trampil menerapkan ilmu dan teknologi budidaya perairan, khususnya budidaya perairan
√ √
pantai
15 Mampu mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi budidaya perairan pantai seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi serta tuntutan pembangunan
√ √ √
ELEMEN KOMPETENSI :
a. Landasan kepribadian b. Penguasaan ilmu dan keterampilan c. Kemampuan berkarya d. Sikap dan perilaku dalam berkarya menurut tingkat keahlian berdasarkan ilmu
dan keterampilan yang dikuasai e. Pemahaman kaidah berkehidupan bermasyarakat sesuai dengan pilihan
keahlian dalam berkarya
RENCANA PEMBELAJARAN BERBASIS KBK
MATAKULIAH: BIOKIMIA NUTRISI
Kompetensi Utama: Kemampuan dalam menerapkan pengetahuan dasar proses biokimia nutrisi pada ikan (2)
Kompetensi Pendukung: Mampu bekerjasama dalam satu tim (11)
Memiliki kemampuan komunikasi, leadership, dan entrepreneurship (12)
Kompetensi Lainnya (Institusial): Mampu dan terampil menerapkan ilmu dan teknologi budidaya perairan, khususnya
budidaya perairan pantai (9)
MINGGU
KE :
MATERI
PEMBELA JARAN
BENTUK PEMBELA JARAN (Metode
SCL)
KOMPETENSI AKHIR SESI PEMBELAJARAN
IN
1 Pendahuluan: informasi kontrak dan rencana pembelajaran, keterkaitan MK dengan kompetensi lulusan, ruang lingkup MK
Kuliah interaktif
Memahami aturan main, mampu menjelaskan keterkaitan MK dengan kompetensi lulusan, memahami ruang lingkup MK
K
kem
2 Logika molekul organisme hidup dan nutrisi ikan
Kuliah+tugas kajian pustaka
Mampu menjelaskan sifat khusus benda hidup, makromolekul organik pada organisme hidup, sel, fungsi biomolekul dalam sel, serta keterkaitan biomolekul dengan zat gizi pakan dan kebutuhan nutrisi dalam tubuh ikan
Kmkekrkep
3-4 Karbohidrat Kuliah+kerja kelompok+diskusi+ tutorial
Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan karbohidrat, biokimia penting karbohidrat, metabolisme karbohidrat meliputi glikolisis, siklus asam sitrat, sistem transpor elektron, glikogenesis, dan glukoneogenesis
Kinked
5-6 Lipida
Kuliah+kerja kelompok+diskusi+ tutorial
Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta pengelompokan lipida, sifat-sifat lipida, metabolisme lipida meliputi lipolisis dan lipogenesis
Kinked
7-8 Protein
Kuliah+kerja kelompok+diskusi+ tutorial
Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan protein, struktur dan fungsi serta penggolongan asam amino, struktur peptida, metabolisme protein meliputi katabolisme dan sintesa protein
Kinked
9-10 Vitamin Kuliah+kerja kelompok+diskusi+ tutorial
.
Mampu menjelaskan pengelompokan vitamin, vitamin sebagai koenzim, peran vitamin dalam metabolisme, metabolisme vitamin yang larut dalam air, dan metabolisme vitamin yang larut dalam lemak
Kinked
11-12 Mineral Kuliah+kerja kelompok+diskusi+ tutorial
Mampu menjelaskan penggolongan mineral, distribusi mineral dalam organ dan jaringan, absorbsi, metabolisme, dan ekskresi mineral, fungsi biokimia dan pengaturan mineral dalam tubuh
Kinked
13 Asam nukleat
Kuliah+tugas kajian pustaka
Mampu menjelaskan struktur, jenis, dan fungsi asam nukleat, peran asam nukleat dalam sintesa protein dan sebagai koenzim
Kmkekrkep
14-15 Enzim
Kuliah+kerja kelompok+diskusi+ tutorial
Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan enzim, enzim sebagai protein, sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim, kenetika reaksi enzim dan faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim
Kinked
16 Metabolisme energi
Kuliah+tugas kajian pustaka
Mampu menjelaskan konsep bioenergitika, anabolisme dan katabolismetahapan pembentukan energi dari makanan, , energi bebas dan perangkaian reaksi eksegonik dengan endergonik, senyawa-
Kmkekrkep
senyawa berenergi tinggi, dan pengontrolan metabolisme
NAMA MATA KULIAH: BIOKIMIA NUTRISI
KODE/NAMA DOSEN: Dr. Ir. Siti Aslamyah, MP.
JUMLAH PESERTA: 35 Orang
JURUSAN: PERIKANAN
EVALUASI KOMPETENSI AKHIR SESI PEMBELAJARAN
Memahami aturan main, mampu menjelaskan keterkaitan MK dengan kompetensi lulusan,
memahami ruang lingkup MK (10%)
Mampu menjelamakromolekul o
sel, fungsi bketerkaitan biomdan kebutuhan
No NIM NAMA MAHASISWA
Keaktifan
Kemampuan menjelaskan
Kemampuan menjelaskan
Kk
EVALUASI KOMPETENSI AKHIR SESI PEMBELAJARAN
Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan karbohidrat,
biokimia penting karbohidrat, metabolisme karbohidrat meliputi
glikolisis, siklus asam sitrat, sistem transpor elektron, glikogenesis, dan
glukoneogenesis (10%)
Mampu mserta pe
lipida, me
No NIM NAMA MAHASISWA
Kelengkapan informasi
Kerjasama kelompok
Keaktifan dan kreativitas
Kelengkapinformasi
EVALUASI KOMPETENSI AKHIR SESI PEMBELAJARAN
Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan protein, struktur dan fungsi serta penggolongan asam amino,
struktur peptida, metabolisme protein meliputi katabolisme dan sintesa protein
(10%)
Mampuvitam
peranmetaboair, dan m
No NIM NAMA MAHASISWA
Kelengkapan informasi
Kerjasama kelompok
Keaktifan dan kreativitas
Kelengkainformasi
EVALUASI KOMPETENSI AKHIR SESI PEMBELAJARAN
Mampu menjelaskan penggolongan mineral, distribusi mineral dalam organ dan jaringan, absorbsi, metabolisme, dan ekskresi mineral, fungsi biokimia
dan pengaturan mineral dalam tubuh (10%)
Mampu mfungsi asam
dalam s
No NIM NAMA MAHASISWA
Kelengkapan informasi
Kerjasama kelompok
Keaktifan dan kreativitas
Kemampuamenjelaska
EVALUASI KOMPETENSI AKHIR SESI PEMBELAJARAN
Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan enzim, enzim sebagai protein, sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim, kenetika reaksi enzim dan faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim (10%)
Mambioen
katabolienergi dari
perangkaendergonik
tinggi, da
No NIM NAMA MAHASISWA
Kelengkapan informasi
Kerjasama kelompok
Keaktifan dan kreativitas
Kemampuamenjelaska
KONTRAK PEMBELAJARAN
Nama Mata Kuliah: Biokimia nutrisi
Pembelajar: Dr. Ir. Siti Aslamyah, MP.
Semester: IV
Hari Pertemuan/Jam: Rabu/ 13.50 – 15.30
Tempat Pertemuan: LT 1
1. MANFAAT MATA KULIAH
• Pertumbuhan ikan atau hewan akuatik lainnya sangat ditentukan oleh adanya keseimbangan asupan nutrisi pakan dan kebutuhan metabolisme tubuh. Asupan nutrisi pakan yang kurang berdampak pada tidak terpenuhinya kebutuhan metabolisme tubuh, sebaliknya asupan nutrisi pakan yang berlebih menyebabkan ketersedian nutrien melebihi kebutuhan metabolisme sehingga tidak efisien dan berpengaruh pada kualitas media budidaya.
• Mata kuliah ini, juga menunjang pencapaian salah satu tujuan khusus program studi budidaya perairan yaitu menjadikan luaran yang mempunyai kompetensi dalam hal mengembangkan serta menerapkan ilmu dan teknologi pakan kultivan (organisme akuakultur) pesisir
• Oleh sebab itu, mata kuliah ini ditawarkan untuk membantu mahasiswa memperoleh pemahaman yang komprehensif tentang biokimia nutrisi yang dapat digunakan dalam pekerjaannya, terutama dalam manajemen dan teknologi pakan
2. DESKRIPSI MATA KULIAH
Mata kuliah ini membahas tentang logika molekul organime hidup, kebutuhan dan metabolisme nutrisi ikan, konsep biokimia dan faktor-faktor yang meregulasi metabolisme energi dalam tubuh hewan akuatik.
3. TUJUAN PEMBELAJARAN
Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa diharapkan :
• Memahami aturan main, mampu menjelaskan keterkaitan MK dengan kompetensi lulusan, memahami ruang lingkup MK
• Mampu menjelaskan sifat khusus benda hidup, makromolekul organik pada organisme hidup, sel, fungsi biomolekul dalam sel, serta keterkaitan biomolekul dengan zat gizi pakan dan kebutuhan nutrisi dalam tubuh ikan
• Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan karbohidrat, biokimia penting karbohidrat, metabolisme karbohidrat meliputi glikolisis, siklus asam sitrat, sistem transpor elektron, glikogenesis, dan glukoneogenesis
• Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta pengelompokan lipida, sifat-sifat lipida, metabolisme lipida meliputi lipolisis dan lipogenesis
• Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan protein, struktur dan fungsi serta penggolongan asam amino, struktur peptida, metabolisme protein meliputi katabolisme dan sintesa protein
• Mampu menjelaskan pengelompokan vitamin, vitamin sebagai koenzim, peran vitamin dalam metabolisme, metabolisme vitamin yang larut dalam air, dan metabolisme vitamin yang larut dalam lemak
• Mampu menjelaskan penggolongan mineral, distribusi mineral dalam organ dan jaringan, absorbsi, metabolisme, dan ekskresi mineral, fungsi biokimia dan pengaturan mineral dalam tubuh
• Mampu menjelaskan struktur, jenis, dan fungsi asam nukleat, peran asam nukleat dalam sintesa protein dan sebagai koenzim
• Mampu menjelaskan struktur dan fungsi serta penggolongan enzim, enzim sebagai protein, sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim, kenetika reaksi enzim dan faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim
• Mampu menjelaskan konsep bioenergitika, anabolisme dan katabolismetahapan pembentukan energi dari makanan, , energi bebas dan perangkaian reaksi eksegonik dengan endergonik, senyawa-senyawa berenergi tinggi, dan pengontrolan metabolisme
4. ORGANISASI MATERI
01. Pendahuluan 02. Logika molekul
organisme hidup dan nutrisi ikan
08. Asam nukleat 09. Enzim
10. Metabolisme energi
03. Karbohidrat
04. Lipida
05. Protein 07. Mineral
06. Vitamin
5. STRATEGI PEMBELAJARAN
Metode perkuliahan yang digunakan pada mata kuliah ini adalah metode ceramah/kuliah, kajian pustaka, kerja kelompok, presentase, diskusi, dan tutorial. Ceramah dilakukan selama satu jam perkuliahan dan dilanjutkan dengan presentase dan diskusi selama satu jam perkuliahan, sedangkan kajian pustaka, kerja kelompok, dan tutorial dilakukan diluar jadwal perkuliahan. Selain itu, mahasiswa juga wajib mengikuti praktikum sebanyak satu kali seminggu selama dua jam.
6. MATERI/BAHAN BACAAN
Brody S. 1974. Bioenergetics and Growth with Special Reference to Efficiency Complex in Domestic Animals. London: Collier-McMillan Publ.
Hepher B. 1990. Nutrition of Pond Fishes. New York: Cambridge University Press.
Houlihan D, Bounjard T, Jobling M. 2001. Food Intake in Fish. Oxford : Osney Mead, Blackwell Science Ltd.
Lehninger. 1999. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawijaya M., penerjemah. .Jakarta : Penerbit Erlangga.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 1999. Biokimia Harper. Hartono A, penterjemah; Santoso AH, editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Piliang WG. 2006. Fisiologi Nutrisi. Bogor : IPB Press.
Stipanuk MH. 2000. Biochemical and Physiological aspects of Human Nutrition. Philadelphia, PA 19106: W.B. Saunders Company. An Imprint of Elsevier Science. The Curtis Center Independence Square West,.
Stryer L. 2000. Biokimia. Tim penerjemah bagian biokimia FKUI, penterjemah; Soebianto SZ, Setiadi E., Editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Watanabe T. 1988. Fish Nutrition and Mariculture. JICA textbook the general aquaculture course. Tokyo: Departement of Aquatic Biosciences, Tokyo University of Fisheries.
7. TUGAS
• Mahasiswa harus membaca bahan bacaan sebelum mengikuti setiap perkuliahan
• Menyerahkan / membuat tugas kajian pustaka dan hasil kerja kelompok. • Mahasiswa harus mengikuti uji kompetensi keseluruhan bahan ajar yang
dilaksanakan diluar jadwal perkuliahan. • Mahasiswa harus mengikuti praktikum bagi yang pertama kali mengambil
mata kuliah ini. Mahasiswa yang mengulang tidak diharuskan mengikuti praktikum, jika praktikum untuk mata kuliah ini telah dilulusi dengan dibuktikan oleh nilai praktikum dari koordinator praktikum/mata kuliah
8. KRITERIA PENILAIAN
• Penilaian hasil belajar akan dilakukan oleh pengajar dengan menggunakan standar PAN yaitu berdasarkan distribusi normal nilai pada satu kelas.
• A = > rata-rata + 1,5 SD • B = (rata-rata + 0,5 SD) s.d (rata-rata + 1 SD) • C = rata-rata ± 0,5 SD • D = (rata-rata – 1 SD) s.d ( rata-rata – 0,5 SD) • E = < rata-rata – 1,5 SD
Hal-hal yang menjadi faktor penilaian kelulusan pada mata kuliah ini adalah
• Kelengkapan informasi; kemutahiran bahan pustaka 20% • Kemampuan menjelaskan 20% • Keaktifan dan kreativitas 20% • Kerjasama kelompok 10% • Uji kompetensi keseluruhan bahan ajar 20% • Praktikum 10%
9. NORMA AKADEMIK
1. Mahasiswa harus berpakaian rapih dan bersepatu 2. Mahasiswa tidak diperkenankan terlambat dan ribut dalam kelas 3. Wajib membaca materi yang akan disajikan pada pertemuan berikutnya
10. JADWAL PEMBELAJARAN
No.
Pokok Bahasan
Sub-Pokok Bahasan
Metode SCL Dosen
1 3 4 5 6
1
2.
3-4
Pendahuluan
Logika molekul organisme hidup dan nutrisi ikan
- Informasi kontrak dan rencana pembelajaran
- Keterkaitan MK dengan kompetensi lulusan
- Ruang lingkup MK
- Sifat khusus benda hidup
- Makromolekul organik pada organisme hidup
- Sel - Fungsi
biomolekul dalam sel
- Keterkaitan biomolekul dengan zat gizi pakan dan kebutuhan nutrisi dalam tubuh ikan
Kuliah interaktif
Kuliah+tugas kajian pustaka
Kuliah+kerja
H
H
H
5-6
7-8
9-10
Karbohidrat
Lipida
Protein
Vitamin
- Struktur dan fungsi karbohidrat
- Penggolongan karbohidrat
- Biokimia penting karbohidrat
- Metabolisme karbohidrat meliputi glikolisis, siklus asam sitrat, sistem transpor elektron, glikogenesis, dan glukoneogenesis
- Struktur dan fungsi lipida
- Pengelompokan lipida
- Sifat-sifat lipida
- Metabolisme lipida meliputi lipolisis dan lipogenesis
- Struktur dan fungsi protein
- Penggolongan protein
- Struktur dan fungsi asam amino
- Penggolongan asam amino
- Struktur peptida
- Metabolisme protein meliputi katabolisme
kelompok+diskusi+tutorial
Kuliah+kerja kelompok+diskusi+tut
orial
Kuliah+kerja kelompok+diskusi+tut
orial
PBL+presentasi
ES
ES
Z
11-12
13
14-15
Mineral
Asam nukleat
Enzim
dan sintesa protein
- Pengelompokan vitamin
- Vitamin sebagai koenzim
- Peran vitamin dalam metabolisme
- Metabolisme vitamin yang larut dalam air
- Metabolisme vitamin yang larut dalam lemak
- Penggolongan mineral
- Distribusi mineral dalam organ dan jaringan
- Absorbsi, metabolisme, dan ekskresi mineral
- Fungsi biokimia dan pengaturan mineral dalam tubuh
- Struktur asam nukleat
- Jenis dan fungsi asam nukleat.
- Peran asam nukleat dalam sintesa protein
- Peran asam nukleat sebagai
PBL+presentasi
Kuliah+tugas kajian pustaka
Kuliah+kerja kelompok+diskusi+tut
orial
Z
SA
SA
16
Metabolisme energi
koenzim
- Struktur dan fungsi enzim
- Penggolongan enzim
- Enzim sebagai protein
- Sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim
- Kenetika reaksi enzim
- Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim
- Konsep bioenergitika
- Anabolisme dan katabolisme
- Tahapan pembentukan energi dari makanan
- Energi bebas dam perangkaian reaksi eksegonik dengan endergonik
- Senyawa-senyawa berenergi tinggi
- Pengontrolan metabolisme
Kuliah+tugas kajian pustaka
SA
MODUL I
Judul : Pendahuluan
BAB I. Pendahuluan
A. Latar Belakang
Ilmu biokimia bertujuan untuk mempelajari sifat-sifat zat-zat kimia yang
terdapat dalam jasad hidup, senyawa yang diproduksi, serta fungsi dan
transformasi zat-zat kimia tersebut, selanjutnya menelaah transformasi tersebut
berhubungan dengan aktivitas kehidupan.
Berbagai penelitian yang telah dilakukan pada sel hidup menunjukkan
bahwa sel hidup tidak lain adalah kumpulan zat tak hidup (inanimate matter).
Zat ini dapat diisolasi dan dipelajari dengan berbagai cara kimia dan fisika,
seperti yang dilakukan pada senyawa kimia. Di dalam sel hidup, zat tersebut
bercampur, bereaksi, dan berinteraksi satu dengan yang lainnya membentuk
suatu susunan yang rumit tetapi terorganisasi dengan rapi.
Di dalam ilmu biokimia, memahami bagaimana kumpulan zat tak hidup itu
bercampur, bereaksi, dan berinteraksi menghasilkan zat yang disebut hidup. Hal
yang berkaitan dengan tujuan tersebut adalah mempelajari dan menyelidiki
kehidupan yang pertama kali terjadi di masa silam di atas bumi. Di dalam
biokimia dipelajari proses kimia yang terjadi dalam zat hidup. Jadi semua hukum
kimia dan fisika yang berlaku dalam proses kimia juga berlaku pada zat hidup,
atau dengan kata lain, proses biologi mengikuti prinsip kimia dan fisika. Disini,
molekul kimia yang terdapat di dalam zat hidup tidak hanya bercampur dan
bereaksi membentuk biomolekul dan berbagai komponen zat hidup lainnya,
tetapi juga mengadakan interaksi satu dengan lainnya mengikuti prinsip lain dari
hukum kimia dan fisika yang telah dikenal. Prinsip tersebut disebut “Prinsip Asas
Logika Molekul Zat Hidup” (Principles of Molecular Logic of Living State).
Biokimia nutrisi mempelajari pemanfaatan nutrisi dalam tubuh organisme,
gagasan baru dalam produksi pakan dapat berhasil apabila proses biokimia
dapat dimengerti dengan baik.
B. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul pendahuluan meliputi :
a. Informasi kontrak pembelajaran
b. Keterkaitan mata kuliah dengan kompetensi lulusan
c. Ruang lingkup mata kuliah
C. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul pendahuluan dalam mata kuliah biokimia
nutrisi. Modul pendahuluan diberikan sebelum mahasiswa mempelajari modul
logika molekul organisme hidup dan nutrisi ikan, karbohidrat, lipida, protein,
vitamin, mineral, asam nukleat, enzim, dan metabolisme energi.
D. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
pendahuluan ini mahasiswa budidaya perairan memahami aturan main, mampu
menjelaskan keterkaitan mata kuliah dengan kompetensi lulusan, dan
memahami ruang lingkup mata kuliah.
BAB II. Pembelajaran
A. Informasi Kontrak Pembelajaran
Kontrak pembelajaran mata kuliah biokimia tertuang pada Rancangan
Pembelajaran Mata Kuliah (Lampiran).
B. Keterkaitan Mata Kuliah dengan Kompetensi Lulusan
Mata kuliah biokimia nutrisi menunjang pencapaian salah satu tujuan
khusus program studi budidaya perairan yaitu menjadikan luaran yang
mempunyai kompetensi dalam hal mengembangkan serta menerapkan ilmu dan
teknologi pakan kultivan (organisme akuakultur) pesisir.
C. Ruang Lingkup Mata Kuliah
Mata kuliah biokimia nutrisi membahas tentang logika molekul organime
hidup, kebutuhan dan metabolisme nutrisi ikan, konsep biokimia dan faktor-faktor
yang meregulasi metabolisme energi dalam tubuh hewan akuatik.
Pokok bahasan mata kuliah meliputi pendahuluan, logika molekul
organisme hidup dan nutrisi ikan, karbohidrat, lipida, protein, vitamin, mineral,
asam nukleat, enzim, dan metabolisme energi.
Sub-pokok bahasan pada modul pendahuluan informasi kontrak dan
rencana pembelajaran, keterkaitan mata kuliah dengan kompetensi lulusan,
dan ruang lingkup mata kuliah.
Sub-pokok bahasan pada modul logika molekul organisme hidup dan
nutrisi ikan meliputi sifat khusus benda hidup, makromolekul organik pada
organisme hidup, sel, fungsi biomolekul dalam sel, serta keterkaitan biomolekul
dengan zat gizi pakan dan proses nutrisi dalam tubuh ikan
Sub-pokok bahasan pada modul karbohidrat adalah struktur karbohidrat,
fungsi karbohidrat, penggolongan karbohidrat, biokimia penting karbohidrat, dan
metabolisme karbohidrat meliputi glikolisis, siklus asam sitrat, sistem transpor
elektron, glikogenesis, dan glukoneogenesis
Sub-pokok bahasan pada modul lipida adalah struktur lipida, fungsi lipida,
pengelompokan lipida, sifat-sifat lipida, dan metabolisme lipida meliputi lipolisis
dan lipogenesis.
Sub-pokok bahasan pada modul protein adalah struktur protein, fungsi
protein, penggolongan protein, struktur asam amino, fungsi asam amino,
penggolongan asam amino, struktur peptida, dan metabolisme protein meliputi
katabolisme dan sintesa protein
Sub-pokok bahasan pada modul vitamin meliputi pengelompokan vitamin,
vitamin sebagai koenzim, peran vitamin dalam metabolisme, metabolisme
vitamin yang larut dalam air, dan metabolisme vitamin yang larut dalam lemak.
Sub-pokok bahasan pada modul mineral meliputi penggolongan mineral,
distribusi mineral dalam organ dan jaringan, absorbsi, metabolisme, dan ekskresi
mineral, serta fungsi biokimia dan pengaturan mineral dalam tubuh.
Sub-pokok bahasan pada modul asam nukleat meliputi struktur asam
nukleat, jenis dan fungsi asam nukleat, peran asam nukleat dalam sintesa protein,
serta peran asam nukleat sebagai koenzim.
Sub-pokok bahasan pada modul enzim meliputi struktur dan fungsi enzim,
penggolongan enzim, enzim sebagai protein, sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim,
kinetika reaksi enzim, serta faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim.
Sub-pokok bahasan pada modul terakhir pada mata kuliah biokimia nutrisi
adalah metabolisme energi meliputi konsep bioenergetika, anabolisme dan
katabolisme, tahapan pembentukan energi dari makanan, energi bebas dan
perangkaian reaksi eksegonik dengan endergonik, senyawa-senyawa berenergi
tinggi, dan pengontrolan metabolisme.
BAB III. Penutup
Pemahaman tentang bagaimana kumpulan zat tak hidup bercampur,
bereaksi, dan berinteraksi menghasilkan zat yang disebut hidup merupakan dasar
dalam mempelajari organisme sebagai zat hidup yang utuh. Hal penting lain
yang perlu dipahami adalah keterkaitan zat-zat tak hidup tersebut dengan
kebutuhan zat gizi atau nutrisi.
Pengetahuan tentang ilmu biokimia nutrisi dapat diaplikasikan dalam
memahami pertumbuhan, perkembangan, dan reproduksi ikan atau hewan
akuatik lainnya. Hal ini disebabkan oleh pertumbuhan, perkembangan, dan
reproduksi ikan atau hewan akuatik lainnya sangat ditentukan oleh adanya
keseimbangan asupan nutrisi pakan dan kebutuhan metabolisme tubuh. Asupan
nutrisi pakan yang kurang berdampak pada tidak terpenuhinya kebutuhan
metabolisme tubuh, sebaliknya asupan nutrisi pakan yang berlebih
menyebabkan ketersedian nutrien melebihi kebutuhan metabolisme sehingga
tidak efisien.
DAFTAR PUSTAKA
Brody S. 1974. Bioenergetics and Growth with Special Reference to Efficiency Complex in Domestic Animals. London: Collier-McMillan Publ.
Campbell PN,. Smith AD. 1982. Biochemistry illustrated. Edinburg London Melbourne and New York.
Girindra, A. 1993. Biokimia I. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Hepher B. 1990. Nutrition of Pond Fishes. New York: Cambridge University Press.
Houlihan D, Bounjard T, Jobling M. 2001. Food Intake in Fish. Oxford : Osney Mead, Blackwell Science Ltd.
Haryati, 1998. Karbohidrat. Tugas matakuliah teknik penelitian biokimia. Bogor : Program Pascasarjana, IPB
Lehninger. 1999. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawijaya M., penerjemah. .Jakarta : Penerbit Erlangga.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 1999. Biokimia Harper. Hartono A, penterjemah; Santoso AH, editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Anwar HM, Piliang WG. 1992. Biokimia dan Fisiologi Gizi. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Piliang WG, Al Haj SDj. 2006. Fisiologi Nutrisi. Bogor : Penerbit IPB Press.
Stipanuk MH. 2000. Biochemical and Physiological aspects of Human Nutrition. Philadelphia, PA 19106: W.B. Saunders Company. An Imprint of Elsevier Science. The Curtis Center Independence Square West,.
Stryer L. 2000. Biokimia. Tim penerjemah bagian biokimia FKUI, penterjemah; Soebianto SZ, Setiadi E., Editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Soedarmo Dj. 1989. Biokimia Umum II. Bahan Pengajaran. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Tacon, AGJ. 1991. Vitamin nutrition in shrimp and fish. Dalam Akiyama, A.M and Tan, R.K.H. (editor). Proceedings of the aquaculture, feed processing and nutriton workshop.
Watanabe T. 1988. Fish Nutrition and Mariculture. JICA textbook the general aquaculture course. Tokyo: Departement of Aquatic Biosciences, Tokyo University of Fisheries.
MODUL II
Judul : Logika Molekul Organisme Hidup dan Nutrisi Ikan
BAB I. Pendahuluan
A. Latar Belakang
Tubuh organisme hidup termasuk ikan tersusun dari beberapa unsur yang
bergabung membentuk sejumlah besar molekul. Karbon, oksigen, hidrogen, dan
nitrogen merupakan konstituen utama sebagian besar biomolekul. Fosfat
merupakan komponen asam nukleat serta molekul lainnya dan juga tersebar
secara luas dalam bentuk terionisasi di dalam tubuh organisme. Kalsium
memainkan peranan penting dalam banyak sekali proses biologik dan menjadi
pusat perhatian banyak riset.
Sel merupakan unit fundamental biologi. Sel mengandung sejumlah
organel yang memiliki banyak fungsi khusus. Secara kimiawi sel terdiri atas
biomolekul dan faktor pertumbuhan lain, yaitu vitamin dan mineral. Biomolekul
utama yang kompleks ditemukan dalam sel dan jaringan organisme, yaitu
Dioksinukleic Acid (DNA), Ribonukleic Acid (RNA), protein, polisakarida, dan lipid.
Molekul yang kompleks ini dibangun dari molekul sederhana, seperti
deoksinukleotida, ribonukleotida, asam amino, glukosa, dan asam lemak.
Biomolekul yang terdapat dalam benda hidup berbeda dari senyawa
kimia yang ada disekelilingnya (O2, CO2, N2, garam anorganik, ion-ion logam, dan
lain-lain), karena berat molekulnya yang jauh lebih besar dan strukturnya yang
kompleks. Meskipun unsur-unsur yang membentuknya tidak berbeda. Kualitas zat
gizi dari makanan yang dimakan oleh organisme hidup, sangat menentukan
kualitas biomolekul yang terkandung dalam sel organisme hidup.
B. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul logika molekul organisme hidup
dan nutrisi ikan meliputi :
a. Sifat khusus benda hidup
b. Makromolekul organik pada organisme hidup
c. Sel
d. Fungsi biomolekul dalam sel
e. Keterkaitan biomolekul dengan zat gizi pakan dan kebutuhan nutrisi dalam
tubuh ikan
C. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul ke-2 setelah mahasiswa mempelajari aturan
main, keterkaitan mata kuliah biokomia nutrisi dengan kompetensi lulusan, dan
ruang lingkup mata kuliah, serta sebelum mahasiswa mempelajari modul
karbohidrat, lipida, protein, vitamin, mineral, asam nukleat, enzim, dan
metabolisme energi.
D. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai logika molekul organisme hidup dan nutrisi ikan, mahasiswa budidaya
perairan mampu menjelaskan tentang sifat khusus benda hidup, makromolekul
organik pada organisme hidup, sel, fungsi biomolekul dalam sel, serta
keterkaitannya dengan zat gizi pakan dan proses nutrisi dalam tubuh ikan.
BAB II. Pembelajaran
A. Sifat khusus benda hidup
Organisme hidup mempunyai beberapa sifat khusus yang mencirikannya
sebagai benda hidup. Pertama, di antara sifat yang nyata dari organisme hidup
adalah sifat kompleks dan terorganisasi secara baik. Kedua, tiap komponen
organisme hidup mempunyai fungsi dan tujuan tertentu. Ketiga, organisme hidup
mempunyai kemampuan untuk mengekstrak, mengubah, dan menggunakan
energi lingkungannya dalam bentuk zat gizi organik atau energi sinar matahari.
Energi ini digunakan oleh organisme hidup untuk membangun dan
mempertahankan struktur kompleksnya. Organisme hidup tidak pernah berada
dalam keadaan seimbang di dalam dirinya atau dengan lingkungannya. Sifat
yang paling istimewa dari organisme hidup adalah kemampuannya alam
melakukan replikasi secara tepat.
B. Makromolekul organik pada organisme hidup
Senyawa kimia utama yang terdapat dalam jasad hidup adalah senyawa
organik karbon. Atom karbon tersebut akan berikatan dengan karbon, hidrogen,
oksigen dan nitrogen. Ikatan antar atom karbon tersebut dapat membentuk
struktur tulang karbon berantai lurus, bercabang dan siklik.
NH2 O
| |
– C – C – C – C – OH
|
H
Molekul yang terdapat dalam jasad hidup tersebut disebut biomolekul.
Biomolekul utamanya terdapat di dalam sel merupakan molekul organik yang
sangat besar, yaitu protein, asam nukleat, polisakarida, dan lipid. Keempat
molekul tersebut disebut makromolekul, di mana tiap-tiap makromolekul terdiri
atas unit-unit pembangun yang lebih kecil.
Protein tersusun atas 21 macam asam amino. Semua asam amino
mengandung gugus karboksil dan gugus amino yang terikat pada atom karbon
yang sama. Gugus lainnya disebut gugus R, gugus ini berlainan antara asam
amino yang satu dengan yang lain.
NH2 O
| |
R – C – C – C – OH
|
H
Asam nukleat terdiri atas unit monomer nukleotida. Asam nukleat
dibangun oleh 8 macam nukleotida, 4 macam pembentuk DNA dan 4 macam
pembentuk RNA. Perbedaan antara DNA dan RNA adalah pada basa dan
gulanya. DNA mengandung basa adenin, guanin, timin, sitosin, dan gula
deoksiribosa, sedangkan RNA mengandung basa adenin, guanin, urasil, sitosin,
dan gula ribosa.
Polisakarida seperti selulosa, pati dan glikogen terdiri atas unit yang lebih
kecil, yaitu monosakarida-monosakarida. Lipida, baik yang padat maupun cair
mengandung gliserol yang membentuk ester dengan berbagai asam lemak.
Protein dan asam nukleat merupakan makromolekul yang terdiri atas unit
monomer yang tidak sama, oleh karena itu untuk membuat makromolekul itu
serupa setiap dirakit, diperlukan pengarahan yang tepat yang disebut
pengarahan genetik.
C. Sel
1. Dasar-dasar Kehidupan Sel
Bermacam-macam proses biokimia terjadi di dalam sel dan setiap proses
ini mengikut sertakan suatu seri reaksi kimia. Dari substansi kecil yang sederhana,
sel membangun molekul-molekul besar yang merupakan karakteristik organisme
hidup. Molekul-molekul besar tersebut adalah protein, karbohidrat dan lipid.
Seluruh proses sintesa tersebut disebut anabolisme. Di dalam sel juga terjadi
proses sebaliknya yaitu molekul-molekul yang kompleks tersebut didegradasi atau
dipecah menjadi bagian atau senyawa yang lebih sederhana yang disebut
katabolisme. Katabolisme dan anabolisme, keduanya disebut metabolisme.
2. Bagian-bagian Sel dan Fungsinya
Struktur sel secara garis besar disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur sel secara garis besar
Membran sel disebut juga dengan membran plasma atau membran
sitoplasma. Membran tersebut bersifat permeabel. Air sangat mudah keluar
masuk sel, sedangkan cairan lainnya memerlukan fasilitas tertentu untuk
mekanisme transpor yang spesifik, misalnya larutan glukosa memerlukan protein
spesifik sebagai pembawa carrier.
Cytosol, adalah larutan media yang terletak di dalam sel di antara
organel-organel. Cytosol merupakan gudang karbohidrat, yaitu glikogen pada
hewan dan pati pada tanaman. Di dalam cytosol juga terdapat enzim yang
akan mengkatabolisasi glikogen menjadi glukosa, membentuk piruvat dan
senyawa-senyawa lainnya. Cytosol menyediakan piruvat untuk mitokhondria.
Lisosom, mengandung berbagai jenis enzim pencerna, seperti enzim yang
akan menghidrolisa protein, polisakrida dan lipid sel sedangkan Ribosom,
mengandung asam ribonukleat yang berfungsi mensintesa protein sel
Mitokhondria, merupakan pabrik energi sel, mengandung berbagai enzim
yang akan mengkatalisis zat makanan organik oleh molekul oksigen untuk
menghasilkan karondioksida dan air serta energi kimia. Energi kimia yang
dibebaskan dipergunakan untuk menghasilkan ATP (Adenosin Tri Phosphat), suatu
molekul pembawa energi utama sel.
Retikulum endoplasmik, terdiri atas retikulum endoplasmik kasar dan
retikulum endoplasmik halus. Pada retikulum endoplasmik kasar permukaan
membran dipenuhi oleh ribosom yang terlibat dalam biosintesa protein. Protein
yang disintesa akan disimpan sementara di dalam sel atau diangkut keluar sel.
Retikulum endoplasmik halus tidak dilengkapi ribosom, berperan di dalam
biosintesa lipid dan tempat menyimpan enzim yang belum aktif seperti zymogen
(prekusor enzim).
Inti sel, tempat terjadinya replikasi senyawa genetik (DNA), oleh karena itu
inti sel dianggap sebagai pusat kontrol dari pada sel. Di dalam inti sel juga
disintesa NAD (nicotinamide adenin dinucleotide). Bermacam-macam reaksi
oksidasi dan reduksi dapat terjadi jika enzim yang berfungsi terhadap reaksi
tersebut ditemani oleh NAD, oleh karena itu substansi tersebut disibut coenzyme.
D. Fungsi biomolekul dalam sel
Protein berasal dari bahasa Yunani “Proteos” yang artinya utama. Protein
merupakan bagian terbesar dari mahluk hidup yang mempunyai fungsi biologis
yang sangat penting. Banyak protein yang mempunyai aktivitas katalitik spesifik
dan berfungsi sebagai enzim. Protein yang lain berfungsi sebagai unsur struktural
di dalam sel dan jaringan. Dalam bentuk hormon, protein berfungsi sebagai
pengatur (regulator) dan dalam bentuk haemoglobin, protein berfungsi sebagai
media transport
Asam nukleat terdiri atas DNA (asam deoksiribonukleat = deoxyribonukleic
acid) dan RNA (asam ribonukleat = Ribonucleic acid) adalah merupakan
senyawa yang berfungsi sebagai penyimpan, transmisi, dan penterjemah sinyal
genetik dalam biosintesis protein. DNA berperan sebagai informasi genetik,
sedangkan RNA menerjemahkan bentuk protein yang dikehendaki.
Polisakarida mempunyai dua fungsi utama, pati merupakan penyimpan
bahan bakar penghasil energi dan selulosa berfungsi sebagai unsur struktural
bagian luar sel. Lipid memegang dua peranan utama, sebagai komponen
struktural utama membran sel, yaitu menjaga permeabilitas membran sel dan
sebagai simpanan energi.
E. Keterkaitan biomolekul dengan zat gizi makanan dan kebutuhan nutrisi dalam tubuh ikan
Makanan (diet) menggambarkan komposisi nutrisi yang dibutuhkan. Zat
makanan yang dibutuhkan meliputi protein, lemak, karbohidrat, vitamin, dan
mineral. Kebutuhan zat makanan antara lain bergantung pada umur (ukuran),
jenis, dan kondisi fisiologi ikan.
Zat makanan yang dikonsumsi tersebut akan mengalami : (1) proses
pencernaan, (2) penyerapan dan (3) metabolisme dan ekskresi.
1. Proses pencernaan
karbohidrase
Karbohidrat monosakarida
protease
Protein asam amino
Lipase
Lemak asam lemak + gliserol
2. Proses penyerapan
Protein
- Bentuk penyerapan
Larva : makro molekul (mis:dipeptida, tripeptida)
Umum : asam amino
- Lokasi penyerapan : mulai usus bagian tengah, pada larva proses
penyerapan terjadi di rektum
- proses : pinositosis
Lemak
- bentuk penyerapan : asam lemak +gliserol
- lokasi penyerapan : mulai usus bagian tengah
- proses penyerapan : pinositosis
Karbohidrat
- bentuk penyerapan : glukosa
- lokasi penyerapan : mulai usus bagian tengah
- proses penyerapan : transport aktif
Vitamin dan mineral
Berdasarkan kelarutannya, vitamin terdiri atas dua kelompok, yaitu vitamin
yang larut dalam air (vitamin B dan C) dan vitamin yang larut dalam lemak
vitamin (A, D, E, dan K). Proses penyerapan vitamin yang larut dalam air,
bersamaan dengan masuknya air ke dalam membran sel baik secara difusi
sederhana maupun osmosis. Vitamin-vitamin yang larut dalam lemak akan
diserap oleh dinding usus (enterosit) bersamaan dengan diserapnya asam lemak.
Dengan demikian, semakin banyak asam lemak yang diserap oleh tubuh maka
jumlah vitamin A, D, E, dan K dalam tubuh akan lebih banyak.
Mineral yang terkandung di dalam pakan setelah melalui proses
pencernaan sebagian akan larut dalam air bersaman dengan terserapnya air,
mineral tersebut akan masuk ke dalam sel melalui membran sel epitel (enterosit).
Masuknya beberapa jenis mineral ke dalam sel epitel dapat berlangsung melalui
transpor aktif.
3. Metabolisme dan ekskresi
Makanan yang diabsorbsi sebagian akan dipecah atau dikatabolisme
untuk menghasilkan energi. Sisanya akan disimpan atau mengalami anabolisme
misalnya dihasilkan glikogen atau trigliserida, yang merupakan cadangan energi
apabila dibutuhkan.
Glukosa dan lemak akan dikatabolisme sempurna yang menghasilkan
karbondioksida, air, dan energi. Katabolisme protein selain menhhasilkan karbon
dioksida, air, dan tenaga juga akan dihasilkan NH3 dan asam urik yang masih
mengandung energi. Pada ikan, sisa metabolisme protein tersebut 80% dalam
bentuk NH3.
Vitamin-vitamin yang diserap tersebut akan digunakan sebagai koenzim.
Koenzim memiliki peranan penting sebagai biokatalisator pada berbagai proses
metabolisme. Vitamin yang larut dalam air akan diekskresikan lewat urin,
sedangkan vitamin yang larut dalam lemak akan diekskresikan lewat feses.
Mineral-mineral selain akan digunakan sebagai material pada proses
biosintesis (komponen tulang, sel darah merah dan lain-lain) juga akan digunakan
untuk mempertahankan tekanan osmotik cairan tubuh.
BAB III. Penutup
Biomolekul utama dalam sel dan jaringan organisme adalah DNA yang
dibangun oleh deoksinukleotida, RNA dibangun oleh ribonukleotida, protein
dibangun oleh asam amino, polisakarida dibangun oleh glukosa, dan lipid.
dibangun oleh asam lemak.
Sifat khusus organisme hidup adalah sifat kompleks dan terorganisasi
secara baik, tiap komponen organisme hidup mempunyai fungsi dan tujuan
tertentu, mempunyai kemampuan untuk mengekstrak, mengubah, dan
menggunakan energi lingkungannya dalam bentuk zat gizi organik atau energi
sinar matahari, organisme hidup tidak pernah berada dalam keadaan seimbang
di dalam dirinya atau dengan lingkungannya, dan kemampuannya dalam
melakukan replikasi secara tepat.
Protein mempunyai aktivitas katalitik spesifik dan berfungsi sebagai enzim,
sebagai unsur struktural di dalam sel dan jaringan, protein hormon berfungsi
sebagai pengatur (regulator), protein haemoglobin berfungsi sebagai media
transport. Asam nukleat (DNAdan RNA) adalah senyawa yang berfungsi sebagai
penyimpan, transmisi, dan penterjemah sinyal genetik dalam biosintesis protein.
Polisakarida berfungsi sebagai penyimpan bahan bakar penghasil energi dan
sebagai unsur struktural bagian luar sel. Lipid mempunyai peran menjaga
permeabilitas membran sel dan sebagai simpanan energi.
Zat makanan yang dibutuhkan organisme hidup meliputi protein, lemak,
karbohidrat, vitamin, dan mineral. Kebutuhan zat makanan antara lain
bergantung pada umur (ukuran), jenis, dan kondisi fisiologi ikan.
DAFTAR PUSTAKA
Anwar HM, Piliang WG. 1992. Biokimia dan Fisiologi Gizi. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Campbell PN,. Smith AD. 1982. Biochemistry illustrated. Edinburg London Melbourne and New York.
Haryati, 1998. Karbohidrat. Tugas matakuliah teknik penelitian biokimia. Bogor : Program Pascasarjana, IPB
Girindra, A. 1993. Biokimia I. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Lehninger. 1999. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawijaya M., penerjemah. .Jakarta : Penerbit Erlangga.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
MODUL III
Judul : Karbohidrat
BAB I. Pendahuluan
F. Latar Belakang
Karbohidrat adalah senyawa karbon yang mengandung hidrogen dan
oksigen dengan perbandingan 2:1 dengan rumus (CH2O)n. Istilah ini juga
digunakan untuk turunan karbohidrat. Namun demikian, definisi di atas
kemungkinan sudah tidak terlalu tepat karena banyak senyawa karbohidrat yang
tidak mengandung atom hidrogen dan oksigen dengan perbandingan 2:1,
misalnya gula deoksiribosa yang mempunyai rumus C5H10O4. Di samping itu,
banyak pula karbohidrat yang mengandung atom lain, seperti nitrogen, sulfur,
dan lain-lain yang menunjukkan tidak sesuainya dengan rumus karbohidrat.
Karbohidrat antara lain gula (sugars), pati (starch), glikogen, dan selulosa
Karbohidrat merupakan senyawa yang kaya energi dan sebagai bahan
bakar bagi tubuh organisme hidup. Dari segi biologis, karbohidrat sangat esensial
untuk proses-proses metabolisme dalam tubuh. Karbohidrat masuk ke dalam
sistem sirkulasi dalam bentuk gula sederhana, dan melewati suatu mekanisme
yang cukup kompleks dapat mengatur glukosa darah.
Karbohidrat sebagai salah satu makromolekul utama dalam sel organisme
hidup mempunyai peranan penting sebagai sumber energi, seperti energi
cadangan dalam bentuk glikogen, sebagai komponen dalam struktur membran
sel dan dinding sel.
G. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul karbohidrat meliputi :
a. Struktur karbohidrat
b. Fungsi karbohidrat
c. Penggolongan karbohidrat
d. Biokimia penting karbohidrat
e. Metabolisme karbohidrat
H. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul ke-3 setelah mahasiswa mempelajari dan
mampu menjelaskan mengenai modul logika molekul organisme hidup dan nutrisi
ikan, serta sebelum mahasiswa mempelajari modul karbohidrat, lipida, protein,
vitamin, mineral, enzim, asam nukleat, dan metabolisme energi.
I. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai karbohidrat, mahasiswa budidaya perairan mampu menjelaskan
struktur dan fungsi serta penggolongan karbohidrat, biokimia penting karbohidrat,
dan metabolisme karbohidrat meliputi glikolisis, siklus asam sitrat, sistem transpor
elektron, glikogenesis, dan glukoneogenesis.
BAB II. Pembelajaran
A. Struktur Karbohidrat
Secara kimia, karbohidrat adalah aldehid atau ketone yang dikenal
sebagai aldose atau ketose. Unit dasar dari karbohidrat adalah monosakarida,
yang tidak dapat dipecah lebih lanjut. Monomer-monomer ini diberi nama sesuai
dengan jumlah atom karbon dalam rantai. Tetrose mengandung empat, pentose
lima, dan heksose enam atom karbon.
Atom karbon diberi nomor dari rantai terakhir yang mengadung kelompok
karbonil reaktif.
1CHO 1CH2O
| |
H -2C-OH 2C = O
| |
OH -3C- H OH -3C- H
| |
H -4C- OH H -4C- OH
| |
OH -5C- H OH -5C- H
| |
6CH2OH 6CH2OH
Glukosa Fruktosa
Gambar 1. Monomer dari karbohidrat
B. Fungsi Karbohidrat
1. Sebagai Sumber Energi
Senyawa karbohidrat sangat penting di dalam biosfer sebagai bahan
yang terbentuk selama fotosintesa. Tanaman hijau dan algae dapat
menggunakan energi dari matahari untuk mensintesa karbohidrat dari air dan
karbon dioksida di atmosfer. Banyak tanaman mengandung karbohidrat dalam
jumlah besar, sebagai cadangan makanan yang dimakan oleh manusia dan
binatang lainnya. Setelah dicerna, karbohidrat komplek dipecah menjadi glukosa
yang kemudian dioksidasi menjadi CO2 dan H2O atau kadang-kadang disimpan
sebagai glikogen dalam hati dan otot. Selama oksidasi glukosa, dihasilkan energi
yang digunakan oleh hewan dan manusia.
2. Struktur Sel dan Molekul
Karbohidrat juga merupakan komponen penting isomer dari sejumlah
struktur material organisme hidup. Sebagai contoh adalah dinding sel tanaman
dan jaringan penghubung dalam binatang. Monosakarida juga merupakan
komponen penting dari senyawa biokimia, seperti asam nukleat, koenzim,
flavoprotein, dan substansi kelompok darah.
C. Penggolongan Karbohidrat
Karbohidrat dapat dibagi dalam empat kelompok, yaitu monosakarida,
disakarida, oligosakarida, dan polisakarida.
1. Monosakarida
Monosakarida sering disebut gula sederhana (simple sugars) adalah
karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana
lagi. Gula-gula sederhana dapat dibagi lagi dalam triosa, tetrosa, pentosa,
heksosa, dan heptosa, bergantung pada jumlah atom karbon yang dimiliki.
Monosakarida mempunyai rumus empiris (CH2O)n di mana n = 3 atau lebih besar.
Tiap atom karbon dalam monosakarida mengandung gugus hidroksil, kecuali
sebuah atom karbon yang mengandung gugus karbonil atau keton. Jika gugus
karbonil ada di ujung rantai, monosakarida disebut aldosa dan jika terletak di lain
tempat maka monosakarida disebut ketosa. Glukosa adalah aldo (aldehyde)
heksosa, fruktosa adalah keto (keton) hexose, ribosa adalah aldo pentasa dan
gliseraldehid adalah aldotriosa. Gula pentosa merupakan unsur penting
nukleotida, asam nukleat, dan banyak koenzim.
2. Disakarida
Disakarida menghasilkan 2 molekul monosakarida yang sama atau
berbeda bila dihidrolisis. Contoh disakarida adalah sukrosa, laktosa, dan maltosa.
Disakarida adalah gula yang terdiri atas 2 residu monosakarida yang
dihubungkan oleh ikatan glikosida.
3. Oligosakarida
Oligosakarida menghasilkan 3 – 6 monosakarida apabila dihidrolisis,
contohnya raffinosa adalah gabungan 3 monosakarida (glukosa, fruktosa, dan
galaktosa).
4. Polisakarida
Polisakarida menghasilkan lebih dari 6 monosakarida pada hidrolisis.
Polisakarida dapat berfungsi sebagai polisakarida struktur maupun polisakarida
simpanan. Pati yang terdapat pada tumbuhan dan glikogen pada hewan
termasuk polisakarida simpanan.
D. Biokimia Penting Karbohidrat
Sifat dan keberadaan sejumlah karbohidrat dalam proses biokimia
disajikan pada Tabel 1
J. Metabolisme Karbohidrat
Fungsi utama karbohidrat dalam metabolisme adalah sebagai bahan
bakar untuk oksidasi dan menyediakan energi untuk proses metabolik lain.
Metabolisme karbohidrat pada hewan dapat dibagi sebagai berikut :
1.Glikolisis
Glikolisis adalah suatu seri reaksi yang hampir terjadi pada setiap sel, dari
karbohidrat melalui fruktose diphosphate menjadi piruvat. Glikolisis disebut juga
Embden Meyerhof Pathway. Karbohidrat yang dipecah bisa berasal ari makanan
(glukosa) atau dari simpanan di dalam badan (glikogen). Apabila glikogen yang
dipecah dibutuhkan 1 ATP, apabila glukosa yang dipecah dibutuhkan 2 ATP
Tabel 1. Sifat dan keberadaan sejumlah karbohidrat
Gula dan formula Keberadaan dan fungsi
Pentose
2-Deoksi-D-ribose
D-ribose
Heksose
D – Glukose
D- Galaktose
Unsur pokok yang penting dari molekul makro asam deoksiribonukleat (DNA) material genetik di dalam seluruh organisme hidup
Suatu bagian hakiki (esential) dari Asam Ribonukleat (RNA), suatu molekul makroyang berperan dalam sintesis protein, juga terdapat di dalam koenzimATP, FAD, NAD dan NADP
Tersebar luapada seluruh gula, glukosa diangkut di dalam darah dandioksidasikandalam sel untuk menghasilkan energi
Fungsi utama adlah struktural dan ditemukan dalam glikolipid dari jaringan syaraf dan membran khloroplast
Cadangan utama karbohidrat dalam binatang,
Polisakarida simpanan
Glikogen
Khitin
terutama pada hati dan otot
Komponen utama eksoskeleton insekta dan krustase, seperti kepiting, udang
Glikogen
Inorganik phosphate Phosphorilase
Glukosa -1 – (P)
Phosphoglucomutase
Glukosa Hexokinase
ATP
ADP Glukosa – 6- (P)
ATP
Phosphoisomerase
ADP
Fruktosa-6 – (P)
Fruktosa 1,6 – di – (P)
Gambar 2. Ikhtisar glikolisis
Glikogen Fruktose diphosphatase
(cadangan KH)
Butuh 1 ATP
Glukosa Fruktose diphosphatase
(dari makanan)
Butuh 2 ATP
Aldolase
Fruktosa 1,6 diphosphatase Triosa phosphate
Triosa phosphate Phosphoglyceric Acid
Phosphoglyceric Acid Asam piruvat
Asam piruvat Acetyl Co-A
2. Glikogenesis dan glukoneogenesis
Glikogenesis adalah sintesis glikogen dari glukosa, dan glukoneogenesis
adalah pembentukan glukosa dari zat-zat yang bukan bersal dari karbohidrat.
3. Glikogenolisis
Pemecahan glikogen, glukosa adalah hasil akhir utama glikogenolisis
dalam hati dan piruvat serta laktat adalah hasil utama dalam otot.
4. Oksidari piruvat menjadi asetil-KoA
Oksidari piruvat menjadi asetil-KoA merupakan langkah perlu sebelum
masuknya produk glikolisis ke dalam siklus asam sitrat, yang merupakan jalan akhir
bersama untuk oksidasi karbohidrat, protein dan lemak.
5. Hexosemonophosphate shunt (jalan pentosa fosfat)
Jalan pentosa fosfat adalah jalan lain untuk oksidasi glukosa disamping jalan
Embden Meyerhof. Fungsi utamanya adalah sintesis perantara penting, seperti
NADPH dan ribosa.
Detail metabolisme dalam kondisi makan disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Detail metabolisme dalam kondisi makan
Detail metabolisme dalam kondisi puasa disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Detail metabolisme dalam kondisi puasa
6. Tricarboxylic acid (TCA) cycle
Tricarboxylic acid (TCA) cycle sering pula disebut dengan Kreb’s cycle
atau siklus asam sitrat (Gambar 5). Siklus ini penting untuk mendapatkan energi.
Prinsip dari proses TCA dapat dilihat pada gambar berikut:
Acetyl CoA yang berasal dari katabolisme karbohidrat atau lemak masuk
TCA berkombinasi dengan senyawa yang mengandung atom C. Pada seluruh
TCA cycle, terjadi tiga kali reduksi NAD menjadi NADH yang dikatalisis oleh enzim
isocitrate dehydrogenase, alfa ketoglutarat dehydrogenase, dan malate
dehydrogenase. Selain itu, terjadi pula satu kali reduksi FAD menjadi FADH2 yang
dikatalisis oleh enzim succinate dehydrogenase. Setiap perubahan NAD menjadi
NADH dihasilkan 3 ATP, dan dari FAD menjadi FADH2 dihasilkan 2 ATP. Satu
molekul ATP terbentuk pada saat Succinyl CoA diubah menjadi succinate.
Dengan demikian, untuk satu cycle TCA dihasilkan 12 ATP.
Gambar 5. Tricarboxylic acid (TCA) cycle
Regulasi hormonal dalam metabolisme karbohidrat dapat dilihat pada
Gambar 6.
Gambar 6. Regulasi hormonal dalam metabolisme karbohidrat pada saat
kenyang
Gambar 7. Regulasi hormonal dalam metabolisme karbohidrat pada saat lapar
Pada kondisi makan (feed state) insulin disekresikan. Insulin akan
meningkatkan transportasi glukosa darah menuju sel hati. Di hati, otot dan
adipose tissue insulin menstimuler sintesa glikogen dan lemak dari glukosa.
Pada kondisi puasa hormon glucocorticoi meningkatkan masuknya asam
amino ke dalam hati. Di dalam hati asam amino oleh enzim gluconeogenic akan
dirubah menjadi glukosa. Glucocorticoid dan glukagon akan mengaktifkan
enzim yang akan menghasilkan glukosa dari piruvat. Glukagon dan adrenalin
mengaktifkan enzimyang akan menghasilkan glukosa dari glikogen. Di adiposa
tissue, trigliserida akan dirombak menjadi asam lemak, selanjutnya akan dikonversi
menjadi ketone bodies (Acetyl CoA) di hati.
BAB III. Penutup
Karbohidrat merupakan senyawa yang kaya energi dan sebagai bahan
bakar bagi tubuh organisme hidup, baik langsung maupun tidak langsung, seperti
energi cadangan dalam bentuk glikogen, sebagai komponen dalam struktur
membran sel dan dinding sel.
Unit dasar dari karbohidrat adalah monosakarida, yang tidak dapat
dipecah lebih lanjut. Monomer-monomer ini diberi nama sesuai dengan jumlah
atom karbon dalam rantai. Karbohidrat terbagi dalam 4 kelompok besar, yaitu
monosakarida, disakarida, oligosakarida, dan polisakarida. Fungsi utama
karbohidrat dalam metabolisme adalah sebagai bahan bakar untuk oksidasi
dan menyediakan energi untuk proses metabolik lain. Metabolisme karbohidrat
pada organisme hidup, seperti glikolisis, glikogenesis dan glukoneogenesis,
glikogenolisis, oksidasi piruvat menjadi asetil-KoA, Hexosemonophosphate shunt
(jalan pentosa fosfat), dan Tricarboxylic acid (TCA) cycle.
DAFTAR PUSTAKA
Anwar HM, Piliang WG. 1992. Biokimia dan Fisiologi Gizi. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Campbell PN,. Smith AD. 1982. Biochemistry illustrated. Edinburg London Melbourne and New York.
Haryati, 1998. Karbohidrat. Tugas matakuliah teknik penelitian biokimia. Bogor : Program Pascasarjana, IPB
Girindra, A. 1993. Biokimia I. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Lehninger. 1999. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawijaya M., penerjemah. .Jakarta : Penerbit Erlangga.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
MODUL IV
Judul : Lipida
BAB I. Pendahuluan
K. Latar Belakang
Lipida adalah sekelompok ikatan organik yang terdiri atas unsur-unsur
karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O), mempunyai sifat yang larut dalam
pelarut non polar seperti etanol, eter, kloroform, dan benzena.
Sifat umum lipid, pada suhu kamar lipid yang memiliki titik cair tinggi
bersifat padat, sedangkan lipid yang memiliki titik cair rendah bersifat cair. Lipid
yang padat pada suhu kamar disebut lemak, sedangkan yang cair pada suhu
kamar disebut minyak.
L. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul lipida meliputi :
a. Struktur lipida
b. Fungsi lipida
c. Pengelompokan lipida
d. Sifat-sifat lipida
e. Metabolisme lipida
M. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul ke-4 setelah mahasiswa mempelajari dan
mampu menjelaskan mengenai modul logika molekul organisme hidup dan nutrisi
ikan, karbohidrat, serta sebelum mahasiswa mempelajari modul protein, vitamin,
mineral, enzim, asam nukleat, dan metabolisme energi.
N. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai lipida, mahasiswa budidaya perairan mampu menjelaskan struktur
dan fungsi serta pengelompokan lipida, sifat-sifat lipida, metabolisme lipida
meliputi lipolisis dan lipogenesis.
BAB II. Pembelajaran
A. Struktur Lipida
Komponen utama lemak adalah asam-asam lemak, turunan asam-asam
lemak, meliputi ester gliserol (monogliserida, digliserida, dan trigliserida), ester
kolestrol, dan glikolipid; sterol dan turunan sterol (kolestrol, garam empedu, dan
steroid); dan komponen minor (vitamin yang larut dalam lemak dan
prostaglandin).
a. Asam lemak
Asam lemak merupakan asam organik yang terdiri atas rantai hidrokarbon
lurus yang pada satu ujunganya mempunyai gugus karboksil (COOH) dan pada
ujung lainnya berupa gugus metil (CH3). Asam lemak alami biasanya mempunyai
rantai dengan jumlah atom karbon genap yang berkisar antara 4 – 22 karbon.
Secara umum formula kimia asam lemak adalah :
CH3(CH2)nCOOH
n biasanya kelipatan 2.
Beberapa sifat asam lemak adalah :
- Titik cair asam lemak tidak jenuh lebih rendah dari asam lemak jenuh. Pada
umumnya asam lemak tidak jenuh cair pada suhu ruangan.
- Asam lemak yang diperoleh dari hidrolisis lipida biasanya mengandung
campuran asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh.
- Titik cair asam lemak meningkat dengan bertambah panjangnya rantai
karbon.
Klasifikasi asam lemak berdasarkan jumlah atom karbon yang terikat dalam
rantai gliserida adalah :
1. Asam lemak berantai pendek (6 atom karbon atau kurang).
2. Asam lemak berantai sedang (8 – 12 atom karbon).
3. Asam lemak berantai panjang (14 – 18 atom karbon).
4. Asam lemak berantai sangat panjang (20 atom karbon atau lebih).
Berdasarkan tingkat kejenuhannya, asam lemak dibedakan menjadi 2,
yaitu :
1. Asam lemak jenuh adalah asam lemak yang terdiri atas rantai karbon yang
mengikat semua hidrogen yang dapat diikat.
Lipida hewan terutama mengandung asam lemak jenuh rantai panjang,
yaitu asam palmitat (C16) dan asam stearat (C18), sedangkan asam lemak yang
terdiri atas 10 karbon atau kurang jarang terdapat pada lipida hewani, kecuali
lemak susu yang mengandung cukup banyak asam lemak dengan rantai
pendek.
Berbentuk padat (sebagian berbentuk cair) berasal dari bahan makanan
yang dikonsumsi dan bersama gliseril dapat disentesa oleh tubuh.
Minyak nabati sebagian besar mengandung asam palmitat, asam stearat,
asam oleat, dan asam linoleat, kecuali minyak kelapa dan minyak kelapa sawit
yang banyak mengandung asam lemak jenuh rantai sedang (C8 – C14).
2. Asam lemak tak jenuh adalah asam lemak yang mengandung satu atau lebih
ikatan rangkap.
Umumnya berbentuk cair dan tidak dapat disentesis oleh tubuh. Semua
lipid asal hewani dan sebagian besar asal nabati mengandung asam lemak
rantai panjang. Asam lemak rantai sangat panjang terdapat dalam minyak ikan.
b. Turunan asam lemak
Suatu komponen yang terbentuk dari satu atau lebih asam-asam lemak
dan yang mengandung alkohol disebut ester. Ada 2 golongan ester, yaitu ester
gliserol dan ester kolestrol.
Ester gliserol terbentuk melaui metabolisme karbohidrat yang mengandung
3 atom karbon, salah satu atom karbonnya tersebut bersatu dengan gugus
alkohol. Reaksi kondensai antara gugus karboksil dengan gugus alkohol dari
gliserol akan membentuk gliserida. Trigliserida adalah komponen utama asam
lemak dalam makanan, yang dibentuk oleh reaksi katalisa gliserol dengan 3
molekul asam lemak. Fosfolipid adalah trigliserida yang salah satu asam
lemaknya digantikan oleh satu gugus yang mengandung fosfat, contohnya
lesitin.
Ester kolestrol adalah ester yang terbentuk melalui reaksi kodensasi sterol,
kolestrol, dan asam lemak terikat dengan gugus alkohol.
Glikolipid merupakan komponen yang terdiri atas satu atau lebih molekul
gula, biasanya glukosa atau galaktosa yang mengandung asam lemak dan
nitrogen. Komponen ini mempunyai sifat fisik yang menyerupai lipid.
c. Sterol
Merupakan lemak yang larut dalam alkohol. Sterol mempunyai nukleus
dengan 4 buah cincin saling berhubungan, tiga diantaranya masing-masing
mengandung 6 atom karbon, sedangkan cincing ke empat mengandung 5 atom
karbon. Sebuah gugus alkohol .
B. Fungsi lipida
Beberapa fungsi lipid adalah :
1. Penghasil energi, tiap gram lipid menghasilkan sekitar 9 – 9,3 kalori, energi
yang berlebihan dalam tubuh disimpan dalam jaringan adiposa sebagai
energi potensial.
2. Pengatur temperatur tubuh.
3. Penghemat protein.
4. Penghasil asam lemak esensial.
5. Pelarut vitamin A, D, E, dan K.
6. Pelumas bagi persendian dan membantu pengeluaran sisa-sisa makanan dari
dalam tubuh.
7. Penambah cita rasa dan memperpanjang rasa kenyang.
8. Pengantar emulsi.
9. Pemula dari progstaglandin yang berperan dalam pengaturan tekanan
darah, denyut jantung, dan lipolisis.
C. Pengelompokan lipida
Berdasarkan komposisi kimianya, lipid dapat dibedakan menjadi empat
golongan, yaitu :
1. Lipid sederhana, meliputi :
- Ester asam lemak dengan gliserol atau lemak netral, seperti monogliserida,
digliserida, dan trigliserida.
- Ester asam lemak dengan alkohol berberat molekul tinggi, seperti ester sterol,
ester non-sterol, ester vitamin A, dan ester vitamin D.
2. Lipid majemuk, yaitu fosfolipid dan lipoprotein
3. Lipit turunan, yaitu asam lemak dan sterol, kolestrol dan ergosterol, hormon
streoida, vitamin D, garam empedu.
4. Lain-lain, seperti karotenoid dan vitamin A, vitamin E, dan vitamin K (vitamin
yang larut dalam lemak secara kimiawi sebetulnya termasuk golongan lipid.
Klasifikasi lipid berdasarkan fungsi biologisnya, yaitu :
1. Lemak simpanan, terdiri atas trigliserida, merupakan zat gizi esensial di dalam
tubuh organisme hidup.
2. Lemak struktural, terdiri atas fosfolipid dan kolesterol. Di dalam jaringan lunak,
lemak struktural ini merupakan ikatan struktural paling penting di dalam tubuh
setelah protein. Di dalam otak lemak struktural terdapat dalam konsentrasi
tinggi.
Klasifikasi lipid berdasarkan sumbernya, yaitu :
1. Lipid hewani adalah lipid yang berasal dari hewan.
2. Lipid nabati adalah lipid yang berasal dari tumbuh-tumbuhan.
D. Sifat-sifat lipida
Lipid mempunyai 3 sifat fisik. Pertama, tidak larut dalam air karena adanya
asam lemak berantai karbon panjang dan tidak adanya gugus polar. Kedua,
viskositas meningkat dengan meningkatnya rantai karbon, berkurang dengan
meningkatnya suhu dan tidak jenuhnya rantai karbon. Ketiga, berat jenisnya
lebih tinggi untuk trigliserida dengan berat molekul rendah dan tidak jenuh, berat
jenis menurun dengan bertambahnya suhu, karena lipit (minyak dan lemak)
merupakan campuran trigliserida sehingga makin pendek rantai asam lemak
makin rendah titik cair trigliserida.
Sifat-sifat kimia lipid dapat dilihat pada beberapa proses.
Hidrolisis : lipid kalau dimasak menghasilkan gliserol dan sabun. Pada lipase,
lemak dihidrolisis menghasilkan campuran mono dan digliserida dan asam-asam
lemak bebas. Kebanyakan asam-asam lemak tidak mempunyai rasa dan tidak
berbau, kecuali asam nitrat dan kaproat. Lipase-lipase yang dihasilkan oleh
jamur dan bakteri menghasilkan ketengikan.
Oksidasi : lipid teroksidasi pada ikatan rangkapnya menyebabkan lebih kental
dan keras. Aksi oksidasi terjadi pada atom karbon dekat ikatan rangkap yang
menghasilkan hidroperosida, kemudian hidroperoksida membentuk keton atau
aldehid. Oksidasi lemak berjalan lebih cepat dengan adanya logam, seperti
tembaga, besi, penyinaran dengan sinar ultraviolet. Osidasi dari asam lemak
menghasilkan keton-keton dengan rasa manis dan bau keras yang disebut
dengan ketengikan keton.
Antioksidan : di alam terdapat beberapa senyawa yang mempertinggi
ketahanan lemak pada oksidasi, seperti phenol, quinon, vitamin E, dan asam
gallad.
Hidrogenasi : hidrogen dapat ditambahkan pada ikatan rangkap asam-asam
lemak jenuh membentuk asam-asam lemak jenuh.
E. Metabolisme lipida
Triasilglisrol atau trigliserida merupakan komponen utama lipid makanan,
harus dipecah menjadi gliserida dan asam lemak sebelum diabsorbsi. Agar
dapat diabsorbsi dengan baik, lemak harus diemulifikasi agar dapat bercampur
dengan air sehingga enzim dapat mencernakan lemak. Emulsifikasi terjadi di
dalam usus halus dengan bantuan garam empedu, sedangkan di lambung
emulsifikasi sangat terbatas.
Pada waktu lemak memasuki usus halus, hormon kolesistokinin memberi
isyarat kepada kantung empedu untuk mengeluarkan cairan empedu (asam
empedu dan garam empedu. Garam empedu dibuat oleh hati dari kolestrol
selanjutnya disimpan di dalam kantong empedu hingga diperlukan. Pada salah
satu ujung molekul garam empedu terdapat rantai samping yang terdiri atas
asam amino yang menarik atau mengikat air, sedangkan pada ujung lainnya
terdapat sterol yang menarik atau mengikat lemak.
Enzim lipase yang berasal dari dinding usus halus dan pankreas mencerna
lemak dalam bentuk emulsi tersebut. Hampir setengah dari trigliserida berasal
dari makanan yang dihidrolisis secara sempurna oleh enzim lipase menjadi asam
lemak dan gliserol, selebihnya dipecah menjadi digliserida, monogliserida, dan
asam lemak.
Fosfolipida dicernakan oleh enzim fosfolipase yang dikeluarkan oleh
pankreas dengan cara yang sama dijelaskan sebelumnya, menghasilkan dua
asam lemak dan lisofosfogliserida. Estergliserol dicerna dan dihidrolisis oleh enzim
kolestrol esterase yang dikeluarkan oleh pankreas. Gliserol dan asam lemak
diperoleh dari hasil pemecahan trigliserida melalui proses lipolisis. Gliserol suatu
ikatan 3-karbon, seperti piruvat akan tetapi dengan susunan H dan OH pada
karbon yang berbeda memasuki jalur metabolisme di antara glukosa dan piruvat,
serta dapat diubah menjadi glukosa atau piruvat. Piruvat kemudian diubah
menjadi asetil KoA dan selanjutnya memasuki siklus TCA.
Asam lemak mula-mula dipecah melalui proses oksidasi ke dalam unit-unit
yang terdiri atas 2-karbon. Tiap pecahan 2-karbon tersebut mengikat satu
molekul KoA untuk membentuk asetil KoA. Proses perubahan asam lemak bebas
menjadi banyak molekul asetil KoA dinamakan Beta-Oksidasi. Setiap molekul
asetil KoA memasuki siklus TCA seperti yang terjadi pada glukosa. Setiap unit dua
karbon pecah dari molekul asam lemak akan dilepas sedikit energi. Jika unit 2-
karbon ini memasuki siklus TCA dalam bentuk asetil KoA akan dihasilkan energi
sebanyak 3 kali lipat yang diikat dalam bentuk NADH dan FADH2.
Jika asam lemak memiliki jumlah atom ganjil, maka disamping dibentuk
asetil KoA juga propionil KoA (sama-sama ikatan KoA dengan ikatan 3-karbon).
Selanjutnya propionil KoA memasuki siklus TCA. Bila sel tidak membutuhkan
energi, asetil KoA yang berasal dari oksidasi asam lemak akan membentuk lemak,
seperti halnya asetil KoA yang dibentuk dari kelebihan karbohidrat.
Sel tubuh dapat membuat glukosa dari piruvat dan ikatan 3-karbon lain,
tetapi glukosa tidak dapat dibuat dari pecahan 2 karbon yang dihasilkan oleh
asam lemak. Oleh karena itu, asam lemak tidak dapat digunakan untuk
mebentuk glukosa. Hal ini berarti lemak tidak dapat digunakan sebagai sumber
energi untuk organ-organ tubuh yang memerlukan glukosa sebagai bahan bakar,
seperti otak dan syaraf.
Pembentukan glukosa dari gliserol hanya sekitar 5% dari lemak. Perubahan
asam lemak menjadi asetil KoA (pembakaran lemak) menggunakan karbohidrat
(terjadi dalam api karbohidrat).
Lipogenesis adalah pembentukan asam lemak yang terjadi di dalam hati.
Glukosa atau protein yang tidak segera digunakan tubuh sebagian besar
tersimpan sebagai trigliserida. Sebagian kecil glukosa tersimpan dalam bentuk
glikogen, serta protein disimpan di dalam cadangan asam amino.
Sebagian besar atom karbon yang berasal dari glukosa dan asam amino
yang berlebihan akan disintesis menjadi trigliserida (lipogenesis). Lipogenesis
membutuhkan ATP serta vitamin-vitamin seperti biotin, niasin, dan asam
pantotenat.
Atom-atom karbon yang berasal dari glukosa dan asam-asam amino
diubah menjadi asetil KoA, dengan melalui beberapa tahap reaksi bagian asetat
dari asetil KoA akan membentuk asam-asam lemak jenuh berupa asam palmitat
(C16), asam stearat (C18), atau asam arakidonat (C20). Asam lemak ini akan
melakukan esterifikasi dengan gliserol (diproduksi dalam glikolisis) dan
menghasilkan aliran darah sebagai very low density lipoprotein (VLDL) yang
digunakan untuk menghasilkan energi atau disimpan dalam sel-sel lemak.
Hasil pencernaan lipid diabsorbsi ke dalam membran mukosa usus halus
dengan cara difusi. Sebelum diabsorbsi kolestrol mengalami esterifikasi kembali
yang dikatalis oleh asetil Koenzim A dan kolestrol asetiltransferase.
Hasil pencernaan lipida dan proses absorbsi
Hasil pencernaan lipid absorbsi
Gliserol
Asam lemak rantai pendek
Dserap langsung ke dalam darah dan dibawa ke hati untuk oksidasi
Asam lemak rantai sedang
Asam lemak rantai panjang
Monogliserida
Diubah menjadi trigliserida di dalam sel-sel usus halus
Trigliserida
Kolestrol
Fosfolipida
Membentuk kilomikron dan masuk ke dalam limpe, kemudian ke dalam aliran dara
Lipoprotein adalah alat angkut lipid, terdiri atas kilomikron, LDL (low density
lipoprotein), VLDL (very low density lipoprotein), dan HDL (high density lipoprotein).
Kilomikron mengangkut lipid dari saluran cerna ke dalam tubuh. Lipid yang
diangkut terutama trigliserida. Di dalam aliran darah, trigliserida yang ada pada
kilomikron dipecah menjadi gliserol dan asam lemak bebas oleh enzim
lipoprotein.
Sebagian besar asam lemak yang terbentuk di dalam tubuh diabsorbsi
oleh sel-sel otot, sel lemak, dan sel-sel lain. Asam lemak ini dapat langsung
digunakan sebagai zat energi atau diubah menjadi trigliserida. Sel-sel otot
cenderung menggunakannya sebagai energi, sedangkan sel lemak
menyimpannya sebagai trigliserida. Hati merupakan alat yang memproduksi lipid
utama di dalam tubuh, sedangkan sel-sel lemak tidak membuat lemak tetapi
hanya menyimpan lemak.
VLDL adalah lipoprotein dengan densitas sangat rendah, terutama terdiri
atas trigliserida. LDL adalah lipoprotein dengan densitas rendah (kolestrol jahat).
HDL adalah lipoprotein dengan densitas tinggi (kolestrol baik).
Komposisi lipoprotein
Lipoprotein Trigliserida (%) Kolestrol (%) Fosfolipida (%) Protein (%)
Kilomikron
VLDL
LDL
HDL
80 – 90
55 – 65
10
5
2 – 7
10 – 15
45
20
3 – 6
15 – 20
22
30
1 – 2
5 – 10
25
45 - 50
Pada retikulum endoplasmik berpermukaan licin terjadi penyusunan
kembali triasil gliserol dari dua, mono asilgliserol yang diesterifikasi oleh asam
lemak. Pada retikulum endoplasmik berpermukaan kasar akab disintesis gliserol
fosfolipida melalui gliserol-3-fosfat dan apoprotein spesifik. Pada saat ini
kilomikron (salah satu pengankut lipid) dibungkus oleh fosfolipida, kolestrol, dan
apoprotein. Agar dapat diangkut ke luar sel, kilomikron masuk ke badan golgi.
Pada badan golgi, kilomikron ditambah komponen glusidik dan lipoprotein, dan
terjadi pembentukan sistem membran sehingga memungkinkan dapat diangkut
ke luar sel dan selanjutnya masuk ke dalam ruang antar sel, selanjutnya terus
masuk ke dalam kapiler limpatik. Ukuran kilomikron 0,1 – 3,5 µm.
VLDL dan kolomikron dapat diangkut ke luar sel (ke ruang antar sel) baik
secara langsung oleh retikulum endoplasmik maupun melalui perantaraan badan
golgi (vacuola golgi).
Glikolisis
Siklus Kreb’s
Metabolisme energi dan interaksinya
BAB III. Penutup
Lipid yang padat pada suhu kamar disebut lemak, sedangkan yang cair
pada suhu kamar disebut minyak. Lipid terdiri atas unsur-unsur karbon (C),
hidrogen (H), dan oksigen (O). Komponen utama lemak adalah asam-asam
lemak, turunan asam-asam lemak, meliputi ester gliserol (monogliserida,
digliserida, dan trigliserida), ester kolestrol, dan glikolipid; sterol dan turunan sterol
(kolestrol, garam empedu, dan steroid); dan komponen minor (vitamin yang larut
dalam lemak dan prostaglandin).
Molekul lemak mempunyai komposisi yang berbeda dengam air
ataupundengan karbohidrat, dan karnanya mempunyai sifat karakteristik fisik
berbeda dengan kedua makronutrien tersebut. Karena komposisi kimia unik
dalam lemak, maka lemak tidak larut dalam air, melainkan larut dalam pelarut
organik, seperti dalam nitrogen dan fosfor.
Banyak fungsi tubuh yang sangat tergantung pada lemak. Secara makro
fungsi lemak antara lain sebagai sumber energi, membantu transfor vitamin yang
larut dalam lemak, berfungsi sebagai bahan insulasi dan pelindung organ-organ
dan jaringan tubuh bagian dalam.
DAFTAR PUSTAKA
Houlihan D, Bounjard T, Jobling M. 2001. Food Intake in Fish. Oxford : Osney Mead, Blackwell Science Ltd.
Lehninger. 1999. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawijaya M., penerjemah. .Jakarta : Penerbit Erlangga.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 1999. Biokimia Harper. Hartono A, penterjemah; Santoso AH, editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Anwar HM, Piliang WG. 1992. Biokimia dan Fisiologi Gizi. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Piliang WG, Al Haj SDj. 2006. Fisiologi Nutrisi. Bogor : Penerbit IPB Press.
Stryer L. 2000. Biokimia. Tim penerjemah bagian biokimia FKUI, penterjemah; Soebianto SZ, Setiadi E., Editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
MODUL V
Judul : Protein
BAB I. Pendahuluan
O. Latar Belakang
Istilah protein pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli kimia Belanda
(1802 – 1880). Kata protein berasal dari kata Yunani, yaitu Proteos berarti yang
utama atau yang didahulukan. Jadi protein diartikan sebagai zat yang paling
penting dalam setiap organisme.
Protein adalah bagian dari semua sel hidup dan merupakan bagian
terbesar sesudah air. Seperlima bagian tubuh makhluk hidup adalah protein
(separuhnya terdapat di dalam otot, seperlima di dalam tulang dan tulang
rawan, sepersepuluh di dalam kulit, dan selebihnya di dalam jaringan lain dan
cairan tubuh).
Protein adalah molekul makro yang mempunyai berat molekul antara 5000
hingga puluhan jutaan. Protein terdiri atas rantai-rantai panjang asam amino,
yang terikat satu sama lain dalam ikatan peptida. Protein mempunyai fungsi khas
yang tidak dapat digantikan oleh zat gizi lain, yaitu membangun serta
memelihara sel-sel dan jaringan tubuh.
P. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul protein meliputi :
a. Struktur protein
b. Fungsi protein
c. Penggolongan protein
d. Struktur asam amino
e. Fungsi asam amino
f. Penggolongan asam amino
g. Struktur peptida
h. Metabolisme protein
Q. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul ke-5 setelah mahasiswa mempelajari dan
mampu menjelaskan mengenai modul logika molekul organisme hidup dan nutrisi
ikan, karbohidrat, lipida, serta sebelum mahasiswa mempelajari modul, vitamin,
mineral, enzim, dan metabolisme energi.
R. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai protein, mahasiswa budidaya perairan mampu menjelaskan struktur
dan fungsi protein, serta penggolongan protein, struktur dan fungsi asam amino,
serta penggolongan asam amino, struktur peptida, dan metabolisme protein
meliputi katabolisme dan sintesa protein
BAB II. Pembelajaran
F. Struktur Protein
Unsur nitrogen adalah unsur utama protein, sehingga terdapat pada
semua protein akan tetapi tidak terdapat pada karbohidrat dan lemak. Unsur
nitrogen merupakan 16% dari berat protein.
Molekul protein lebih kompleks dari pada karbohidrat dan lemak dalam
berat molekul dan keanekaragaman unsur-unsur asam amino yang
membentuknya. Berat molekul protein bisa mencapai 40 juta. Bandingkan
dengan berat glukosa hanya 180. Jenis protein sangat banyak sekitar 1010 – 1012.
Protein terdiri atas sekian kombinasi berbagai jenis dan jumlah asam amino. Ada
20 jenis asam amino yang diketahui sekarang, 10 jenis asam amino esensial dan
10 jenis non esensial
G. Fungsi Protein
Protein berfungsi dalam :
1. Pertumbuhan dan pemeliharaan
Sel-sel dalam mensintesis protein baru membutuhkan semua asam amino
esensial dan nitrogen (ikatan NH2) yang cukup. Protein kolagen merupakan
protein utama otot, fibrin, dan myosin juga terdapat dalam otot. Kulit
membutuhkan asam amino yang mengandung sulfur.
2. Pembentukan ikatan-ikatan esensial tubuh
Hormon dan enzim merupakan protein sebagai katalisator dalam reaksi
biokimia di dalam tubuh. Hemoglobin, figmen darah merah berfungsi sebagai
pengangkut oksigen dan karbondioksida. Fotoreseptor pada mata.
3. Mengatur keseimbangan air
Cairan tubuh terdapat pada intraselluler (di dalam sel), ekstraselluler atau
interselluler (di antara sel), dan intravaskuler (di dalam pembuluh darah). Bagian
atau kompartemen ini dipisahkan oleh membran sel. Distribusi cairan harus
seimbang atau homoestatis, keseimbangan tersebut diperoleh melalui sistem
kompleks yang melibatkan protein dan elektrolit. Penumpukan cairan di dalam
jaringan (edema) merupakan tanda awal kekurangan protein.
4. Menjaga netralitas tubuh
Protein tubuh bertindak sebagai buffer, yaitu bereaksi dengan asam dan
basa untuk menjaga pH tetap konstan. Sebagian besar jaringan tubuh berfungsi
dalam keadaan netral atau sedikit alkali (7,35 – 7,45).
5. Pembentukan antibodi
Kekurangan protein tubuh rentan terhadap serangan penyakit dan bahan-
bahan toksik lainnya.
6. Mengangkut zat-zat gizi
Protein berperan dalam pengangkutan nutrien dari saluran pencernaan
melalui dinding saluran pencernaan ke dalam darah, darah ke jaringan-jaringan
dan melalui membran sel ke dalam sel-sel. Misalnya protein pengikat retinol
mengangkut vitamin A, transferin mengangkut mangan dan besi, lipoprotein
pengangkut lipida dan bahan sejenis lipid.
7. Sumber energi
Protein sebagai sumber energi lebih mahal baik ditinjau dari harga
maupun jumlah energi yang dibutuhkan untuk metabolisme energi.
H. Penggolongan Protein
Protein terdiri atas protein fibrous (protein bentuk serabut), protein globular
(protein berbentuk bola), dan protein konyugasi (protein sederhana yang terikat
dengan unsur-unsur lain).
2. Protein fibrous
Protein fibrous adalah protein berbentuk serabut, terdiri atas beberapa
rantai peptida berbentuk spiral yang terjalin satu sama lain sehingga menyerupai
bahan yang kaku. Karakteristik protein fibrous adalah daya larut rendah, memiliki
kekuatan mekanis yang tinggi, dan tahan terhadap enzim pencernaan.
Protein ini terdapat dalam unsur-unsur tubuh organisme hidup. Contoh
protein fibrous adalah :
- Kolagen, merupakan protein utama jaringan ikat, tidak larut dalam air, mudah
berubah dalam bentuk gelatin jika dipanaskan di dalam asam encer atau
alkali. Kolagen tidak mengandung triptofan tetapi banyak mengandung
hidroksiprolin dan hidrosisilin.
- Elastin, terdapat dalam urat, otot, arteri (pembuluh darah) dan jaringan elastin
lainnya. Elastin tidak dapat berubah menjadi gelatin.
- Keratin, banyak mengandung sulfur dalam bentuk sistein
- Miosin, merupakan protein utama serat otot.
2. Protein globular
Protein globular adalah protein berbentuk bola, terdapat dalam cairan
jaringan tubuh. Larut dalam larutan garam dan asam encer, mudah berubah
dibawah pengaruh suhu, konsentrasi garam, dan mudah mengalami denaturasi.
Contoh protein globular adalah :
- Albumin, terdapat dalam telur, susu, ikan gabus, plasma, dan hemoglobin, larut
dalam air, mengalami koagulasi bila dipanaskan.
- Glubolin, terdapat dalam otot, serum, kuning telur, dan biji tumbuh-tumbuhan,
tidak larut dalam air tetapi larut dalam larutan garam encer dan garam dapu,
serta mengendap dalam larutan garam konsentrasi tinggi, mengalami koagulasi
bila dipanaskan..
- Histon, didalam sel terikat dengan asam nukleat, terdapat dalam jaringan timus
dan pankreas.
- Protamin, berkaitan dengan asam nukleat.
3. Protein konyugasi
Protein konyugasi adalah protein sedrhana yang terikat dengan bahan-
bahan non-asam amino, gugus non-asam amino disebut gugus prostetik.
Contoh protein konyugasi adalah :
- Nukleoprotein, kombinasi protein dengan asam nukleat, mengandung 9 – 10%
fosfat, terdapat dalam inti sel, bagian penting DNA dan RNA (pembawa gen),
dapat larut dalam air, tidak mudah didenaturasi oleh panas.
- Lipoprotein, protein larut dalam air yang berkonyugasi dengan lipida, seperti
lisitin dan kolestrol, terdapat dalam plasma dan berfungsi sebagai pengangkut
lipida dalam tubuh.
- Fosfoprotein, protein yang terikat melalui ikatan ester dengan asam fosfat seperti
pada kasein di dalam susu.
- Metaloprotein, protein yang terikat dengan mineral, seperti feritin dan
hemosiderin dengan mineralnya zat besi, tembaga, dan seng.
- Hemaprotein dan flavoprotein.
I. Struktur Asam Amino
Asam amino terdiri atas unsur-unsur karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen.
Beberapa asam amino disamping mengandung unsur-unsur tersebut juga
mengandung unsur-unsur fosfor, besi, yodium, dan kobal.
Asam amino yang membentuk protein bertindak sebagai prekursor sebagian
besar koenzim, hormon, asam nukleat, dan molekul-molekul yang esensial untuk
kehidupan. Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak dapat
disentesis oleh tubuh dan harus ada dalam pakan.
Asam amino terdiri atas atom karbon yang terikat pada satu gugus karboksil
(-COOH). Satu gugus amino (-NH2), satu gugus hidrogen (-H), dan satu gugus
radikal (-R) atau rantai cabang.
COOH (gugus karboksil)
H C R (gugus alkali)
NH2 (gugus amino)
Pada umumnya asam amino yang diisolasi dari protein karboksilat
merupakan alfasam amino, yaitu gugus karboksil dan amino terikat pada atom C
yang sama. Yang membedakan asam amino satu sama lain adalah rantai
cabang atau gugus R-nya. R berkisar dari satu atom H sebagaimana terdapat
pada asam amino paling sederhana glisin ke rantai karbon yang lebih panjang,
yaitu hingga 7 atom karbon.
J. Fungsi Asam Amino
– Triptofan berfungsi sebagai prekursor vitamin niasin dan pengantar syaraf
seretonin (pembawa pesan dari satu sel syaraf ke yang lain).
– Metionin berfungsi memberikan gugus metil guna sintesis kolin dan kretinin,
prekursor sistein dan ikatannya mengandung sulfur lain.
– Fenilalanin berfungsi sebagai prekursor tirosin dan bersama membentuk
hormon-hormon tiroksin dan epineprin.
– Tirosin berfungsi sebagai prekursor bahan yang membentuk pigmen kulit.
– Arginin bersama dengan sentrolin terlibat dalam sintesis ureum dalam hati.
– Glisin mengikat bahan-bahan toksik dan mengubahnya menjadi bahan yang
tidak berbahaya, sintesis profirin nukleus hemoglobin dan merupakan bagian
dari asam empedu.
– Glutamin dibentuk dari asam glutamat dan asparigin dari asam aspartat
merupakan simpanan asam amino di dalam tubuh.
– Histidin sintesis histamin. Kreatin disintesis dari arginin, glisin, dan metionin
bersama fosfat, kreatinin fosfat, suatu simpanan penting fosfat bernergi tinggi
di dalam sel.
K. Penggolongan Asam Amino
Berdasarkan rantai cabang atau jumlah gugus asam (karboksil) dan basa
(amino), maka asam amino dapat diklasifikasikan dalam :
1. Asam amino netral
Asam amino yang mengandung satu gugus asam dan satu gugus amino,
terdiri atas asam amino dengan rantai cabang hidrokarbon atau asam amino
alifatik (gli, ala, fal, leu, eli), hidrosil (ser dan tre), aromatik (ven, tyr, dan trp), dan
yang mengandung sulfur (sis dan met).
3. Asam amino asam (rantai cabang asam)
Asam amino yang mengandung kelebihan gugus asam dibanding gugus
basa, yaitu asp, glu, asn, gln.
4. Asam amino basa (rantai cabang basa)
Asam amino mempunyai kelebihan gugus basa, yaitu lis, arg, his, orn
(ornitin tidak terdapat dalam protein, tetapi merupakan hasil antara sintesis urea).
5. Asam imino
Asam amino yang mengandung nitrogen imino pengganti gugus amino
primer, yaitu pro.
Berdasarkan tingkat esensialnya, asam amino dibedakan dalam :
1. Asam amino esensial : arginin (arg), leusin (leu), isoleusin (ile), valin (val),
triptofan (trp), fenilalanin (fen), methionin (met), treonin (tre), lisin (lis), dan
histidin (his).
2. Asam amino tidak esensial :
- Asam amino tidak esensial bersyarat dalah asam amino yang disintesis dari
asam amino lain atau metabolit yang mengandung nitrogen kompleks
lain. Contohnya prolin (pro), serin (ser), tirosin (tyr), sistein (sis), dan glisin
(gli).
- Asam amino betuk-betul tidak esensial adalah asam amino yang dapat
disintesis melalui aminase reduktif asam keton atau melalui transaminase.
Contohnya glutamat (glu), alanin (ala), aspartat (asp), glutamin (gln), dan
asparagin (asp).
- Asam amino yang diperlukan untuk mensintesis asam amino tidak esensial
disebut prekursor asam amino tersebut.
Prekursor asam amino
Asam amino Prekursor
Sistein
Tirosin
Arginin
Prolin
Histidin
Glisin
Metionin dan serin
Fenilalanin
Glutamat dan aspartat
Glutamat
Glutamat
Serin
L. Struktur Peptida
Struktur peptida terdiri atas struktur primer, sekunder, tersier, dan kuartener.
1. Struktur primer,
Struktur ini ditentukan oleh ikatan kovalen antara residu asam amino yang
berurutan, yang membentuk ikatan peptida. Struktur primer dapat
digambarkan sebagai rumus bangun yang biasa ditulis untuk senyawa organik.
Urutan, macam, dan jumlah asam amino yang membentuk rantai polipeptida
adalah struktur primer protein.
2. Struktur sekunder
Struktur ini terjadi karena ikatan hidrogen antara atom O dari gugus karbonil
(C=O) dengan atom H dari gugus amino (N-H) dalam satu rantai polipeptida,
memungkinkan terbentuknya konformasi spiral yang disebut struktur helex. Bila
ikatan hidrogen tersebut terjadi antara dua rantai polipeptida, maka nasing-
masing rantai tidak mebentuk helex melainkan rantai paralel dengan bentuk
berkelok-kelok yang disebut konformasi β. Rantai polipeptida dengan
konformasi β dihubungsilangkan (cross-linked) oleh ikatan hidrogen sehingga
membentuk suatu struktur yang disebut lembaran berlipat (pleated sheets).
Struktur polipeptida dalam protein serabut pada rambut dan wol berbentuk
apiral yang berarah putaran kanan. Konformasi demikian disebut α-helex atau
α-keratin rambut atau wol, sedangkan berkelok-kelok disebut β-keratin.
3. Struktur tersier
Struktur ini terbentuk karena terjadinya pelipatan (folding) rantai α-helex,
konformasi β, maupun gulungan rambang suatu polipeptida, membentuk
protein globular, yang struktur tiga dimensinya lebih rumit daripada protein
serabut.
4. Struktur kuartener
Sebagian besar protein berbentuk globular yang mempunyai berat molekul
lebih dari 50.000 merupakan oligomer, yang terjadi dari beberapa rantai
polipeptida yang terpisah. Rantai polipeprida ini yang juga disebut protomer
saling mengadakan interaksi membentuk struktur kuartener dari protein oligomer
tersebut.
H. Metabolisme Protein
a. Faktor-faktor metabolisme protein
1. Sumber protein
2. Ukuran partikel
3. Perlakuan terhadap bahan makanan sebelum atau pada saat prosesing
4. Jumlah makanan yang dikonsumsi
5. ukuran dan umur organisme hidup
6. Suhu, pH dan lain-lain.
7. Kelenjar pencernaan
8. Komponen non-protein dalam makanan
Metabolisme protein meliputi :
1. Untuk penguraian atau pemecahan sempurna
1AA* + 4.6 O2 4.5 CO2 + 1.2 NH3 + 2.5H20 + 0.03 H2S + 24.8 ATP
Dalam unit berat:
1 g AA + 1.25 g O2 1.7g CO2 + 0.17 g NH3 + 0.38 g H2O + 0.21 mol ATP
2. Untuk glukoneogenesis
1AA* + 42.6 O2 2.3 CO2 + 1.2 NH3 + 0.66H20 + 0.35 glukosa + ATP
Dalam unit berat:
1 g AA + 0.68 g O2 0.86 g CO2 + 0.17 g NH3 + 0.12 g H2O + 0.53 g glukosa + 0.095 mol ATP
3. Untuk sintesis protein
1AA* + 6 ATP 100 g protein + 1H20
Dalam unit berat:
1AA + 0.051 ATP 0.85 g protein + 0.15 g H20
Catatan : *AA = jumlah asam amino dengan berat molekul rata-rata 118 g dan BM protein = n x 100 g, dimana n = jumlah asam amino
b. Kelenjar pencernaan
1. Hati dan empedu
- hati merupakan uni pembongkaran dan pembangunan. Pembangunan
berlangsung dengan menggunakan yang telah dicerna dan diabsorbsi
melalui sistem sirkulasi. Aktivitas utama pembongkaran menyangkut
pembongkaran hemoglobin menjadi bilirubin dan biliverdin.
- Kantong empedu berfungsi menampung cairan empedu yang
disekresikan oleh organ hati. Hati sebagai tempat metabolisme protein,
lemak, dan karbohidrat.
2. Pankreas
Pankreas memiliki 2 tipe sel (sel eksokrin dan endokrin). Enzim yang
disekresikan oleh pankreas eksokrin adalah protease (tripsin, khemotripsin,
elastase, karboksipeptidase), enzim amilase, khitinase, dan lipase pankreas
endokrin adalah kelompok sel-sel yang terdapat pada sel-sel eksokrin. Sel-sel
tersebut penghasil hormon sehingga selalu berhubungan dengan kapiler darah.
Pada hewan tingkat tinggi sel A (alfa) yang mensekresikan glukagon, sel B
(betha) yang mensekresikan insulin, dan sel D (gamma) yang mensekresikan
somatostatin. Insulin dapat memacu sentesis dengan memacu peningkatan
asam amino ke dalam hati.
c. Fungsi mucus dan enzim
Mucus berfungsi untuk melindungi gastrointestinal. Mucus ini disekresi oleh
tiap-tiap bagian dari alat-alat gastrointestinal. Selain itu, mucus juga berfungsi
memperlicin ruang mucosa dan mebentuk lapisan yang tipis untuk menghindari
dari kelicetan atau pengikisan mucus.
Enzim berfungsi untuk memecah persenyawaan kimia yang mempunyai
berat dan jumlah molekul besar menjadi lebih kecil atau lebih sederhana.
d. Pembagian protease
1. Proteinase atau endopeptidase berperan sebagai katalisator dalam
menghidrolisis rantai pentida bagian tengah dan yang sangat spesifik, atau
berfungsi untuk merombak protein menjadi polipeptida, misalnya pepsinase
(pH optimum 1,5 – 2,5), cathepsin (pH optimum 4,0 – 6,0), tryptase (trypsin,
chymotripsin) pH berkisar pada suasana alkalis.
2. Peptidase atau eksopeptidase menkatalisis pada pelepasan ujung asam
amino, atau berfungsi merombak polipeptida menjadi peptida dan asam
amino terbagi atas polipeptida, tripeptidase, dipeptidase, aminopeptidase,
carboxypeptidase. Endo dan eksopeptidase terdapat pada baik sebagai
enzim intra selluler maupun ekstra selluler.
Jenis jenis enzim pencernaan dan organ penghasilnya
Organ penghasil Jenis enzim yang disekresikan
Lambung
Usus
Pangkreas
Protease (pepsin)
Amilase, lipase, esterase, khitinase
Aminopeptidase, dipeptidase, nukleoprptidase, lipase, maltosa, laktase, sukrase
Protease, tripsin, khemotripsin, karboksipeptidase, elastase, amilase, lipase, khitinase
e. Syarat makanan yang dapat dicerna
Persyaratan zat makanan yang dapat dicerna atau diserap oleh dinding
alat pencernaan adalah :
1. Bentuk larutan, memudahkan dalam penyerapan
2. Mempunyai ukuran tertentu, sehingga dapat melewati membran
permukaansel dari alat pencernaan menunju ke sistem sirkulasi.
f. Beberapa cara masuknya suatu zat ke dalam membran sel
1. Difusi adalah proses pergerakan molekul dari wilayah yang konsentrasinya
tinggi ke wilayah konsentrasinya rendah.
2. Osmose adalah proses pergerakan air dari media yang konsentrasinya tinggi
melalui membran semipermeabel.
3. Tranpor aktif adalah sutu usaha untuk mempertahankan konsentrasi ion jauh
dari keadaan keseimbangannya.
4. Endositosis adalah proses masknya suatu bahan (partikel padat atau cair) ke
dalam sel melalui membran sel.
g. Tenaga pengangkut zat
Ada dua macam tenaga pengangkut zat untuk dapat melewati membran
sel, yaitu
1. Energi kinetik, yaitu energi dari ion-ion dan molekul.
2. Energi metabolik, yaitu energi penggerak yang membutuhkan enzim atau
tenaga lain yang merupakan ciri sel hidup.
h. Proses metabolisme protein
Makanan dihaluskan menjadi molekul-molekul atau butiran-butiran mikro
yang sesuai untuk disbsorbsi melalui dinding gastrointestinal ke dalam aliran
darah. Pencernaan merupakan suatu proses yang berjalan terus menerus.
Bermula dari pengambulan makanan dan berakhir pada pembuangan sisa
makanan. Pada umumnya protein dihidrolisis menjadi asam amino atau
polipeptida sederhana.
Protein tersusun dari rantai panjang asam amino, asam aminonya (-NH2)
berkaitan dengan kelompok karbnoksil 9-COOH). Pada proses pencernaan,
ikatan tersebut diputus menjadi molekul-molekul asam amino atau peptida
dengan rantai yang lebih pendek.
Hidrolisis nutrien dibantu oleh enzim pencernaan. Enzim protease
dipengaruhi oleh faktor lingkungan, seperti pH dan suhu. Produksi enzim menurun
pada suhu di atas kisaran optimum. Aktivitas enzim meningkat dengan
peningkatan suhu.
Adanya HCl pada lambung, makanan yang termakan mengalami
pengasama hingga berbentuk bubur atau chyme masuk di usu bagian depan
akan bercampur dengan cairan empedu. Cairan pankreas selain mengandung
enzim juga mengandung bikarbonat. Cairan empedu yang sifatnya basah dan
adanya ion bikarbonat dari pankras menyebabkan enzim pankreas dan enzim
dari mukosa usus dapat bekerja secara optimal.
Proses penyerapan protein
1. Secara umum enzim yang sangat berperan dalam pencernaan protein
adalah proteinase baik yang disekresikan oleh kelenjar lambung, pankreas
maupun dinding usus.
2. Di lambung, protein dalam makanan mengalami denaturasi oleh kerja HCl
dan dihidrolisis dengan katalisator enzim pepsin, sehingga protein berubah
menjadi peptid.
3. Di usus, peptid dihidrolisis dengan enzim karboksipeptidase, tripsin, khimotripsin,
dan elastase sebagai katalisatornya menjadi polipeptida, tripeptida, dan
dipeptida. Enzim-enzim tersebut disekresikan oleh pankreas eksokrin
4. Selanjutnya oligopeptida ini dihidrolisis oleh enzim peptidase yang disekresikan
oleh dinding usus sebagai katalisatornya menjadi tripeptida dan dipeptida.
5. Tripeptida dan dipeptida dihidrolisis oleh amsing-masing enzim tripeptidase
dan dipeptidase hingga menjadi asam amino.
6. Hidrolisis tripeptida dan dipeptida dapat terjadi di rongga usus (extracelluler
digestion) atau teripeptida dan dipeptida diserap oleh enterosit (intracellular
digestion).
7. Penyerapan bahan makanan tercerna (terlarut) oleh organ pencernaan usus
untuk masuk ke dalam cairan tubuh dan melalui darah (cairan tubuh) zat
makanan tercerna tersebut akan dibawa ke sel yang membutuhkannya.
i. Kelebihan protein
Sel mempunyai batas tertentu dalam menimbun protein, bila mencapai
batas, setiap penambahan asam amino dalam cairan tubuh dipecahkan dan
digunakan untuk energi atau disimpan dalam lemak.
BAB III. Penutup
Protein merupakan komponen utama dalam semua sel hidup. Fungsi
utama protein ialah unsur pembentuk struktur sel, misalnya dalam rambut, wol,
kolagen, jaringan penghubung, membran sel dan lain-lain. Selain itu dapat pula
berfungsi sebagai protein aktif, seperti enzim, yang berperan sebagai katalis
segala proses biokimia sel. Protein aktif yang lain adalah hormon, hemoglobin,
protein terikat pada gen, toksin, antibodi atau antigen, dan lain-lain.
Protein terdiri atas asam-asam amino yang membentuk ikatan peptida,
dimana jenis asam amino dan bentuk struktur protein sangat menentukan sifat
dan karakteristik dari protein tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
Brody S. 1974. Bioenergetics and Growth with Special Reference to Efficiency Complex in Domestic Animals. London: Collier-McMillan Publ.
Houlihan D, Bounjard T, Jobling M. 2001. Food Intake in Fish. Oxford : Osney Mead, Blackwell Science Ltd.
Lehninger. 1999. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawijaya M., penerjemah. .Jakarta : Penerbit Erlangga.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 1999. Biokimia Harper. Hartono A, penterjemah; Santoso AH, editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Anwar HM, Piliang WG. 1992. Biokimia dan Fisiologi Gizi. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Piliang WG, Al Haj SDj. 2006. Fisiologi Nutrisi. Bogor : Penerbit IPB Press.
Stryer L. 2000. Biokimia. Tim penerjemah bagian biokimia FKUI, penterjemah; Soebianto SZ, Setiadi E., Editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
MODUL VI
Judul : Vitamin
BAB I. Pendahuluan
S. Latar Belakang
Vitamin merupakan komponen organik yang dibutuhkan oleh organisme
hidup termasuk udang dan ikan dalam jumlah yang sedikit namun sangat
penting untuk memelihara proses kehidupan, seperi reaksi-reaksi metabolik
dalam sel, pertumbuhan tubuh yang normal, dan untuk pemeliharaan kesehatan.
Terdapat 15 vitamin yang secara positif diidentifikasi berpengaruh pada
pertumbuhan udang dan ikan. Vitamin-vitamin tersebut adalah vitamin yang
larut dalam lemak, meliputi vitamin A, D, E, dan K serta vitamin yang larut dalam
air yang meliputi vitamin B-kompleks dan makro vitamin lainnya seperti cholin,
asam askorbik dan inositol. Kedua kelompok vitamin ini memiliki metabolisme
yang berbeda-beda.
Dalam jumlah yang sedikit, vitamin tidak digunakan secara habis dalam
satu reaksi biokimia, namun dari satu molekul akan digunakan berulang-ulang.
Secara bertahap vitamin mengalami degradasi dan memerlukan penggantian
dengan molekul vitamin yang baru.
Vitamin sering juga disebut faktor pelengkap makanan, karena vitamin
pada kenyataannya tidak mensuplai kalori dan juga tidak mempengaruhi massa
tubuh secara nyata. Tubuh tidak mapu mensintesis vitamin. Oleh karena itu,
vitamin harus disuplai dari maknan atau merupakan makanan tambahan.
T. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul karbohidrat meliputi :
a. Pengelompokan vitamin
b. Vitamin sebagai koenzim
c. Peran vitamin dalam metabolisme
d. Metabolisme vitamin yang larut dalam air
e. Metabolisme vitamin yang larut dalam lemak
U. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul ke-6 setelah mahasiswa mempelajari dan
mampu menjelaskan mengenai modul logika molekul organisme hidup dan nutrisi
ikan, karbohidrat, lipida, dan protein, serta sebelum mahasiswa mempelajari
modul mineral, asam nukleat, enzim, dan metabolisme energi.
V. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai vitamin, mahasiswa budidaya perairan mampu menjelaskan
pengelompokan vitamin, vitamin sebagai koenzim, peran vitamin dalam
metabolisme, metabolisme vitamin yang larut dalam air, dan metabolisme
vitamin yang larut dalam lemak.
BAB II. Pembelajaran
A. Pengelompokan Vitamin
Vitamin dikelompokkan berdasarkan atas kelarutannya (larut dalam air
dan larut dalam lemak). Jumlah vitamin yang larut dalam air lebih banyak
dibandingkan vitamin yang larut dalam lemak. Perbedaan vitamin yang larut
dalam air dan yang larut dalam lemak dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbedaan vitamin yang larut dalam air dan yang larut dalam lemak
Vitamin larut dalam air Vitamin larut dalam lemak
Komposisi kimia
ttd C, H, O2, N, S, Co hanya C, H & O2
Awal terjadinya
Tdk ada provitamin Bentuk provitamin (prekursor vit.)
Fungsi fisiologis
Mentranfer energi Tdk mentransfer energi
Mekanisme penyerapan
Bersamaan dg penyerapan air dari usus
halus ke aliran darah
Diserap dlm saluran usus halus dg
bantuan kilomikron dan misel
Mekanisme penyimpanan
Tdk disimpan dengan yg sama/tkt yg
sama
Disimpan dimana lemak dideposit
Mekanisme ekskresi
Melalui urine Melalui feses
B. Vitamin sebagai Koenzim
Hampir semua vitamin, terutama vitamin yang larut dalam air mempunyai
aktifitas katalitis (catalytically active), untuk mempercepat suatu reaksi. Oleh
karenanya, vitamin mempunyai fungsi sebagai koenzim. Vitamin B-komplek selalu
berhubungan dengan fungsinya untuk mentransfer energi. Dalam hal ini, vitamin
selalu terlebih dahulu diubah menjadi molekul-molekul yang lebih komplek yang
disebut koenzim. Koenzim adalah suatu sistem yang disebut juga sebagai
holoenzim dan terdiri atas apoenzim yang terdiri atas protein dan kofaktor yang
terdiri atas ion-ion inorganik dan atau koenzim.
Tidak semua koenzim mempunyai kedua tipe ini (apoenzim dan kofaktor).
Ada tiga jenis koenzim atau grup prostetik, yaitu asam adenilat (adenylic acid)
atau satu komponen dari turunan-turunan komponen-komponen yang
mengandung fosfor, komplek metalik dari porphyrin, dan turunan-turunan vitamin-
vitamin B-komplek.
C. Peran Vitamin dalam Metabolisme
Umumnya vitamin yang larut dalam air berfungsi sebagai koenzim dalam
metabolisme energi, protein (asam amino) dan asam nukleat. Peran yang lain
adalah sebagai kosubstrat dalam reaksi enzim (asam askorbik dalam proses
redoks), serta komponen struktural (contohnya kolin dan inositol dalam fosfolipid).
D. Metabolisme Vitamin yang Larut dalam Air
Menurut jumlah penyebarannya dalam tubuh, maka vitamin yang larut
dalam air golongan B-komplek dapat diurut sebagai berikut :
1. Asam nikotinik (Niasin)
2. Asam pantotenat
3. Riboflavin (vitamin B2)
4. Tiamin (vitamin B1)
5. Biotin
6. Pyridoxin (vitamin B6)
7. Asam folat
8. Kobalamin (vitamin B12)
1. Niasin (Vitamin B5)
Niasin dapat disintesis dari asam amino triptopan, terdiri atas gugus amida
yang secara fisiologis mempunyai aktivitas dalam tubuh. Niasin merupakan
komponen yang terdiri atas dua koenzim yang aktif untuk mentransfer energi,
yaitu Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD) dan Nicotinamide Adenine
Dinucleotide Phosphate (NADP).
Niasin diabsorpsi melalui usus halus. Beberapa reaksi enzimatik yg
memerlukan NAD dan NADP sebagai koenzim antara lain :
- NAD yang berhubungan dengan reaksi-reaksi dehidrogenase.
a. Asam piruvat laktat
b. VitaminA aldehida vitimin A alkohol
c. Asam malat Asam oksaloasetat
- Konversi aldehida menjadi asam, misalnya :
a. Gliseraldehida 3-fosfat 1,3 difosfogliserat
b. Vitamin A aldehida retinol
- NAD yg berhububungan dengan reaksi deaminasi oksidatif dari asam amino,
contohnya
Asam glutamat alfaketoglutarat
- Reaksi-reaksi sintesis biologis, misalnya :
a. Sintesis asam lemak (NAD)
b. Sintesis kolesterol (NADP)
c. Sintesis hormon-hormon steroid
- Reduksi NAD pada reaksi-reaksi dalam Kreb Cycle
2. Asam Pantotenat
Asam pantotenat merupakan komponen koenzim A. Asam pantotenat
berpartisipasi dalam semua proses asetilasi, misalnya pada proses acyl CoA.
Dalam proses metabolisme, asam pantotenat di diabsorpsi dari usus halus dan
diekskresi melalui urine. Asam pantotenat dideposit dalam hati dan ginjal.
Konversi asam pantotenat menjadi coA melalui gugus intermedier (gugus
panthoein).
Beberapa reaksi yang memerlukan asaam pantotenat, seperti :
Oksidatif dekarboksilasi
- Piruvat ----------------------------> acetyl CoA
TPP, NAD, asam lipoat
- Alpha-ketoglutarat ---------------------> suksinil Co-A
- Katabolisme asam lemak melalui jalur beta-oksidasi
- Sintesis lemak
- Sintesis hormon-hormon steroid, contohnya ACTH
3. Riboflavin (Vitamin B2)
Riboflavin merupakan komponen dari dua koenzim, yaitu Flavin
Mononukleotide (FMN) dan Flavin Adenine Dinukleotide (FAD). Keduanya
berfungsi dalam mentransfer hidrogen. Riboflavin berkaitan erat dengan koenzim
NAD dan NADP. Riboflavin penting dalam metabolisme karbohidrat, lemak, dan
protein. Riboflavin merupakan komponen enzim L-amino acid oxidase, enzim
xanthine oksidase, glycine oxidase, dan succinic dehydrogenase.
Dalam proses metabolisme, riboflavin diabsorpsi melalui dinding usus halus
secara difusi, dibawa oleh darah ke jaringan. Riboflavin diretensi dalam hati dan
ginjal, serta diekskresi melalui urin.
4. Tiamin (Vitamin B1)
Tiamin merupakan komponen koenzim tiaminpyrofosfat (TPP/ThPP) yang
lebih dikenal dengan nama koenzim cocarboxylase. Tiamin terlibat dalam reaksi
enzimatik dekarboksilasi dalam metabolisme glukosa, bertindak sebagai koenzim
TPP dalam siklus Kreb, serta terlibat dalam oksidasi glukosa.
Dalam proses metabolisme, tiamin diabsorpsi di bagian usus halus, serta
diretensi dalam hati dan ginjal.
5. Biotin
Biotin berfungsi utama sebagai komponen koenzim untuk reaksi yang
memerlukan CO2. Biotin juga berperan penting dalam glukoneogenesis, dalam
sintesis dan oksidasi asam lemak, aktif dalam proses karboksilase metabolisme
triptopan untuk sintesis niasin, serta dalam formasi transfer RNA untuk sintesis purin
dan protein.
Dalam proses metabolisme, biotin diabsorpsi di usus halus, diekskresi melalui
urin, serta diretensi dalam hati dan ginjal.
6. Cyanokcobalamin (Vitamin B12)
Fungsi biokimia cyanocobalamin adalah berperan penting dalam
pembentukan sel-sel darah merah, memelihara jaringan syaraf, sebagai koenzim
cobamide, penting dalam sintesis asam-asam nukleat dan recycling asam
tetrahidrofolik, memelihara aktivitas gluthation, serta berperan penting dlm
konversi metilmalonil CoA menjadi suksinil CoA dan metilasil homosistein menjadi
metionin.
7. Asam Folat
Fungsi biokimia asam folat adalah berperan penting dalam metabolisme
protein sebagai komponen dari koenzim asam tetrahidrofolik, dibutuhkan dalam
sintesis hemoglobin, glysin, metionin, cholin, thimin dan purin, berperan penting
dalam metabolisme phenilalanin, tirosin, dan histidin.
8. Asam Askorbik (Vitamin C)
Fungsi biokimia asam askorbik adalah berperan penting dalam
memelihara integritas jaringan dan sebagai kofaktor dari reaksi-reaksi hidroksilasi
seperti hyidroksilasi triptophan, tirosin, lisin, phenilalanin, dan prolin. Asam askorbik
sangat aktif untuk menurunkan senyawa-senyawa berbahaya dari tubuh,
dibutuhkan untuk konversi asam folik menjadi asam tetrahidrofolik, triptophan
menjadi serotonin. Asam askorbik dibutuhkan juga untuk sintesis hormon-hormon
steroid.
Berdasarkan kandungan asam askorbik, bahan pakan digolongkan atas 3
golongan, yaitu :
1. Excellent catergory, adalah bahan pakan yang mengandung 100 mg asam
askorbik dalam setiap 100 mg bahan pakan, contohnya paprika, brokoli, dan
lain-lain.
2. Good category, adalah bahan pakan yang mengandung 60-99 mg asam
askorbik dalam setiap 100 mg bahan pakan, contohnya sitrus, kol, bayam, dan
lain-lain.
3. Fair category, adalah bahan pakan yang mengandung 30-49 mg asam
askorbik dalam setiap 100 mg bahan pakan, contohnya asparagus, tomat,
semangka, dan lain-lain.
Vitimin C atau asam askorbik diserap diusus halus dan diekskresi melalui
urin. Status vitamin C pada tubuh dapat dievaluasi melalui plasma darah.
9. Kolin
Fungsi biokimia kolin adalah sebagai komponen penting dari asetilcholin,
lecithin fosfolipid, dan sphingomyelin. Kolin juga berperan penting dalam
memelihara struktur sel dan transmisi impuls syaraf, aktif sebagai donor dalam
sintesis methionin, serta berperan penting dalam transpor lipid ke seluruh tubuh
10. Inositol-Myoinositol
Fungsi biokimia inositol-myoinositol adalah esensil sebagai komponen
inositol yang mengandung fosfolipid, penting sebagai komponen struktur rangka,
jantung, dan jaringan otak, berperan penting dalam perkembangan hati dan sel-
sel tulang, transpor kolesterol, dan sintesis RNA.
E. Metabolisme Vitamin yang Larut dalam Lemak
1. Vitamin A
Fungsi biokimia vitamin A adalah berperan penting dalam penglihatan
sebagai pigmen penglihatan, memelihara sekresi mukosa jaringan epitel,
melindungi membran sel mukus dan jaringan dalam metabolisme
mucopolysacarida, serta membantu melepas enzim proteolitik dari lisozim dan
berperan dalam sintesis kortikosterol dari kolesterol.
Vitamin A tidak terdapat dalam jaringan tanaman, namun berada dalam
bentuk prekursor atau provitamin A yang dikenal sebagai karoten.Komponen-
komponen vitamin A di alam adalah :
- Komponen alkohol ----> retinol
- Komponen aldehida -----> retinal atau retinen
- Komponen asam -----> asam retinoik.
Vitamin dapat ditemukan dalam jaringan tubuh hewan, hati merupakan
organ penyimpan vitamin A dan merupakan sumber vitamin A terkaya. Vitamin
A juga ditemukan pada kuning telur dan air susu. Absorbsi vitamin A dipengaruhi
oleh penyerapan protein. Protein mempercepat transfer provitamin A menjadi
vitamin A.
2. Cholecalciferol (Vitamin D)
Fungsi biokimia cholecalciferol (Vitamin D) adalah berperan penting
dalam metabolisme calcium dan fosfor, yaitu sebagai hormon 1,25-
dihydroxycholecalciferol, memfasilitasi absorpsi calcium dari saluran gastro-
intestinal, mengkonversi fosfor organik menjadi fosfor anorganik dalam tulang,
meresorpsi fosfat dan asam amino dari tubula ginjal, memelihara level calcium
darah dan deposit serta oksidasi sitrat dlm tulang.
3. Vitamin E
Vitamin E disebut juga vitamin antisterilitas. Vitamin ini mempunyai
beberapa bentuk isomer, yaitu:
- Alpha-tocopherol
- Beta-tocopherol
- Gamma-tocopherol
- Delta-tocopherol
Fungsi biokimia vitamin E adalah sebagai anti oksidan (melindungi
komponen reaktif (seperti HUFA, vitamin A, dan C) dari oksidasi, membantu sel-sel
pernapasan (alpha-tocoferol berperan jaringan jantung dan otot). Vit E berfugsi
juga sebagai kofaktor dalam enzim cytochrome-reductase dalam sistem NAD
oksidase dan suksinate oksidase, mengatur sintesis komponen-komponen tubuh,
yaitu berperan dalam biosintesis DNA, sabagai kofaktor dalam sintesis asam
askorbik.
Dalam proses metabolisme, vitamin E diabsorpsi dalam usus halus dengan
bantuan asam empedu, dideposit dalam jaringan tubuh seperti lemak, otot,
kelenjar adrenal, jantung, dan hati. Vitamin E diekskresi melalui feses.
4. Vitamin K
Vitamin K dikenal juga sebagai quinone. Vitamin K ada 2 macam, yaitu
vitamin K1 (phylloquinone), terdapat dalam tumbuhan berhijau daun dan vitamin
K2 (menaquinone), yang disintesa oleh mikroorganisme.
Fungsi biokimia vitamin K adalah mengatur kandungan protein plasma
yang dibutuhkan untuk pembekuan darah, dengan membentuk komplek protein,
yaitu prothrombine (faktor II), proconvertine (faktor VII), plasma thromboplastin
(faktor IX), dan faktor Stuarts (faktor X). Vitamin K berperan penting dalam
transpor elektron dan fosforilasi oksidatif. Dalam proses metabolisme, vitamin K
diabsorpsi dengan bantuan kelenjar empedu, ke kelenjar limpa dan masuk ke
dalam sirkulasi darah. Ekskresi vitamin K dilakukan melalui feses
BAB III. Penutup
Vitamin merupakan komponen organik yang dibutuhkan oleh organisme
hidup dalam jumlah yang sedikit untuk memelihara proses kehidupannya.
Terdapat 15 vitamin yang secara positif diidentifikasi berpengaruh pada
pertumbuhan udang dan ikan. Vitamin-vitamin tersebut adalah vitamin yang
larut dalam lemak, meliputi vitamin A, D, E, dan K serta vitamin yang larut dalam
air yang meliputi vitamin B-kompleks dan makro vitamin lainnya seperti cholin,
asam askorbik dan inositol.
Hampir semua vitamin, terutama vitamin yang larut dalam air mempunyai
aktifitas katalitis (catalytically active), untuk mempercepat suatu reaksi, sehingga
vitamin mempunyai fungsi sebagai koenzim. Peran sebagai koenzim dalam
proses metabolisme energi, protein (asam amino), dan asam nukleat. Peran yang
lain adalah sebagai kosubstrat dalam reaksi enzim (asam askorbik dalam proses
redoks), serta komponen struktural (contohnya kolin dan inositol dalam fosfolipid).
DAFTAR PUSTAKA
Anwar HM, Piliang WG. 1992. Biokimia dan Fisiologi Gizi. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
Tacon, AGJ. 1991. Vitamin nutrition in shrimp and fish. Dalam Akiyama, A.M and Tan, R.K.H. (editor). Proceedings of the aquaculture, feed processing and nutriton workshop.
Piliang WG, Al Haj SDj. 2006. Fisiologi Nutrisi. Bogor : Penerbit IPB Press.
MODUL VII
Judul : Mineral
BAB I. Pendahuluan
W. Latar Belakang
Fungsi utama mineral dalam tubuh organisme antara lain pembentukan
struktur rangka, memelihara sistem koloid (tekanan osmotik, viskositas, difusi) dan
regulasi keseimbangan asam basa (Lall, 1989). Mineral juga merupakan
komponen penting dari hormon-hormon dan aktivator enzim. Kontrol mekanisme
biokimia yang kompleks dan regulasi penambahan, penyimpanan dan ekskresi
berbagai unsur mineral, memungkinkan ikan untuk hidup dalam keseimbangan
dinamik dengan media air.
Dari 109 unsur mineral yang terdapat di alam, hanya beberapa yang
dianggap penting untuk digunakan dalam tubuh, yaitu kurang lebih 40 elemen.
Unsur-unsur mineral terdapat dalam jumlah relatif sedikit dalam tubuh namun
sangat essensial untuk kelangsungan metabolisme yang normal dalam tubuh.
Suatu unsur anorganik dinyatakan essensial bagi tubuh jika memenuhi 4
kriteria utama. Pertama, mineral harus ada dalam jumlah dan konsentrasi yang
cukup konstan dalam tubuh organisme hidup yang sehat dengan sedikit variasi
dari satu organisme ke organisme lainnya. Kedua, defisiensi akibat pemberian
pakan akan menyebabkan terjadinya ketidaknormalan fungsi fisiologis oleh
karena pakan harus mengandung semua unsur mineral yang esensial dalam
jumlah dan perbandingan yang seimbang serta harus bebas dari sifat-sifat
keracunan. Ketiga, penambahan mineral yang defisiensi sekurang-kurangnya
harus dapat mencegah atau memperbaiki ketidaknormalan fungsi fisiologis.
Terakhir, ketidaknormalan yang disebabkan oleh defisiensi mineral tertentu harus
disertai dengan perubahan-perubahan biokimia yang spesifik, bila defisiensi
dapat diatasi dengan cara suplementasi mineral dalam pakan, maka kelainan
biokimia akan kembali normal.
X. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul karbohidrat meliputi :
a. Penggolongan mineral
b. Distribusi mineral dalam organ dan jaringan
c. Absorbsi, metabolisme, dan ekskresi mineral
d. Fungsi biokimia dan pengaturan mineral dalam tubuh
Y. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul ke-7 setelah mahasiswa mempelajari dan
mampu menjelaskan mengenai modul logika molekul organisme hidup dan nutrisi
ikan, karbohidrat, lipida, protein, dan vitamin, serta sebelum mahasiswa
mempelajari modul enzim, asam nukleat, dan metabolisme energi.
Z. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai mineral, mahasiswa budidaya perairan mampu menjelaskan
penggolongan mineral, distribusi mineral dalam organ dan jaringan, absorbsi,
metabolisme, dan ekskresi mineral, fungsi biokimia dan pengaturan mineral
dalam tubuh.
BAB II. Pembelajaran
A. Penggolongan Mineral
Mineral dibagi dalam beberapa golongan, yaitu mineral makro, mineral
mikro, dan mineral trace atau mineral ultratrace. Mineral makro, dibagi 2, yaitu
kation-kation utama meliputi Ca, Mg, Na dan anion-anion utama meliputi P, Cl,
S. Mineral mikro meliputi Mn, Fe, Cu, I, Zn, Fl, dan V. Mineral trace meliputi Co,
Mo, Se, Cr, Tin, Ni, dan Si.
B. Distribusi Mineral dalam Organ dan Jaringan
Mineral sebagai elemen penting dalam komposisi tubuh organisme hidup,
terdistribusi keseluruh bagian tubuh organisme tersebut. Organ dan jaringan
tempat distribusi utama mineral adalah :
1. Distribusi mineral pada jaringan tulang (osteotropik). Contohnya Ca, Mg, Sr,
Be, P, F, Va, Ba, Ti, dan Ra.
2. Disribusi mineral pada sistem retikuloendotelial. Contohnya I, Cu, Mn, Si, Cr,
dan Ni.
3. Mineral sebagai partikel non spesifik pada jaringan. Contohnya Na, K, S, Cl, Li,
dan Rb.
C. Absorbsi, Metabolisme, dan Ekskresi Mineral
Hasil absorpsi kalsium (Ca) dideposit pada tulang dan kulit. Ion Ca
diekskresi melalui insang dan ginjal. Mineral fosfor (P) setelah diabsorpsi akan
dideposit pada jantung, hati, ginjal, dan darah, sedangkan kkskresi P melalui renal
dan ginjal. Pada magnesium (Mg) proses absorbsi terjadi usus halus dan
ekskresinya melalui urin dan feses. Natrium (Na) diabsorpsi di usus halus dan
lambung, sedangkan proses diekskresi melalui urin. Kalium (K) diabsorpsi dalam
usus halus dan diekskresi melalui urin. Absorpsi zat besi (Fe) oleh ikan rainbow trout
terjadi pada organ peritonial cavity dan disimpan pada organ hati, limpa, dan
ginjal. Ekskresi Fe dilakukan melalui urin dan feses. Distribusi mangan (Mn) dalam
tubuh ikan adalah di tulang, hati, kulit, ginjal, jaringan gonad, dan otot. Absorpsi
Zn lewat insang dan saluran usus sedangkan ekskresinya melalui ginjal dan insang
(pd sel-sel clor).
D. Fungsi Biokimia dan Pengaturan Mineral dalam Tubuh
Fungsi utama mineral pada tubuh organisme hidup adalah :
1. Sebagai bagian pembentukan struktur kerangka tubuh atau formasi struktur
skeleton Jenis mineral yang terbanyak adalah kalsium dan fosfor yang
terdapat pada kerangka tubuh dan gigi.
2. Mempertahankan tingkat koloidal cairan tubuh dan mengatur beberapa sifat
fisik sistem koloid, seperti tekanan osmotik, viskositas, difusi.
3. Regulasi keseimbangan asam basa. Ion-ion anorganik membantu mengatur
keseimbangan asam basa. Untuk mempertahankan aktivitas organisme
secara normal maka pH darah dan cairan-cairan tubuh lainnya harus tetap
dalam kisaran yang relatif sempit.
4. Komponen dari hormon
5. Komponen atau aktivator enzim atau sebagai kofaktor
Secara khusus fungsi masing-masing mineral adalah :
1. Kalsium dan fosfor (Ca dan P)
Fungsi biokimia Ca adalah bagian pembentuk tulang, berperan dalam
distribusi ion pada jaringan lunak, berperan dalam kontraksi otot, aktivitas enzim,
memelihara permeabilitas membran sel, regulasi pada insang, sirip, dan
permukaan epitel.
Fungsi biokimia P adalah bagian dari komponen asam-asam nukleat dan
membran sel, berhubungan. langsung dengan produksi energi, berperan besar
dalam metabolisme karbohidrat, lipid, asam amino, dan jaringan syaraf, sebagai
buffer dalam cairan tubuh
2. Magnesium (Mg)
Fungsi biokimia Mg adalah esensial dalam reaksi enzimatik, esensial dalam
metabolisme intermedier, dalam reaksi enzimatik Phosphokinase (transfer P),
Phyrophosphatase (hidrolisis P), dan Thiokinase (Asetil Co-A).
3. Natrium, Kalium, dan Clor
Fungsi biokimia Na, K, dan Cl adalah mengontrol keseimbangan
tekananosmotik dan asam basa, ion Na+berperan dalam tekananosmotik intra
dan ekstrasel, ion Na+ dan K+berperan sebagai energi menbran plasma, ion Cl-
mengatur keseimbangan K+ dan Mg+, serta berperan dalam transfor CO2 dan
CO3.
4. Zat besi (Fe)
Fungsi biokimia Fe adalah berperan dalam respirasi sel, utamanya aktivitas
redoks dan transfor elektron, Fe yang berada dalam bentuk kompleks protein
berfungsi sebagai heme compound (hemoglobin dan myoglobin), sebagai heme
enzim (citocrome mitokondria 7 microsoma, katalase, periksidase dan lain-lain),
sebagai non heme compound (transferin, ferritin, flavin dan enzim-enzim besi
lainnya).
5. Cuprum (Cu)
Fungsi biokimia Cu adalah transfor elektron bersama dengan oksidasi
cytocrome, berperan dalam aktivitas enzim, aktivitas hormon (tripsin, dopamin),
dan membawa O2 dalam hemolimph.
Kadar Cu banyak ditemukan pada organ otak, jantung, hati dan mata
(iris). Organisme laut yang banyak mengandung Cu adalah moluska dan
krustasea.
6. Mangan (Mn)
Fungsi biokimia Mn adalah sebagai kofaktor enzim utamanya golongan
metalloenzim, seperti arginase, pyruvate carboxylase, superoxide dismutase,
terlibat dalam aktivitas enzim kinase, transferase, hydrolase, dan dekarboxylase,
berperan penting dalam metabolisme lipid dan karbohidrat.
7. Seng (Zn)
Fungsi biokimia Zn adalah bagian integral dari metalloenzim, katalisator
untuk regulasi dan aktivitas enzim, berperan penting dalam metabolisme lipid,
protein, dan karbohidrat.
8. Selenium (Se)
Fungsi biokimia Se adalah kontrol aktivitas eritrosit dan plasma darah,
merupakan bagian integral dari glutation peroxidase, memproteksi sel-sel dan
membran dari toksisitas logam berat, contohnya cadmium dan mercury.
BAB III. Penutup
Mineral adalah senyawa organik yang dibutuhkan dalam jumlah kecil
dalam pembentukan jaringan dan berbagai fungsi metabolisme dan
osmoregulasi
Golongan mineral makro dibagi 2, yaitu kation-kation utama meliputi Ca,
Mg, Na dan anion-anion utama meliputi P, Cl, S. Mineral mikro meliputi Mn, Fe,
Cu, I, Zn, Fl, dan V. Mineral trace meliputi Co, Mo, Se, Cr, Tin, Ni, dan Si.
Mineral terdistribusi pada jaringan tulang (osteotropik), contohnya Ca, Mg, Sr,
Be, P, F, Va, Ba, Ti, dan Ra. Disribusi mineral pada sistem retikuloendotelial.
contohnya I, Cu, Mn, Si, Cr, dan Ni, serta distribusi mineral sebagai partikel non
spesifik pada jaringan, contohnya Na, K, S, Cl, Li, dan Rb.
Secara umum mineral diabsorbsi di saluran usus dan dideposit di jantung,
hati, ginjal, dan darah. Eksresi mineral melalui urin dan feses.
Fungsi mineral dalam tubuh organisme adalah sebagai bagian
pembentukan struktur kerangka tubuh atau formasi struktur skeleton ,
mempertahankan tingkat koloidal cairan tubuh dan mengatur beberapa sifat fisik
sistem koloid, seperti tekanan osmotik, viskositas, difusi, regulasi keseimbangan
asam basa, komponen dari hormon, serta komponen atau aktivator enzim atau
sebagai kofaktor. DAFTAR PUSTAKA
Anwar HM, Piliang WG. 1992. Biokimia dan Fisiologi Gizi. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
Piliang WG, Al Haj SDj. 2006. Fisiologi Nutrisi. Bogor : Penerbit IPB Press.
Davis DA, Gatlin III DM. 1991. Dietary mineral requirements of fish and shrimp. Dalam. Akiyama AM, Tan RKH. (editor). Proceedings of the aquaculture, feed processing and nutriton workshop. Hal. 10-48.
Lall, S.P. 1989. The minerals. Dalam : Halver JE. (editor). Fish Nutrition. Second edition. San Diego : Academic Press. Inc. p. 220-252.
MODUL VIII
Judul : Asam Nukleat
BAB I. Pendahuluan
AA. Latar Belakang
Sel adalah unit terkecil dari makhluk hidup. Dalam sel, terdapat lebih dari
90% massa (termasuk air) terdiri atas molekul-molekul besar yang disebut dengan
makromolekul. Makromolekul merupakan komponen penting dalam kehidupan,
meliputi protein, karbohidrat, lemak, dan asam nukleat. Asam nukleat adalah
satu diantara makromolekul yang tidak essensial, karena dapat disintesis dalam
tubuh dari senyawa-senyawa amfibolik.
Asam nukleat adalah molekul kompleks lebih besar dari kebanyakan
protein, mengandung karbon, oksigen, hidrogen, dan fosfor. Molekul ini berperan
besar dalam proses penurunan sifat dan pembentukan berbagai protein. Asam
nukleat ditemukan pada tahun1870, akan tetapi peranannya dalam genetika
dan dalam kontrol aktivitas sel, diketahui dengan jelas setelah beberapa dekade.
Hal tersebut disebabkan salah pengertiannya para ilmuan yang menganggap
bahwa protein merupakan sumber informasi genetik, sehingga penelitian-
penelitian lebih ditekankan pada protein selama setengah abad pertama.
Peneliti penemu asam nukleat adalah Friedrich Miescher (Swiss, 1844-1895).
Pada tahun 1870 Miescher mengisolasi inti sel darah putih dari nanah dengan
menggunakan asam hidroklorat encer sebagai pelarut struktur sel lainnya. Protein
yang melekat pada sel diuraikan dengan menggunakan enzim pepsin. Inti yang
telah diisolasi kemudian diekstrak untuk dianalisis. Miescher menamakan
komposisi ekstrak adalah “nuklein” karena sangat berbeda dengan protein.
Istilah asam nukleat diperkenalkan oleh Richard Altman (ahli biokimia) 20 th
kemudian setelah penemuan Friedrich Miescher.
Miescher bekerja juga dengan spermatozoa ikan salem yang mempunyai
inti sangat besar (90% lebih massa sel adalah inti). Disamping mengisolasi nuklein
dari inti, Miescher juga mengekstrak zat organik dengan kandungan nitrogen
yang sangat tinggi yang diberi nama “protamin”. Miescher berpendapat bahwa
protamin dan nuklein yang bersifat asam membentuk suatu kompleks yang tidak
larut. Dewasa ini diketahui bahwa ekstrak inti sel mengandung histon yang
berasosiasi dengan DNA inti. Meskipun Miescher tahu pentingnya nuklein, tetapi
baru 60 tahun kemudian diketahui dengan mantap peranan genetik asam
nukleat. Penelitian yang menonjol yang memantapkan peranan genetik asam
nukleat adalah transformasi bakteri dan reproduksi virus.
BB. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul asam nukleat meliputi :
a. Struktur asam nukleat
b. Jenis dan fungsi asam nukleat.
c. Peran asam nukleat dalam sintesa protein
d. Peran asam nukleat sebagai koenzim
CC. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul ke-8 setelah mahasiswa mempelajari dan
mampu menjelaskan mengenai modul logika molekul organisme hidup dan nutrisi
ikan, karbohidrat, lipida, protein, vitamin, dan mineral, serta sebelum mahasiswa
mempelajari modul enzim dan metabolisme energi.
DD. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai asam nukleat adalah mahasiswa budidaya perairan mampu
menjelaskan struktur dan jenis serta fungsi asam nukleat, peran asam nukleat
dalam sintesa protein dan sebagai koenzim.
BAB II. Pembelajaran
A. Struktur Asam Nukleat
Asam nukleat merupakan suatu polimer yang mengandung nukleotida.
Hidrolisis asam nukleat menghasilkan gula, basa, dan ion fosfat. Hidrolisis parsial
asam nukleat akan terurai menjadi monomer nukleotida dan nukleosida.
Nukleotida adalah monomer dari asam nukleat dimana komponen gula pada
monomer terikat pada basa dan fosfat. Pada nukleosida komponen gula pada
monomer hanya terikat pada basa.
Nukleotida terdiri atas 3 bagian (Gambar 1), yaitu :
1. Gula berkarbon 5 (pentosa).
Pentosa pada nukleotida ada 2' jenis, yaitu ribosa dan deoksiribosa. Ribosa
adalah gula berkarbon 5' yang mempunyai gugus hidroksil pada atom C
nomor 2'. Deoksiribosa adalah gula berkarbon 5' yang mempunyai sebuah
atom hidrogen pada atom C nomor 2'.
2. Basa nitrogen
Basa nitrogen adalah suatu struktur cincin yang mengandung nitrogen, terikat
pada atom karbon 1' dari pentosa. Disebut basa disebabkan pada atom
nitrogen terdapat sepasang elektron yang tidak terbagi, sehingga dapat
menarik proton. Basa nitrogen. dapat dibedakan menjadi dua, yaitu purin
dan pirimidin. Purin adalah basa nitrogen yang mempunyai struktur cincin
ganda meliputi adenin (A) dan guanin (G). Pirimidin adalah basa nitrogen
yang mempunyai struktur cincin tunggal meliputi timin (T) atau urasil (U) dan
sitosin (C).
3. Gugus fosfat
Satu, dua, atau tiga gugus gugus fosfat yang terikat pada atom karbon 5' dari
pentosa.
Asam nukleat H2O basa
gula fosfat
H2O basa
gula fosfat
H2O Gula + basa
(nukleotida)
(nukleosida)
(nukleotida)
B. Jenis dan Fungsi Asam Nukleat
Asam nukleat pada organisme hidup terdapat dalam dua golongan
besar, yaitu Deoxyribonucleic acid (DNA) dan Ribonucleic acid (RNA).
DNA adalah asam nukleat yang molekulnya tersusun oleh gula berkarbon
5' dengan kekurangan 1 atom oksigen (deoksiribosa), basa nirogen, dan gugus
fosfat, merupakan polimer linear yang tidak bercabang, mempunyai berat
molekul berkisar antara 25.000 – 50 milyar, terutama dijumpai pada inti sel,
penyusun utama kromosom, serta merupakan pengemban kode genetik dan
dapat merepliksi dirinya dengan tujuan membentuk sel-sel baru. Basa penyusun
DNA adalah adenin, guanin, timin, dan sitosin, yang terikat pada deoksiribosa di
posisi 1 dari pirimidin dan posisi 9 dari purin.
DNA merupakan helek ganda (double helex) dari dua rantai antiparalel
(saling berlawanan) yang mempunyai sekuen (urutan) nukleotida yang
C
C
C
N
HC
N
N
N
CH
NH2
C
C
C
N
C
HN
N
N
CH
O
H2N C
CH
N
C
HN
O
CH
CH N
C
N
CH
CH N
C
HN
O
C
C
C
CH3
NH2
O
O
O
4’C
C N
O
C1’
H
H
H H
OH
H
5’
CH2
OH
HO O P
O
3’ 2’
OH
Purin
Pirimidin
Adenin GuaninaTimin
Sitosin
Urasil
Basa purin/
pirimidin
DEOKSIRIBONUKLEOTIDA
(DALAM RIBONUKLEOTIDA)
komplementer (Gambar 2). Helek ganda (double helex) artinya DNA mempunyai
2 rantai nukleotida. Dua rantai antiparalel (saling berlawanan) berarti bahwa
nukleotida (DNA maupun RNA) secara berurutan disatukan ikatan ester antara 5
fosfat dari satu unit dan gugus 3 hidroksil dari unit berdekatan, dimana kalau
untaian rantai I dari ikatan fosfodiester 3 - - - -5 maka nukleotida
komplementernya disatukan oleh ikatan fosfodiester 5 - - - -3. Komplementer
maksudnya adalah adenin berpasangan dengan timin dan guanin berpasangan
dengan sitosin. Hasil penelitian membuktikan bahwa jumlah adenin selalu sama
dengan jumlah timin dan jumlah guanin selalu sama dengan jumlah sitosin dalam
satu spesies.
DNA terdapat pada kromosom, mitokondria, dan plastida. Peran penting
DNA adalah dalam penunjang pewarisan sifat-sifat dari generasi ke generasi,
serta berperan dalam metabolisme dan perkembangan individu karena
merupakan templat atau cetakan untuk sintesa protein.
RNA adalah asam nukleat yang molekulnya tersusun oleh gula berkarbon
5' (ribosa), basa nirogen urasil, dan gugus fosfat, serta berperan penting dalam
sintesa protein. Basa penyusun RNA adalah adenin, guanin, urasil, dan sitosin.
Dengan demikian, yang membedakan antara RNA dan DNA adalah pada gugus
gula (pentosa) dan basa nitrogen penyusunnya, yaitu ribosa pada RNA dan
deoksiribosa pada DNA. Basa nitrogen pada DNA adalah adenin, guanin, timin,
dan sitosin. Basa nitrogen pada RNA sama dengan yang terdapat pada DNA,
tetapi basa nitrogen timin diganti oleh urasil.
RNA merupakan asam nukleat tunggal yang membantu dalam
mentranskripsikan (menggandakan) dan mentranslasikan (menterjemahkan)
Untaian I
Untaian II
A
T G
A T T
AG
A
CC T
GA
T
TC A
GC
A
G C T
3'
3'5'
5'
Gambar 2. Deoxyribonucleic acid (DNA) dengan rantai double helex/heleks ganda
informasi genetik dari DNA ke dalam bentuk urutan asam amino. Terdapat 3
macam RNA, yaitu RNA messenger/pesuruh (mRNA), RNA transfer (tRNA), dan
RNA ribosom (rRNA). Semua RNA tersebut ditranskrip dari DNA inti dan terlibat
sintesa protein.
Dengan adanya informasi genetik yang terkandung dalam asam nukleat,
organisme mampu membiosintesis tipe protein berlainan, seperti rambut, kulit,
otot, enzim dan sebagainya.
C. Peran asam nukleat dalam sintesa protein
Pengkodean oleh DNA untuk sintesa protein atau berpindahnya DNA
menuju pembentukan protein melalui 2 tahapan proses, yaitu transkripsi
(penggandaan) dan translasi (penterjemahan).
1. Transkripsi (penggandaan)
Transkripsi adalah sintesa rantai molekul mRNA. Informasi yang terdapat
pada DNA digandakan dalam bentuk mRNA berdasarkan salah satu urutan
nukleotida pada rantai DNA. Pada proses transkripsi 3 proses yang terjadi, yaitu
inisiasi, elongasi (pemanjangan), dan terminasi (Gambar 3).
Enzim yang beperan dalam transkripsi adalah RNA polimerase, yang
bergerak sepanjang gen dari promotornya hingga terminator. RNA polimerase
memasangkan molekul RNA pada rantai nukleotida yang sesuai dengan untaian
gen templat. Bagian DNA yang ditranskripsikan disebut unit trankripsi.
Setelah mengikat promotor, RNA polimerase melepaskan rantai ganda
DNA dan menginisiasi sintesis RNA pada titik awal untaian templat. Urutan
nukleotida promotor menetukan kerja RNA polimerase, begitu pula urutan
nukleotida yang digunakan sebagai acuan proses sintesa protein.
RNA polimerase bekerja dari hulu ke hilir (downstream). Berawal dari
promotor, RNA mengalami pemanjangan (elongasi) pada arah 5' 3'. Pada
proses transkripsi untaian DNA kembali membentuk rantai ganda.
Pada saat RNA polimerase menerjemahkan terminator, urutan nukleotida
yang mengkodekan akhir proses transkripsi. RNA dilepaskan dan RNA polimerase
memisahkan diri dari DNA. Pada prokariot, mRNA hasil transkripsi segera
digunakan untuk mensintesis protein, sedangkan pada eukariot, RNA harus
melalui berbagai proses terlebih dahulu.
Messenger RNA yang terbentuk meninggalkan inti sel dan ditransfer ke
sitoplasma. Selanjutnya mRNA bergerak ke ribosom dan berikatan dengan
subunit kecil ribosom. Urutan basa mRNA yang membawa kode genetik untuk
urutan asam amino protein. Urutan 3 basa pada mRNA disebut kodon. Kodon
start dan kodon stop adalah kodon yang bertugas memberi tanda untuk
memulai atau mengakhiri sintesa protein. Kode dari kodon dapat dilihat pada
Tabel 1.
Tabel 1. Kamus kode genetik
Asam amino Kodon Asam amino Kodon
UUU, UUC
UUA, UUG
UCU, UCC, UCA, UCG
UAU, UAC
UGU, UGC
UGG
CUU, CUC, CUA. CUG
CCU, CCC, CCA, CCG
CAU, CAC
CAA, CAG
CGU, CGC, CGA, CGG, AGA
AAA, AAG
Fenilalani (phe)
Leusin (leu)
Serin (ser)
Tirosin (tyr)
Sistein (cys)
Triptofan (trp)
Leusin (leu}
Prolin (pro)
Histidin (his)
Glutamin (glu)
Arginin (arg)
Lisin (lys)
AAU, AAC
AUU, AUC, AUA
AUG
ACU, ACC, ACA, ACG
AGA, AGG
GUU, GUC, GUA, GUG
GCU, GCC, GCA, GCG
GAU, GAC
GAA, GAG
GGU, GGC. GGA, GGG
Asparagin (asn)
Isoleusin (ile)
Metionin (met) atau
N-formilmetionin
(fmet)
Treonin (thr)
Arginin (arg)
Valin (val)
Alanin (ala)
Asam aspartat (asp)
Asam glutamat (glu)
Glisin (gly)
Ket. Penugasan kodon untuk asam-asam amino
2. Translasi (penterjemahan)
Pada proses translasi (Gambar 4), mRNA bertindak sebagai templat,
dimana urutan basa pada mRNA memberikan informasi yang diperlukan oleh
tRNA dan rRNA untuk mensintesis suatu protein dengan urutan asam amino yang
sesuai dengan informasi yang terdapat pada DNA.
Hasil pengkopian segera diterjemahkan oleh ribosom untuk membentuk
urutan asam amino sesuai sekuen yang telah dibawa mRNA. Ribosom terdiri atas
60% rRNA dan 40% protein. Transfer RNA membawa urutan asam amino ke mRNA
yang disebut antikodon. Antikodon tRNA yang sesuai selanjutnya berpasangan
dengan kodon dari mRNA. Subunit besar dan kecil ribosom bergabung dan tRNA
berikatan dengan subunit besar ribosom.
Subunit besar ribosom mengkatalisis proses pembentukan ikatan peptida
antara asam-asam amino yang dibawa oleh molekul tRNA. Pada saat asam
amino baru bergabung dengan asam amino yang sudah ada, sebelumnya tRNA
melepaskan diri dari subunit besar ribosom dan tRNA berikut (yang membawa
urutan asam amino berikut) menggantikan tRNA yang lepas. Proses berjalan terus
sampai kodon stop. Akhir proses mRNA dan protein baru terbentuk bergerak
meninggalkan ribosom.
Gambar 3. Proses transkripsi (penggandaan)
Transkripsi DNA
Proses RNA Pra mRNA
Translasi
5’3’ 5’
3’
5’3’ 5’
3’
5’3’ 5’
3’
5’3’ 5’
3’
PROMOTOR TERMINATOR Unit transkripsi Gen DNA
Titik awal RNA polemerase Titik akhir
DNA lepas RNA
Untaian templat DNA inisiasi
1. inisiasi
2. elongasi
3. terminasi
3’
5’
5’ 3’
G T
A G
G T T A
A C C C A
T C
C C A A T T
G G
G T A G G
T T
A A C C
elongasi
RNA polimerase
Nukleotida RNA
Arah transkripsi Untaian templat DNA
3’
5’
RNA baru terbentuk
5’
3’
Proses Transkripsi
Gambar 4. Proses translasi (penterjemahan)
D. Peran asam nukleat sebagai koenzim
Monomer asam nukleat nukleotida terdapat dalam 3 bentuk, yaitu
nukleosida monofosfat atau mononukleosida, nukleosida difosfat atau
dinukleosida, dan nukleosida trifosfat atau trinukleotida. Nukleotida tersebut
dapat berperan sebagai koenzim pada beberapa fungsi biokimia tubuh
organisme.
Koenzim adalah senyawa organik yang merupakan bagian sementara dari
enzim selama waktu berlangsungnya reaksi, fungsinya mengaktifkan aksi katalisis
enzim. Beberapa contoh nukleotida yang berperan sebagai koenzim, seperti
NAD+ (nikotinamid adenin dinokleotida), NADP+ (nikotinamid adenin dinokleotida
fosfat), FMN (flavin mononokleotida), FAD (flavin adenin dinokleotida) adalah
Transkripsi
mRNA
Translasi Ribosom
phe
5’ 3’
mRNA
asam amino
tRNA dengan asam amino yang melekat
polipeptida
ribosom
tRNA
Anti kodon
trp
Proses Translasi
koenzim pada proses dihidrogenase atau pelepasan atom hidrogen, pelepasan
CO2.
ADP (adenosin diphosphat), ATP (adenosen triphosphat), GTP (guanosin
triphosphat) disebut juga sebagai “uang” yang menyalurkan energi dari reaksi
yang menghasilkan energi ke semua reaksi yang membutuhkan energi dalam sel.
ADP juga sebagai substrat untuk fosforilasi oksidatif. ATP merupakan produk dari
fosforilasi oksidatif dan transduser biologik yang penting untuk memberikan energi
bebas. GTP adalah sumber energi bagi sintesa protein.
AMP (adenosin monophosphat) sebagai koenzim dalam berbagai fungsi
pengaturan intra sel, seperti pengaturan aktivitas protein kinase yang bergantung
pada cAMP (AMP siklik; asam 3',5'-siklit adenilat). GMP (guanosin monophosphat)
berperan sebagai sinyal intrasel atau second messenger yang dapat bekerja
secara antagonis terhadap cAMP.
Tabel 2. Sistem tata nama nukleotida
Nukleotida
Basa
Nukleosida
(Basa + pentosa)
Nukleosida
Monofosfat/ Mononukleosida
Nukleosida
Difosfat/ Dinukleosida
Nukleosida
Trifosfat/ Trinukleotida
Adenin (A)
Guanin (G)
Sitosin (C)
Urasil (U)
Adenin (A)
Guanin (G)
Adenosin
Guanosin
Sitidin
Uradin
Deoksiadenosin
Deoksiguanosin
Deoksisitidin
Deoksiatimidin
AMP
GMP
CMP
UMP
d AMP
dGMP
dCMP
dTMP
ADP
GDP
CDP
UDP
dADP
dGDP
dCDP
dTDP
ATP
GTP
CTP
UTP
dATP
dGTP
dCTP
dTTP
Sitosin (C)
Timin (T)
BAB III. Penutup
Asam nukleat adalah salah satu makromolekul dalam sel makhluk hidup
yang merupakan komponen penting dalam kehidupan. Struktur asam nukleat
merupakan suatu polimer yang mengandung nukleotida, terdiri atas gula
berkarbon 5 (pentosa), basa nitrogen purin (adenin dan guanin) dan pirimidin
(timin/urasil dan sitosin), dan gugus fosfat.
Asam nukleat pada organisme hidup terdapat dalam dua golongan
besar, yaitu Deoxyribonucleic acid (DNA) dan Ribonucleic acid (RNA) yang
berperan penting sebagai pengemban kode genetik dalam penunjang
pewarisan sifat-sifat dari generasi ke generasi, serta berperan dalam metabolisme
dan perkembangan individu karena merupakan templat atau cetakan untuk
sintesa protein. Peran yang lain dari asam nukleat sebagai koenzim pada
beberapa fungsi biokimia tubuh organisme.
DAFTAR PUSTAKA
Komball JW. 1983. Biologi. Jilid 1. Edisi kelima.Tjitrosomo SS, Sugiri N, penterjemah. Jakarta : Penerbit Erlangga.
Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 1999. Biokimia Harper. Hartono A, penterjemah; Santoso AH, editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Stryer L. 2000. Biokimia. Tim penerjemah bagian biokimia FKUI, penterjemah; Soebianto SZ, Setiadi E., Editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Sugiri N. 1992. Biologi Sel. Volume I. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Wirahadikusumah M. 1989. Biokimia. Protein, Enzim, dan Asam Nukleat. Bandung : Penerbit IPB.
MODUL IX
Judul : Enzim
BAB I. Pendahuluan
B. Latar Belakang
Pada sel hidup, terjadi ribuan reaksi kimia yang berlangsung secara sinkron.
Hampir semua reaksi tersebut membutuhkan suatu katalis yang merupakan
protein khas yang disebut dengan enzim. Diperkirakan sebuah sel rata-rata
mengandung sekitar 3000 macam enzim. Ketidakhadiran enzim menyebabkan
reaksi berlangsung jauh lebih lambat.
Enzim adalah katalisator organik (sebuah protein) yang dihasilkan sel-sel
hidup yang mempunyai kemampuan untuk meningkatkan kecepatan reaksi
kimia. Keistimewaan enzim sebagai katalis adalah daya katalitik sangat tinggi
(mempercepat reaksi 108 – 1020 kali), spesifitas terhadap substrat sangat tinggi,
tidak membentuk produk samping, dan bekerja pada kondisi (suhu, pH) yang
normal atau tidak ekstrim (“milk conditions”).
Enzim sebagai protein katalis merupakan agen kimia yang merubah
kecepatan reaksi tanpa ikut dalam reaksi dan tanpa berubah akibat reaksi
tersebut, akan tetapi dibuat tersedia berulangkali untuk melakukan katalisis reaksi
berikutnya. Sebagian enzim bersifat sangat spesifik, yaitu hanya mengkatalisis
suatu reaksi kimia tertentu atau spesifik pada substrat yang mengandung ikatan
kimia tertentu, misalnya urease hanya mengurai urea, atau lipase hanya
mengurai ester yang menghubungkan gliserol dengan asam lemak dari sejumlah
besar lemak. Akan tetapi ditemukan juga enzim tidak begitu spesifik dan akan
menguraikan beberapa zat yang masih ada kekerabatannya, seperti peroksidase
selain mengurai hidrogen peroksida juga menguraikan peroksida lainnya.
Pasteur pada tahun 1860 telah menunjukkan bahwa proses fermentasi
dikatalisis oleh enzim yang secara struktur terikat di dalam sel ragi. Ekstraksi enzim
pertama kali dilakukan oleh Buchner pada tahun 1897 pada enzim sel ragi yang
berfungsi dalam fermentasi alkohol. Enzim urease dari kacang-kacangan tertentu
telah diisolasi sebagai kristal murni pertama kali oleh Summer pada tahun 1926.
Kemudian Northrop dari tahun 1930 sampai 1936 melakukan hal yang sama pada
enzim pepsin, tripsin, kimotripsin. Kini telah ditemukan beberapa molekul RNA
yang memiliki sifat katalitik disebut ribozim. Sampai saat ini telah diindentifikasi
ribuan enzim, beberapa ratus diantaranya telah diisolasi atau dibuat kristal.
Sebagian besar enzim bertanggung jawab pada berbagai fungsi, seperti
pencernaan dalam saluran pencernaan, koagulasi darah, kontraksi otot,
metabolisme karbohidrat dan lemak, biosintesis asam nukleat.
C. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul enzim meliputi :
a. Struktur dan fungsi enzim
d. Penggolongan enzim
e. Enzim sebagai protein
f. Sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim
g. Kinetika reaksi enzim
h. Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim
D. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul ke-9 setelah mahasiswa memahami modul
logika molekul organisme hidup dan nutrisi ikan, karbohidrat, lipida, protein,
vitamin, mineral, dan asam nukleat serta sebelum mahasiswa mempelajari modul
terakhir, yaitu metabolisme energi.
E. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai asam nukleat adalah mahasiswa budidaya perairan mampu
menjelaskan struktur dan fungsi enzim, penggolongan enzim, enzim sebagai
protein, sisi aktif dan efisiensi katalitik enzim, kenetika reaksi enzim, dan faktor-
faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim
BAB II. Pembelajaran
A. Struktur dan Fungsi Enzim
Semua enzim murni yang telah diamati sampai saat ini adalah protein, dan
aktivitas katalitiknya bergantung pada integritas strukturnya sebagai protein.
Enzim, seperti protein lainnya, mempunyai berat molekul yang berkisar dari sekitar
12.000 sampai lebih dari 1 juta. Oleh karena itu, enzim berukuran amat besar
dibandingkan dengan substrat atau gugus fungsional targetnya.
Beberapa enzim hanya terdiri atas polipeptida dan tidak mengandung
gugus kimiawi selain residu asam amino, contohnya enzim ribonuklease pankreas.
Namun demikian, sebagian besar enzim memerlukan tambahan komponen kimia
bagi aktivitasnya. Sehubungan dengan hal tersebut dikenal beberapa bagian
enzim, yaitu apoenzim adalah bagian protein suatu enzim yang memerlukan
kofaktor untuk aktivasi. Kofaktor adalah komponen (organik maupun anorganik)
berberat molekul rendah, tahan panas, yang diperlukan untuk aktivasi enzim,
meliputi koenzim dan gugus prostetik. Koenzim adalah kofaktor organik yang
diperlukan untuk kerja enzim sering berupa vitamin, beberapa contoh koenzim
disajikan pada Tabel 1. Gugus prostetik adalah ion logam yang diperlukan untuk
aktivitas enzim dan terikat kuat pada bagian protein suatu enzim (Tabel 2).
Holoenzim adalah enzim yang strukturnya sempurna dan bersifat aktif
mengkatalisis, bersama-sama dengan koenzim atau gugus logamnya.
Enzim adalah katalisator sejati. Molekul enzim meningkatkan dengan nyata
kecepatan reaksi kimia spesifik, dimana tanpa enzim berlangsung amat lambat.
Enzim mampu melakukan katalisis berdasarkan pengaruhnya pada energi aktivasi
yang dibutuhkan setiap reaksi kimia. Energi aktivasi adalah energi yang
dibutuhkan untuk memecah molekul senyawa reaktan (substrat). Peran enzim
disini untuk menurunkan batasan energi aktivasi yang dibutuhkan untuk memulai
reaksi.
Peran enzim sebagai katalisator, yaitu dalam proses kimia dan biokimia
dalam tubuh manusia, hewan, tumbuh-tumbuhan, mikroorganisme.
Pemanfaatan enzim dalam rekayasa genetik, seperti enzim retriksi, ligase, DNA
polimerase, RNAase, fosfatase; dalam industri sebagai katalis anorganik, obat-
obatan (kedokteran), pengolahan makanan dan minuman, analisis kimia, bahan
detergen.
Tabel 1. Koenzim yang diperlukan untuk kerja enzim
Vitamin Bentuk koenzim (bentuk aktif))
Jenis reaksi (proses) yang dilangsungkan
Tiamin
Riboflavin
Asam nikotinat
Asam pantotenat
Piridoksin
Biotin
Asam folat
Vitamin B12
Asam askorbat
Vitamin A
Vitamin D
Vitamin E
Vitamin K
Tiamin pirofosfat
FMN, FAD
NAD+ ,NADP+
Koenzim A
Piridoksal fosfat
Biositin
Asam tetrahidrofolat
Doksiadenosil kobalamin
Tidak diketahui
Retinal
1,25-dihidroksikole-kalsiferol
Tidak diketahui
Tidak diketahui
Dekarboksilasi asam α-keto
Reaksi redoks
Reaksi redoks
Transfer gugus asil
Transfer gugus amino
Transfer CO2
Transfer gugus 1-karbon
Pemindahan 1,2 hidrogen
Kofaktor pada reaksi hidroksilasi
Siklus penglihatan
Regulasi metabolisme Ca2+
Perlindungan lipida membran
Kofaktor pada reaksikarboksilasi
Tabel 2. Gugus prostetik (unsur anorganik)
Logam Enzim
Fe2+ atau Fe3+
Cu2+
Zn2+
Mg2+
Mn2+
K+
Ni2+
Mo
Se
Sitokrom oksidase
Katalase
Peroksidase
Sitokrom oksidase
DNA polimerase
Karbonan anhidrase
Alkohol dehidrogenase
Heksokinase
Glukosa 6-fosfatase
Arginase
Piruvat kinase
Urease
Nitrat reduktase
Glutation perosidase
B. Penggolongan Enzim
Enzim dapat diklasifikasikan berdasarkan reaksi yang dikatalisis, tempat
bekerjanya, biosintesisnya, fungsinya, dan komponen penyusunnya. Menurut
“Commission on enzymes of the international union of biochemistry” enzim
dikelompokkan berdasarkan reaksi biokimia yang dikatalisis dengan nomor kode
sebagai kunci (Tabel 3).
Tabel 3. Klasifikasi enzim secara Internasional berdasarkan reaksi yang dikatalisis
No. Kelas Jenis reaksi yang dikatalisis
1
2
3
4
5
6
Oksidoreduktase
Transferase
Hidrolase
Liase
Isomerase
ligase
Pemindahan elektron
Pemindahan gugus fungsional
Reaksi hidrolisis (pemindahan gugus fungsional ke air)
Penambahan gugus ikatan ganda dan sebaliknya
Pemindahan gugus di dalam molekul, menghasilkan bentuk isomer
Pembentukan ikatan C—C, C—S, C—O, C—N oleh reaksi kondensasi yang terkait dengan penguraian ATP
Sebagai contoh, yaitu :
Kelas 1 oksidoreduktase
Subkelas : 1. bekerja pada gugus CH—OH (substrat donor)
2. gugus aldehid
3. gugus CH—CH
4. gugus CH—NH (amina primer)
5. gugus CH—NH- (amina 2°)
6. g NADH/NADPH
7. dst
Sub subkelas : 1. NAD+ atau NADP+ sebagai penerima
2. sitokrom
3. oksigen
dst. Senyawa penerima lainnya
Berdasarkan tempat bekerja enzim dapat diklasifikasikan dalam :
1. Endoenzim, yaitu enzim yang menghidrolisis atau memecah dari bagian
tengah makromolekul. Contohnya adalah enzim α amilase yang memecah
ikatan glikosida α 1-4 endoglukosidase.
2. Eksoenzim, yaitu enzim yang menghidrolisis atau memecah dari bagian ujung
makromolekul. Contohnya adalah ß-amilase yang memecah ikatan glikosida
α 1-4 eksoglukosidase.
Berdasarkan biosintesisnya enzim dapat diklasifikasikan dalam :
1. Enzim konstitutif adalah enzim yang diproduksi setiap saat. Contohnya adalah
enzim yang umumnya berperan dalam metabolisme.
2. Enzim induktif adalah enzim yang dikeluarkan apabila ada inducer.
Contohnya adalah enzim pencernaan.
Enzim berdasarkan fungsinya, seperti enzim pencernaan (amilase, lipase,
pepsin, tripsin), enzim metabolisme (glukosa oksidase, glukose-6-fosfatase, piruvat
dehidrogenase), enzim yang berperan dalam sintesa protein (RNA polimerase),
dan sebagainya.
C. Enzim sebagai Protein
Enzim adalah protein. Oleh karena itu, kemampuan untuk mengkatalisis
sangat berkaitan dengan struktur molekulnya. Enzim yang dididihkan dengan
asam kuat atau diinkubasi dengan tripsin, yaitu perlakuan yang memotong rantai
peptida, aktivitas katalitiknya akan hancur. Hal ini memperlihatkan bahwa
struktur kerangka primer protein enzim dibutuhkan untuk aktivitasnya. Selanjutnya,
jika mengubah berlipatnya rantai protein yang khas dari suatu protein enzim oleh
panas, oleh perlakuan pH yang jauh menyimpang dari keadaan normal, atau
oleh perlakuan dengan senyawa perusak lainnya, aktivitas katalitik enzim juga
akan lenyap. Jadi struktur primer, sekunder, tersier, maupun kuarterner protein
enzim sangat penting bagi aktivitas katalitiknya.
Rantai samping bermuatan dari asam amino tertentu membentuk ikatan
elektrostatik satu sama lain dan dengan ion molekul air sekelilingnya. Interaksi ini
sebagian ikut membentuk struktur tersier dan kuarterner protein. Rantai samping
suatu asam amino tertentu seperti asam aspartat dan asam glutamat bermuatan
atau tidak, sebagian ditentukan oleh pH dari lingkungan protein.
Rantai samping berkatup dari beberapa asam amino (tempat aktif)
disamping berperan dalam menjaga struktur tersier dan kuarterner molekul yang
spesifik, dapat pula terlibat dalam pengikatan substrat pada enzim. Oleh karena
itu, menyebabkankan tekanan ikatan ke dalam molekul substrat. Akibatnya
sebagian besar enzim hanya dapat bekerja dalam kisaran pH yang sempit dan
mempunyai pH optimum. pH yang ekstrim menyebabkan aktivitas enzim turun
atau bahkan lenyap karena konfigurasi protein berubah.
Aktivitas enzim terkait dengan strukturnya sebagai protein selain
dipengaruhi pH juga sangat dipengaruhi oleh suhu. Di atas atau di bawah suhu
optimum, aktivitas enzim menurun dan bahkan hilang oleh perubahan struktur
enzim atau terdenaturasi. Sebagian enzim mengalami denaturasi yang
irreversibel pada suhu 55 - 65°C selama beberapa waktu. Pada suhu -196°C
enzim masih hidup tetapi aktivitasnya hampir berhenti.
D. Sisi Aktif dan Efisiensi Katalitik Enzim
Molekul substrat yang khas diikat pada bagian tertentu dari enzim yang
disebut dengan sisi aktif. Sisi aktif suatu enzim dibentuk oleh sejumlah residu asam
amino yang cabang sampingnya mempunyai dua peranan. Pertama berguna
untuk menarik dan mengorientasikan substrat dengan cara yang khas pada sisi
aktif tersebut (asam amino demikian disebut residu kontrol yang menyebabkan
kespesifikan substrat). Kedua ikut serta dalam pembentukan ikatan sementara
dengan molekul substrat, ikatan yang membuat substrat bermuatan,
memasukkan tekanan dalam ikatan tertentu, dan memulai terjadinya perubahan
katalitik (asam amino tersebut disebut residu katalitik).
Gambar 1. Siklus katalitik oleh enzim
Residu katalitik dan residu kontrol yang membentuk sisi aktif dapat berada
di bagian struktur primer yang terpisar jauh. Namun demikian, karena melipatnya
rantai polipeptida yang distabilkan, tempat-tempat tersebut terletak berdekatan
dan sesuai. Contohnya pada enzim lisozim asam amino yang membentuk sisi
aktif terpisah jauh dalam struktur primer. Ikatan yang terjadi antara substrat
dengan rantai samping asam amino dalam membentuk sisi aktif dapat kovalen
atau nonkovalen. Interaksi antara enzim dan substrat seperti model gembok dan
kunci disajikan pada Gambar 1, dimana enzim dan substrat mempunyai bentuk
yang komplementer.
Enzim sebagai katalisator yang mempercepat reaksi, tetapi tidak ikut
dalam reaksi. Hal ini demikian, dalam katalisis enzim mempunyai dua mekanisme
dasar. Pertama adalah keberadaan enzim yang meningkatkan kemungkinan
jenis-jenis molekul yang secara potensial akan bereaksi dan bertemu dalam
orientasi yang diperlukan dalam ruang. Hal ini terjadi karena enzim mempunyai
afinitas yang tinggi terhadap substrat, yang membuat ikatan sementara dengan
enzim
Sisi aktif
Substrat
Ex. sukrosa
ikatan
H2O
Substrat mengikat enzim, menjadi komplek enzim-substrat
Ikatan dari substrat dan enzim menyebabkan ikatan sukrosa terlepas menjadi glukosa fruktusa
glukosa
fruktosa
substrat tersebut. Kedua terjadinya ikatan sementara (sebagian besar non
kovalen, seperti ikatan hidrogen, ikatan ion) antara enzim dan substrat yang
menyebabkan suatu redistribusi elektron dalam molekul substrat. Redistribusi
tersebut menyebabkan adanya tekanan pada ikatan kovalen spesifik dalam
substrat yang akhirnya mengakibatkan pemutusan ikatan. Terjadinya tekanan
pada ikatan dalam suatu substrat karena asosiasi dengan enzim yang disebut
dengan pengaktifan substrat.
Enzim terikat pada satu atau lebih zat-zat yang bereaksi. Dengan
demikian, enzim menurunkan barier energi (jumlah energi aktivasi yang
diperlukan) dari reaksi, sehingga reaksi dapat berlangsung dengan cepat.
Katalisator menurunkan pembatas energi aktivasi reaksi kimia, tanpa mengubah
keseluruhan perubahan energi bebas reaksi atau letak keseimbangan akhir.
Pada puncak pembatas energi aktivasi, terjadi keadaan transisi. Energi aktivasi
suatu reaksi adalah jumlah energi dalam kalori yang diperlukan untuk membawa
semua molekul pada 1 mol senyawa pada suhu tertentu menuju tingkat transisi
pada puncak batas energi. Pada tahap ini, terdapat peluang yang sama bagi
molekul-molekul tersebut untuk mengalami reaksi, membentuk produk, atau untuk
kembali menuju kumpulan molekul awal yang tidak reaktif. Kecepatan setiap
reaksi sebanding dengan konsentrasi senyawa pada keadaan transisi. Reaksi
katalitik yang dilakukan enzim dapat dilihat pada Gambar 2.
Enzim meningkatkan kecepatan reaksi yang dikatalisis sebesar 108 – 1020.
Enzim menimbulkan tenaga katalitik yang demikian besar pada keadaan suhu
dan pH yang demikian biasa. Terdapat empat faktor utama yang mempercepat
kecepatan reaksi kimiawi yang dikatalisis oleh enzim, yaitu letak dan oreitasi
substrat dalam hubungannya dengan gugus katalitik, tegangan dan berubahnya
ikatan objek oleh dorongan penempatan enzim, katalisator umum asam-basa,
dan katalisator kovalen.
i. Kinetika reaksi enzim
Analisa kuantitatif kinetika reaksi enzim dapat dilakukan dengan dua asas
pendekatan, yaitu asas keseimbangan dan asas teori keadaan tunak (steady
state theory).
1. Pendekatan dengan asas teori keadaan tunak (steady state theory)
Bagi banyak enzim laju katalisis berubah sesuai dengan konsentrasi substrat
[S]. V didefinisikan sebagai jumlah mol produk yang terbentuk tiap detik. Pada
suatu konsentrasi tertentu enzim, V boleh dikatakan berbanding lurus dengan [S}
bila [S] kecil. Pada [S] yang besar V boleh dikatakan tidak tergantung lagi pada
[S]. Pada tahun 1913, Leonor Michaelis dan Maud Menten mengajukan suatu
model yang sederhana untuk menjelaskan ciri-ciri seperti ini. Suatu hal yang
Ener
gi b
ebas
Perkembangan reaksi
Awal
Akhir
Dengan katalisis
tanpa katalisis
Keterangan
Ea : energi
aktivasi
Ea
Ea
G
Gambar 2. Reaksi katalitik yang dilakukan oleh enzim
sangat penting dalam model tersebut ialah bahwa suatu kompleks ES diperlukan
sebagai senyawa antara pada proses katalisis. Model tersebut adalah :
k1 k3
E + S ↔ ES → E + P (1)
k2
Enzim E berikatan dengan S membentuk kompleks ES dengan suatu tetapan kecepatan k1.
Kompleks ES mempunyai dua kemungkinan, terurai kembali menjadi E + S dengan suatu
tetapan kecepatan k2, atau melanjutkan reaksi membentuk produk P, dengan tetapan
kecepatan k3, dianggap pula, bahwa tidak tidak ada produk yang diubah kembali menjadi
substrat awal. Keadaan pada tahap awal reaksi, sebelum konsentrasi produk menjadi cukup
besar.
Perumusan yang menghubungkan laju katalisis dengan konsentrasi substrat dan
enzim dan dengan laju tiap langkah reaksi. Titik tolak yang digunakan ialah bahwa laju
katalisis sama dengan hasil perkalian konsentrasi kompleks ES dengan k3.
V = k3 [ES] (2) [ES] ini haruslah dinyatakan dalam suatu jumlah yang telah diketahui. Laju pembentukan
dan laju pemecahan ES diketahui dari
Laju pembentukan ES = k1 [E][S] (3) Laju pemecahan ES = (k2 + k3) [ES] atau ES = k2 [ES] + k3 [P] (4) Dalam keadaan tak berubah, konsentrasi zat antara ES tidak berubah, sedangkan
konsentrasi senyawa awal dan konsentrasi produk berubah. Ini terjadi bila laju
pembentukkan kompleks ES sama dengan laju penguraian ES menjadi P dan E.
Dalam keadaan tunak, bertambahnya ES per satuan waktu adalah nol, jadi
d[ES] = 0 = k1 [E] [S] – (k2 [ES] + k3 [P]) dt Apabila harga[E] = [E]o – [ES] dan [P] = [ES], diperoleh
k1([E]0 - [ES] [S] = (k2 + k3)[ES] k1
[E]0 [S] – k1[ES] [S] = (k2 + k3)[ES] (5)
Dari persamaan 5 ini, [ES] dapat dihitung k1 [E]o [S] [ES] = (6) k1 [S] + (k2 + k3) Bila pembilang dan penyebut dibagi dengan k1 maka 1/k1(k1 [E]o [S]) [ES] = 1/k1(k1[S] + (k2 + k3)) [E]o [S] [ES] = 1/k1(k1 [S]) + 1/k1(k2 + k3) [E]o [S] [ES] = [S] + 1/k1 (k2 + k3) [E]o [S] [ES] = (7) [S] + (k2 + k3)/k1 karena k2 + k3
k1 menunjukkan konstanta keseimbangan dari disosiasi ES, maka k2 + k3 KM = (8) k1 KM adalah tetapan Michaelis-Menten Bila persamaan 8 dimasukkan ke dalam persamaan 7, diperoleh [E]o [S] [ES] = (9) [S] + KM Bila persamaan ini dimasukkan ke dalam persamaan 2 untuk menggantikan faktor [ES],
diperoleh
[S] V = k3 [E]o (10)
[S] + KM 2. Pendekatan dengan asas keseimbangan Konstanta disosiasi : [E] [S] KM = (11) (ES) [E], [S] dan [ES] adalah konsentrasi dalam keadaan keseimbanganm masing-masing E, S dan ES. Jika konsentrasi enzim semula adalah [E]o maka konsentrasi enzim bebas yaitu : [E] = [E]o - [ES] = [E]o – [P] (12) [ES] = konsentrasi enzim yang berikatan dengan substrat, yang juga sama dengan konsentrasi produk [P]. Bila persamaan ini dimasukkan ke dalam persamaan 11, maka ([E]o – [P]) [S] ([E]o – [P]) [S] KM = KM = (13) [P] [ES] Analisis lebih lanjut : KM [ES] = [E]o [S] - [ES] [S] [ES] = ( [E]o - [ES] ) [S] / KM (14) Bila [ES] pada persamaan 14 dikumpulkan pada ruas kiri persamaan, diperoleh [ES] = ([E]o [S]/KM) - ([ES] [S] / KM) ([ES] + [ES] [S]) / KM = [E]o [S]/KM [ES] [S]) KM ([E]o [S] KM [ES] KM + =
KM KM [ES]KM + [ES] [S] = [E]o [S] (KM + [S]) [ES] = [E]o [S] [E]o [S] [ES] =
[S] + KM
[S]
[ES] = [Eo] (15) [S] + KM atau
[S]/KM [ES] = [Eo] [S] + KM/KM
[S] / KM [ES] = [Eo] (16) 1 + [S] / KM Bila persamaan ini dimasukkan ke dalam persamaan 2 untuk menggantikan faktor [ES],
diperoleh
[S]
V = k3 [Eo] (17) [S] + KM
Sampai pada persamaan (17) hasil analisis dengan kedua cara pendekatan tersebut di atas
adalah sama, menghasilkan persamaan yang sama untuk hubungan antara laju reaksi enzim
dan konsentrasi substrat.
Kecepatan maksimum Vmaks, dicapai bila seluruh situs katalitik enzim jenuh substrat,
artinya, bila [S] jauh lebih besar dari pada KM. Akibatnya, [S] / [S] + KM) mendekati 1,
sehingga
Vmaks = k3 [E]o (18) Bila persamaan 18 dimasukkan ke dalam persamaan 13, diperoleh persamaan Michaelis-
Menten
[S]
V = Vmaks (19) [S] + KM
Persamaan ini memperjelas data kinetik yang tampak pada gambar 1. Pada
konsentrasi substrat yang sangat rendah, bila [S] jauh lebih kecil dari pada KM, V = [S]
Vmaks / KM. Ini berarti, kecepatan reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi substrat. Bila
konsentrasi substrat tinggi, [S] jauh lebih besar dari pada KM, sehingga V= Vmaks, artinya,
laju reaksi maksimum dan tidak tergantung lagi pada konsentrasi substrat,
Dari persamaan 19, arti KM menjadi jelas. Bila [S] = KM, maka
V = Vmaks / 2. Jadi KM konsentrasi substrat yang menyebabkan kecepatan reaksi sama
dengan separuh kecepatan maksimum. Satuan KM adalah mol per liter.
Gambar 3. Diagram kecepatan reaksi V sebagai fungsi dari konsentrasi substrat [S] untuk
suatu enzim yang tunduk akan kinetika Michaelis-Menten (Vmaks adalah kecepatan maksimum dan KM adalah tetapan Michaelis)
E. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim
Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim adalah suhu dan pH,
konsentrasi enzim dan substrat, konsentrasi inhibitor, modulator
(aktivator/represor), dan waktu.
1. Suhu dan pH
Suhu dan pH faktor penting yang mempengaruhi aktivitas enzim. Hal ini
erat kaitannya dengan struktur molekul enzim adalahkarena protein. Aktivitas
enzim meningkat sejalan dengan peningkatan suhu lingkungan karena
tumbukan antara substrat dengan sisi aktif meningkat seiring dengan
meningkatnya pergerakan molekul. Akan tetapi, kemampuan kerja enzim akan
menurun diatas suhu tertentu. Hal ini disebabkan oleh panas mengganggu
ikatan hidrogen, ion, dan berbagai ikatan yang menstabilkan bentuk aktif enzim
sehingga enzim mengalami proses denaturasi. Setiap enzim mempunyai suhu
dan pH optimum kecepatan reaksi mencapai titik tertinggi, jumlah molekul yang
berikatan dengan sisi aktif mencapai titik tertinggi tanpa terjadi proses denaturasi
protein enzim. Sebagai contoh aktivitas enzim pepsin maksimal pada pH 1,5 – 2
dan suhu 25oC, sedangkan tripsin pada pH 7,7 pada suhu yang sama. Enzim
urease pada pH 8 dan suhu 20oC mempercepat kecepatan hidrolisis urea sampai
1014 kali. Pada Gambar 4 disajikan pengaruh suhu dan pH pada laju reaksi yang
dikatalisis oleh enzim.
Gambar `4. Pengaruh suhu dan pH pada aktivitas enzim
2. Konsentrasi enzim dan substrat
Aktivitas enzim dalam mengkatalisis substrat meningkat dengan
meningkatnya konsentrasi enzim dan substrat. Namun konsentrasi enzim dan
substrat ada batasnya dalam meningkatkan aktivitas enzim dalam proses
katalitik. Pada waktu tertentu (Gambar 5A) seperti yang ditunjukkan pada t1 -
peningkatan konsentrasi enzim (E1, E2, E3) menyebabkan peningkatan secara
proporsional jumlah substrat yang ditransformasikan. Sebaliknya pada t2,
konsentrasi enzim meningkatkan jumlah substrat yang ditransformasikan tetapi
sudah tidak proporsional lagi. Jadi pada batas waktu tertentu kecepatan awal
reaksi merupakan fungsi dari konsentrasi enzim. Konsentrasi enzim juga sangat
erat kaitannya dengan lama waktu yang diperlukan untuk melakukan katalisis.
Makin tinggi konsentrasi enzim maka akan semakin pendek waktu yang
diperlukan untuk menghasilkan produk dengan konsentrasi substrat yang sama
sampai suatu batas konsentrasi enzim tertentu.
Konsentrasi enzim yang dipertahankan tetap dan konsentasi substrat
dibuat bervariasi (Gambar 5B), maka kecepatan reaksi akan meningkat dengan
cepat. Konsentrasi substrat yang terus ditingkatkan maka peningkatan substrat di
atas maksimum yang spesifik bagi suatu enzim akan menyebabkan menurunnya
aktivitas enzim tersebut, atau dengan kata lain aktivitas enzim dapat dihambat
oleh meningkatnya kuantitas substrat.
Gambar 5. Pengaruh konsentrasi enzim (A) dan konsentasi substrat (B) pada aktivitas enzim
3. Konsentrasi inhibitor
Senyawa kimia tertentu memeliki kemampuan untuk menghambat kerja
sebagian enzim. Jika senyawa ini berikatan dengan ikatan kovalen pada enzim
maka inhibisi (proses penghambatan kerja) ini bersifat permanen atau tidak
dapat dihilangkan. Beberapa inhibitor yang tidak terlalu kuat memiliki
kemampuan mengubah bentuk molekulnya sehingga menyerupai substrat dan
bersaing dengan substrat untuk berikatan pada sisi aktif enzim. Senyawa ini
dikenal sebagai inhibitor kompetetif (competitive inhibitor). Proses
penghambatan ini dapat diatasi dengan meningkatkan konsentrasi substrat.
Contohnya pada kerja enzim dehidrogenase suksinat dihambat oleh anion
suksinat, oksaloasetat
Inhibitor lainnya dikenal dengan istilah inhibitor non kompetitif (non
competitive inhibitor). Inhibitor ini tidak bersaing dengan substrat untuk berikatan
pada sisi aktif enzim melainkan berikatan dengan enzim dan mengubah bentuk
t0 t1 t3 waktu
Jum
lah
subs
trat y
ang
di
trans
form
asi
E3
E1
E2
1x 2
x 3x
A B
V
V2
molekul enzimnya. Kondisi ini menyebabkan terjadi perubahan sisi aktif sehingga
enzim tidak dapat menggunakan sisi aktifnya untuk berikatan dengan substrat.
Contohnya enzim dehidratase L-treonin oleh L-isoleusin.
4. Modulator (aktivator/represor)
Kerja enzim dikendalikan oleh suatu mekanisme pengaturan aktivitas
enzim yang merupakan perpaduan antara mekanisme katalitik dan proses-proses
lainnya. Pengatur atau dikenal sebagai modulator bekerja baik sebagai aktivator
ataupun sebagai represor atau penghambat. Keberadaan aktivator dapat
meningkatkan afinitas enzim pada substratnya, sehingga menyebabkan
menurunnya aktivitas enzim.
Senyawa yang berperan sebagai modulator seperti kofaktor, yaitu ion
atau molekul yang membantu kerja enzim. Modulator lainnya adalah enzim
regulatori (enzim pengatur), yaitu enzim pemacu yang menentukan kecepatan
keseluruhan urutan reaksi, karena enzim ini mengkatalisis tahap yang paling
lambat atau tahap penentu kecepatan. Disamping mempunyai fungsi katalitik,
enzim ini juga mampu meningkatkan atau menurunkan aktivitas katalitik sebagai
respon pada isyarat tertentu. Spesifisitas atau kekhususan dalam hal kecocokan
antara molekul substrat dan situs aktif enzim, maka terikatnya aktivator atau
penghambat pada enzim tersebut haruslah pada situs yang bukan situs katalitik.
Enzim pengatur mempunyai dua atau lebih situs pengikat, dan paling tidak salah
satu diantaranya bersifat spesifik dan katalitik bagi substratnya.
Enzim regulatori aktivitasnya diatur melalui berbagai jenis isyarat molekular.
Terdapat dua golongan utama enzim pengatur, yaitu enzim alosterik atau
pengatur bukan kovalen dan enzim pengatur kovalen. Enzim alosterik
mempunyai situs pada molekul enzim tempat efektor (penghambat atau
aktivator) bereaksi berbeda dari situs katalitik. Jadi situs alosterik adalah situs yang
mengatur aktivitas enzim. Enzim Dehidratase treonin merupakan golongan yang
khas dari enzim alosterik yang berfungsi melalui pengikatan non kovalen dan
dapat balik dalam molekul pengatur. Enzim Dehidratase treonin bekerja pada
sistem enzim bakteri yang mengkatalisis perubahan L-treonin menjadi L-isoleusin.
Golongan enzim pengatur kovalen, yaitu diatur melalui interkonversi bentuk aktif
dan tidak aktifnya oleh modifikasi kovalen molekul enzim. Contohnya enzim
pengatur fosforilase glikogen pada otot dan hati yang mengkatalisis reaksi
pembentukan glukosa 1-fosfat dari substrat glikogen.
5. Waktu
Waktu yang dibutuhkan oleh enzim untuk melakukan proses katalisis
partial/sempurna pada substrat sangat terkait dengan konsentrasi enzim dan
substrat. Semakin tinggi konsentrasi substrat, lama waktu yang dibutuhkan
semakin besar. Namun demikian pada konsentrasi substrat yang sama
peningkatan konsentrasi enzim dapat mempersingkat waktu yang dibutuh oleh
enzim untuk melakukan katalisis, sampai batas konsentrasi enzim dan substrat
tertentu tertentu.
BAB III. Penutup
Setiap sel terdapat ribuan enzim yang berbeda-beda yang secara khusus
mengkatalisis semua kegiatan kimiawi esensial suatu sel. Enzim adalah protein,
sebagian besar perlu bantuan koenzim dan kofaktor untuk menjadi aktif. Enzim
dapat diklasifikasikan berdasarkan reaksi yang dikatalisis, tempat bekerjanya,
biosintesisnya, fungsinya, dan komponen penyusunnya.
Enzim adalah katalisator sejati. Keistimewaan enzim sebagai katalis adalah
daya katalitik sangat tinggi (mempercepat reaksi 108 – 1020 kali), spesifitas
terhadap substrat sangat tinggi, tidak membentuk produk samping, dan bekerja
pada kondisi (suhu, pH) yang normal atau tidak ekstrim (“milk conditions”).
Aktivitas enzim pada substratnya terjadi pada sisi atau situs aktif pada
bagian permukaan enzim. Proses ini menurunkan energi aktivasi pada suatu
reaksi kimiawi dan memungkinkannya berlangsung pada laju yang cepat.
Beberapa faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim adalah suhu dan pH, hal
berhubungan dengan struktur enzim sebagai protein, konsentrasi enzim dan
substrat, konsentrasi inhibitor, modulator (aktivator/represor), dan waktu.
DAFTAR PUSTAKA
Lehninger. 1999. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawijaya M., penerjemah. .Jakarta : Penerbit Erlangga.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 1999. Biokimia Harper. Hartono A, penterjemah; Santoso AH, editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Stryer L. 2000. Biokimia. Tim penerjemah bagian biokimia FKUI, penterjemah; Soebianto SZ, Setiadi E., Editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Wirahadikusumah M. 1989. Biokimia. Protein, Enzim, dan Asam Nukleat. Bandung : Penerbit IPB.
MODUL X
Judul : Metabolisme Energi
BAB I. Pendahuluan
C. Latar Belakang
Semua sel mengekstraksi energi dari lingkungannya dan mengkonversi
bahan makanan menjadi komponen-komponen sel melalui jaringan reaksi kimia
yang terintegrasi sangat rapi yang disebut dengan metabolisme. Metabolisme
segala proses reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh makhluk hidup, sedangkan
energi adalah kemampuan untuk melakukan aktivitas. Jadi metabolisme energi
adalah penggunaan energi dalam proses reaksi kimia pada suatu sistem
lingkungan untuk produksi dan respirasi dalam suatu unit areal dan waktu
tertentu.
Energi kimia dapat diubah menjadi panas, listrik, energi cahaya, atau
energi osmotik. Energi cahaya dapat diubah menjadi energi listrik atau energi
kimia. Energi listrik dapat pula diubah menjadi energi kimia. Berarti bahwa suatu
bentuk energi dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain atau dikenal
dengan proses transformasi energi. Pemahaman tentang transformasi energi
dipelajari dalam bioenergetika. Ilmu ini memberikan prinsip dasar untuk
menjelaskan mengapa sebagian reaksi dapat terjadi, dan sebagian yang lain
tidak. Bahan bakar yang sesuai dan diperlukan untuk memberikan energi yang
memungkinkan organisme untuk melaksanakan berbagai proses normal dalam
tubuhnya. Bagaimana organisme memperoleh energi dari makanannya
merupakan pemahaman pada nutrisi dan metabolisme normal.
D. Ruang Lingkup Isi
Materi yang akan dibahas dalam modul metabolisme energi meliputi :
a. Konsep bioenergetika
j. Anabolisme dan katabolisme
k. Tahapan pembentukan energi dari makanan
l. Energi bebas dan perangkaian reaksi eksegonik dengan endergonik
m. Senyawa-senyawa berenergi tinggi
n. Pengontrolan metabolisme
E. Kaitan Modul
Modul ini merupakan modul terakhir dalam mata kuliah Biokimia Nutrisi.
Modul metabolisme energi diberikan setelah mahasiswa memahami modul logika
molekul organisme hidup dan nutrisi ikan, karbohidrat, lipida, protein, vitamin,
mineral, asam nukleat, dan enzim, serta sebelum mahasiswa mempelajari modul
terakhir, yaitu metabolisme energi.
F. Sasaran Pembelajaran Modul
Sasaran pembelajaran yang diharapkan setelah mempelajari modul
mengenai metabolisme energi adalah mahasiswa budidaya perairan mampu
menjelaskan konsep bioenergetika, anabolisme dan katabolisme, tahapan
pembentukan energi dari makanan, energi bebas dan perangkaian reaksi
eksegonik dengan endergonik, senyawa-senyawa berenergi tinggi, dan
pengontrolan metabolisme.
BAB II. Pembelajaran
A. Konsep Bioenergetika
Bioenergetika merupakan studi tentang transformasi energi atau aliran
perpindahan energi yang terjadi dalam tubuh makhluk hidup. Bioenergetika
disebut juga termodinamika biokimia yang merupakan ilmu pengetahuan
tentang perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia.
Semua sel hidup dibekali dengan peralatan hidupnya dalam bentuk
perangkat yang kompleks dan sangat efisien dalam melakukan transformasi
energi. Perangkat-perangkat ini berdimensi molekul. Satu sel mungkin memiliki
beberapa atau banyak macam sistem transformasi energi seluler. Satuan-satuan
dasarnya berupa molekul-molekul enzim yang mampu bekerja secara khas
dalam mengkatalisis reaksi-reaksi kimia dalam sel.
Bioenergetika mengikuti kaidah umum termodinamika yang merupakan
cabang ilmu fisika yang membahas tentang energi dan transformasinya. Kaidah
pertama termodinamika menyatakan bahwa total energi sebuah sistem,
termasuk energi sekitarnya adalah konstan. Kaidah ini merupakan hukum
penyimpanan energi. Hal ini berartinya bahwa dalam keseluruhan sistem tersebut
tidak ada energi yang hilang ataupun yang diperoleh pada saat terjadinya
perubahan. Akan tetapi, energi dalam keseluruhan sistem dapat dialihkan dari
satu bagian sistem ke bagian lain atau ditranformasikan menjadi bentuk energi
lainnya. Sebagai contoh, energi kimia menjadi energi panas, listrik, pancaran
atau mekanis,
Kaidah kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi total sebuah
sistem harus meningkat bila suatu proses berlangsung spontan. Entropi
menggambarkan taraf kelainan atau keteracakan sistem dan akan mencapai
taraf maksimal dalam sebuah sistem ketika ketika keseimbangan sebenarnya
tercapai.
Perjalanan energi di alam hayati mengalami tranformasi dalam tiga
tahapan pokok. Tahap pertama adalah fotosintesis, yang hakikinya adalah
penambatan energi radiasi matahari oleh pigmen khlorofil di dedaunan, serta
transformasinya menjadi energi kimia yang dimanfaatkan untuk membentuk
karbohidrat serta molekul zat makanan lainnya dari CO2 dan H2O. Tahap pokok
kedua ialah proses respirasi yang melakukan transformasi energi karbohidrat serta
molekul makanan menjadi energi lain yang lebih cocok untuk dimanfaatkan
dalam sel-sel makhluk hidup. Tahap ketiga adalah mengubah energi yang
diperoleh dari oksidasi molekul makanan menjadi energi kerja. Baik berupa kerja
mekanis seperti kontraksi otot, kerja listrik atau osmotik, pertumbuhan. Setelah
kerja atau fungsi tersebut selesai maka akhirnya energinya akan lenyap tersebar
ke lingkungan. Salah satu konversi energi dalam kehidupan yang hebat adalah
konversi energi kimia ATP menjadi energi mekanik untuk kontraksi otot secara
langsung (Gambar 1).
B. Anabolisme dan Katabolisme
Metabolisme dapat dikatakan juga sebagai proses yang dilakukan sel
untuk mengatur sumberdaya materi dan energi yang dimilikinya. Dalam
prosesnya, sel melakukan berbagai reaksi kimia dalam berbagai jalur yang
mengubah molekul melalui beberapa tahapan.
Terdapat dua macam jalur yang dimiliki sel, yaitu jalur anabolik atau
anabolisme dan jalur katabolik atau katabolisme. Anabolisme adalah proses
yang memerlukan energi untuk membentu senyawa-senyawa kompleks dari
senyawa sederhana. Merupakan reaksi reduksi atau penyimpanan energi
(endorgenik), bila dalam bentuk panas disebut endoterm. Sebagai contoh, yaitu
sintesa protein.
Katabolisme adalah proses memecah senyawa kompleks menjadi
senyawa sederhana dengan melepaskan energi. Merupakan reaksi oksidasi atau
pelepasan energi (eksogenik), bila berupa panas disebut eksoterm. Sebagai
contoh, yaitu Reaksi respirasi aerobik.
F. Tahapan Pembentukan Energi dari Makanan
Tahapan pembentukan energi dari oksidari bahan makanan oleh Han
Krebs digambarkan dalam tiga tahap (Gambar 2). Pada tahap pertama,
molekul-molekul makanan yang besar dipecah menjadi unit-unit yang lebih kecil.
Gerakan Transpor aktif,
Biosintesis, Amplifikasi sinyal
Fotosintesis atau
oksidasi molekul-molekul
Gambar 1. Daur ATP-ADP adalah cara dasar pertukaran energi pada sistem biologi
ADP
ATP
Protein dihidrolisis menjadi 20 macam asam amino, polisakarida dihidrolisis
menjadi gula sederhan, seperti glukosa, dan lemak dihidrolisis menjadi gliserol dan
asam lemak. Tidak energi yang berguna dibentuk disini.
Pada tahap kedua, molekul-molekul kecil yang banyak macam ini
dipecah menjadi beberapa unit sederhana yang memainkan peran utama pada
metabolisme. Ternyata, sebagian besar diantaranya gula, asam lemak, gliserol,
dan beberapa asam amino dikonversi menjadi unit asetil dari asetil KoA.
Sejumlah ATP dihasilkan pada tahap ini, tetapi jumlahnya kecil dibandingkan
dengan yang diperoleh dari oksidasi lengkap unit asetil dari asetil KoA.
Tahap ketiga terdiri atas daur asam sitrat dan fosforilasi oksidatif, yang
merupakan jalur akhir bersama oksidasi molekul bahan bakar. Asetil KoA
membawa unit-unit asetil ke dalam daur ini, tempat unit-unit ini dioksidasi lengkap
menjadi CO2. Empat pasang elektron dipindahkan (tiga ke NAD+ dan satu ke
FAD) untuk setiap gugus asetil yang dioksidasi. Kemudian, ATP dihasilkan selama
elektron mengalir dari bentuk-bentuk tereduksi, NAD+ dan FAD ke O2 pada proses
yang disebut fosforilasi oksidatif. Lebih dari 90% ATP yang dihasilkan pada
pemecahan bahan makanan terbentuk pada tahap ketiga ini.
LEMAK POLISAKARIDA PROTEIN
Asam lemak dan gliserol
Glukosa dan gula lainnya
Asam amino
Asetil KoA
Daur asam sitrat
KoA
2CO2
e¯ Fosforilasi
oksidatif
O2
ADP ATP
Tahap
I
Tahap
II
Tahap
III
G. Energi Bebas dan Perangkaian Reaksi Eksergonik dengan Endergonik
Konsep termodinamika yang paling berharga untuk memahami bioenergetika
adalah energi bebas. Energi bebas merupakan energi yang berguna dalam
sebuah sistem, mempertahan makhluk hidup pada status yang jauh dari
seimbang, dan dapat diperoleh dari lingkungan. Pada sistem kimia dikenal
dengan istilah potensial kimia
Makhluk hidup memerlukan energi bebas untuk tiga tujuan utama, yaitu
pelaksanaan kerja mekanis, kontraksi otot, dan gerakan sel lainnya, transpor aktif
molekul-molekul dan ion-ion, dan sintesis makromolekul dan biomolekul lainnya
dari zat mula yang sederhana. Untuk mempertahankan proses kehidupan
tersebut, makhluk hidup harus memperoleh pasokan energi bebas dari
lingkungannga. Organisme autotrofik merangkaikan metabolismenya dengan
proses eksergonik sederhana tertentu dalam lingkungan sekitar, misalnya
tumbuhan hijau menggunakan energi cahaya matahari, dan sebagian bakteri
autotrofik menggunakan reaksi Fe2+ Fe3+. Sebaliknya organisme heterotrofik
memperoleh energi bebas melalui perangkaian metabolismenya denga
pemecahan molekol organik kompleks dalam lingkungannya. Pada semua
proses ini, ATP memain peranan sentral dalam pengalihan energi bebas dari
proses eksergonik ke proses endergonik.
Perubahan energi bebas (∆G) merupakan bagian dari total perubahan
energi dalam sebuah sistem yang tersedia untuk melakukan pekerjaan. Pada
sistem non biologis dapat meggunakan energi panas untuk melakukan kerja.
Adapun pada sistem biologis yang bersifat isotermik meggunakan energi kimia
untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan.
Pada kondisi suhu dan tekanan yang konstan, hubungan antara
perubahan energi bebas (∆G) pada sebuah sistem yang bereaksi dan
perubahan entropi (ES) diperlihatkan lewat persamaan yang menggabung dua
kaidah termodinamika.
∆G = ∆H – T∆S
dimana : ∆H : perubahan entalpi (panas) dan T∆S : suhu absolut
Dalam kondisi reaksi biokimia, mengangat ∆H kurang lebih sama dengan ∆E,
maka hubungan di atas dapat diungkapkan dengan persamaan :
∆G = ∆E - T∆S
dimana : ∆E : perubahan total energi internal dalam reaksi dan T∆S : suhu
absulut
Jika ∆G negatif, reaksi berlangsung spontan dengan kehilangan energi
bebas atau bersifat eksergonik. Disamping itu, bila ∆G sangat besar, reaksi benar-
benar berlangsung sampai selesai dan pada hakekatnya tidak bisa balik kembali
(irreversible). Sebaliknya, jika ∆G positif, reaksi berlangsung hanya kalau dapat
diperoleh energi bebas atau bersifat endergonik. Disamping itu, bila ∆G besar,
sistem akan stabil dengan sedikit atau tanpa kecenderungan untuk terjadinya
reaksi. Jika ∆G adalah 0, sistem tersebut berada dalam keseimbangan dan tidak
ada perubahan netto yang terjadi
Kalau reaktan terdapat dengan konsentrasi 1,0 mol/L, ∆G0 merupakan
perubahan energi bebas yang baku. Pada reaksi biokimia, keadaan baku
(standar) diartikan sebagai keadaan dengan pH 7. Perubahan energi bebas
yang baku pada keadaan standar ini dinyatakan oleh ∆G0’.
Perubahan energi bebas yang baku dapat dihitung dari konstanta
keseimbangan K’eq.
∆G0’ = 2.303 RT log K’eq
dimana : R : konstanta gas dan T : suhu absolut
∆G yang aktual dapat lebih besar atau lebih kecil dibandingkan ∆G0’ yang
bergantung pada konsentrasi berbagai reaktan, solven, berbagai ion, dan
protein.
Proses yang vital, misalnya berbagai reaksi sintesis, kontraksi muskuler,
hantaran impuls saraf, dan transpormasi aktif mendapatkan energi lewat
perangkaian atau pembentukan hubungan kimiawi dengan reaksi oksidatif.
Bentuk sederhana perangkaian ini dapat dilihat pada Gambar 3.
Konversi metabolit A menjadi metabolit B terjadi dengan pelepasan energi
bebas. Proses ini dirangkaikan dengan reaksi lain dimana energi bebas
diperlukan untuk mengubah metabolit C menjadi D. Istilah eksergonik dan
endergonik dipakai untuk menunjukkan bahwa suatu proses akan disertai dengan
hilangnya atau diperolehnya energi bebas tanpa pedulu akan bentuk energi
yang terlibat. Suatu proses endergonik tidak dapat berada secara bebas tetapi
harus menjadi suatu komponen dari sistem eksergonik/endergonik terangkai
dimana keseluruhan perubahan netto adalah eksergonik.
H. Senyawa-Senyawa Berenergi Tinggi
1. Senyawa pirofosfat
Adenosin triphosphat (ATP) adalah senyawa fosfat berenergi tinggi karena
memperlihatkan penurunan energi yang sangat besar jika terjadi hidrolisis. ATP
merupakan donor energi bebas untuk sebagian besar proses yang memerlukan
energi, dimana ATP terlibat dalam berbagai reaksi, baik eksergonik maupun
endergonik dalam semua jenis kehidupan. Peran utama ATP dalam pertukaran
Panas
Energi kimia
A
C
D
B
Ener
gi
bb
Eksegoni
Endergonik
A + C B + D + panas
Gambar 3. Perangkaian reaksi eksegonik dengan endergonik
energi pada sistem biologi diperlihatkan oleh Fritz Lipmann dan Herman Kalckar
pada tahun 1941.
ATP adalah nukleotida yang terdiri atas adenin, ribosa, dan trifosfat.
Bentuk aktif ATP biasanya adalah kompleks ATP dengan Mg2+ atau Mn2+. ATP
adalah pengemban energi pada bagian trifosfatnya, merupakan molekul kaya
energi karena unit trifosfatnya mengandung ikatan fosfoanhibrida (Gambar 4).
Sejumlah besar energi bebas dilepaskan ketika ATP dihidrolisis menjadi adenosin
difosfat (ADP) dan ortofosfat (Pi) atau ketika ATP dihidrolisis menjadi adenosin
monofosfat (AMP) dan pirofosfat (PPi). Enzim yang mengkatalisis konversi ATP,
AMP, dan ADP adalah adenilat kinase (miokinase)..
ATP + H2O ↔ ADP + Pi + H+ ∆G0’ = -7,3kkal/mol
ATP + H2O ↔ AMP + Pii + H+ ∆G0’ = -7,3kkal/mol
∆G0’ tergantung pada kekuatan ion dalam medium, konsentrasi Mg2+ dan Ca2+
dan protein (enzim). Pada keadaan sel yang khas, ∆G yang sesungguhnya untuk
hidrolisis ini sekitar -12 kkal/mol.
ATP terus menerus dibentuk dan dipakai, dimana pergantian ATP sangat
cepat. ATP lebih banyak bertindak sebagai donor langsung energi bebas yang
utama dari pada sebagai bentuk simpanan jangka panjang. Aktivitas (gerakan,
transpor aktif, biosintesis, sinyal) terjadi jika ATP terus menerus kembali dibentuk
dari ADP. Pada sel yang khas, molekul ATP dipakai dalam satu menit sesudah
pembentukkannya,
Gambar 4. Struktur ATP, ADP, dan AMP
2. Nukleotida trifosfat
Nukleotida trifosfat adalah senyawa berenergi tinggi yang analog dengan ATP,
dimana beberapa reaksi biosintesis dijalankan olehnya. Nukleotida trifosfat
seperti guanosin trifosfat (GTP), uridin trifosfat (UTP), dan sitidin trifosfat (CTP).
Bentuk difosfat nukleotida-nukleotida terbut adalah guanosin difosfat (GDP),
uridin difosfat (UDP), dan sitidin difosfat (CDP). Bentuk bentuk monofosfatnya
adalah guanosin monofosfat (GMP), uridin monofosfat (UMP), dan sitidin
monofosfat (CMP). Enzimienzim dapat mengkatalisis transfer gugus fosforil terminal
dari satu nukleotida ke nukleotida yang lain, seperti pada reaksi :
ATP + GDP ↔ ADP + GTP
ATP + GMP ↔ ADP + GDP
3. Asil – Fosfat
Contoh dari senyawa asil – fosfat adalah 1,3-Difosfogliserat. Senyawa ini
baku energi bebas, jika dihidrolisis menghasilkan energi sebesar -11,8 kkal/mol.
C
C
C
N
HC
N
N
N
CH
NH2
4’C
C N
O
C1’
H
OH
H H
HO
H
5’
CH2
O
O O P
O
3’ 2’
C
C
C
N
HC
N
N
N
CH
NH2
4’C
C N
O
C1’
H
OH
H H
HO
H
5’
CH2
O
O P
3’ 2’
C
C
C
N
HC
N
N
N NH2
4’C
C N
O
C1’
H
OH
H H
HO
H
5’
CH2
O
¯O O P
3’ 2’
¯O ¯O
O P ¯O
¯O
O
P P O
O
¯O
¯O ¯O ¯O
ATP (adenosin triphosphat)
ADP (adenosin diphosphat)
AMP (adenosin monophosphat)
1,3-Difosfogliserat + H2O 1,3-fosfogliserat + Pi ∆G0’ = -11,8 kkal/mol
4. Fosfat Enolik
Pada metabolisme intermedier glukosa metabolit fosfoenolpiruvat
diperlukan untuk memulihkan ATP dari ADP. Perubahan energi bebas pada
hidrolisis enolfosfat adalah 14,8 kkal/mol pada pH 7.
fosfoenolpiruvat + H2O asam piruvat (bentuk keto) + Pi ∆G0’ = -14,8 kkal/mol
Senyawa fosfat enolik memiliki potensi fosforil (pemindahan gugus fosforil)
tinggi, serta dapat memindahkan gugus fosforil ke ADP untuk membentuk ATP.
5. Guadinium – Fosfat
Guadinium fosfat adalah senyawa berenergi tinggi yang berperan dalam
mentransfer maupun dalam penyimpanan energi biologis. Struktur guadinium
fosfat terdapat pada molekul kreatin fosfat/fosfokreatin, serta argininafosfat yang
berperan sebagai fosfagen. Fosfagen terbentuk dari reaksi antara kreatin atau
arginin dengan ATP dikatalisis oleh enzim kreatin kinase.
Kreatin fosfat + ADP + H+ ATP + kreatin ∆G0‘ = -10,3 kkal/mol
Berbagai fungsi dari guadinium fosfat adalah mempertahankan
konsentrasi ATP tetap tinggi selama periode kerja otot, sumber utama ~ P bagi
pelari selama 4 detik pertama lari cepat 100 m, merupakan gudang ~ P (gugus
fosforil) pada otot, kelimpahan dan potensial transfer fosforil yang lebih tinggi dari
ATP menjadikannya donor ~ P yang sangat efektif, berperan sebagai fosfagen,
yaitu simpanan energi ATP (fosfagen tidak berperan langsung dalam fungsi
biologis tapi akan bermanfaat lewat ADP).
6. NADH dan FADH2
NADH dan FADH2 adalah pengemban elektron utama pada oksidasi
molekul-molekul bahan bakar. Kemotrop memperoleh energi bebas dari oksidasi
molekul bahan bakar, seperti glukosa dan am lemak. Pada organisme aerobik,
akseptor elektron terakhir adalah O2. Namun demikian, elektron tidak langsung
ditransfer dari molekul bahan bakar dan produk pemecahnya ke O2. Substrat-
substrat ini memindahkan elektron ke pengemban-pengemban khusus, yaitu
salah satu nukleotida piridin atau flavin. Pengemban tereduksi ini kemudian
memindahkan elektron potensi-tingginya ke O2 melalui rantai transfor elektron
yang terdapat pada sisi dalam membran mitokondria. Gradien proton yang
terbentuk sebagai hasil aliran elektron kemudian mendorong sintesis ATP dari ADP
+ Pi. Proses ini disebut fosforilasi oksidatif, yaitu sumber utama ATP pada
organisme aerobik. Kemungkinan lain, elektron potensi tinggi yang berasal dari
oksidasi molekul bahan bakar dapat digunakan pada reaksi-reaksi biosintesis
yang memerlukan daya pereduksi di samping ATP.
Nikotinamida adenin dinukleotida (NAD+) adalah akseptor elektron utama
pada oksidasi bahan bakar. Bagian rekatif dari NAD+ cincin nikotinamidanya,
suatu derivat piridin. Pada oksidasi substrat, nikotinamida NAD+ menerima satu
ion hidrogen dan dua elektron, yang ekuivalen dengan satu ion hidrida. Bentuk
tereduksi pengemban ini disebut NADH. Pada bentuk teroksidasi, atom nitrogen
adalah tetravalen dan mengemban satu muatan positif, seperti terlihat pada
NAD+. Pada bentuk tereduksi, NADH, atom nitoigen adalah trivalen.
Pengemban elektron utama lainnya pada oksidasi bahan bakar adalah
flavin adenin dinukleotida. Bentuk teroksidasi dan tereduksi dari pengemban ini
adalah FAD dan FADH2. Pada bagian reaktif dari FAD, yaitu cincin isoaloksazim
dapa menerima dua elektron.
Pada biosintesis reduktif, donor elektronnya adalah NADPH, yang
merupakan bentuk tereduksi dari NADP. NADPH mengemban elektron dengan
NADH atom nitrogen trivalen
NAD+ + R – C – R ↔ NADH + R – C – R’ + H+
H
OH O
FAD dan FADH2 Bagian reaktifnya cincin isoaloksazim
dapat menerima 2 elektron
FAD + R – C – C – R’ ↔ FADH2 + R – C = C – R’
H H
H H H H
cara yang sama dengan NADP tapi hanya untuk biosintesis reduktif, sedang
NADP untuk pembentukan ATP
Tabel 1. Beberapa pengemban aktif dalam metabolisme
Molekul pengemban Gugus yang dibawa dalam bentuk
aktif
ATP
NADH dan NADPH
FADH2
FMNH2
Koenzim A
Lipoamid
Tiamin pirofosfat
Biotin
Tetrahidrofolat
S-adenosilimetionin
Uridin difosfat glukosa
Sitidin difosfat diasilgliserol
Nukleosida trifosfat
Fosforil
Elektron
Elektron
Elektron
Asil
Asil
Aldehida
CO2
Unit satu karbon
Metil
Glukosa
Fosfatidat
nukleotida
7. Ester Tiol
Ester tiol adalah senyawa berenergi tinggi yang dapat memulihkan ATP
dari ADP. Contohnya adalah asetil KoA atau asetil koenzim A yang merupakan
pengemban universal gugus asil. Gugus atau situs reaktifnya adalah gugus
sulfidril. Hidrolisis asetil KoA memberi perubahan energi bebas sekitar 7,5 kkal.
Asetil KoA berpartisipasi dalam suatu reaksi penghasil energi yang terbesar
yang disebut dengan Kreb’Cycle. Mengenai Kreb’s cycle ini telah dibicarakan
pada modul karbohidrat.
I. Pengontrolan Metabolisme
Metabolisme diatur dengan pengontrolan
1. Jumlah enzim
Jumlah enzim tergantung pada kecepatan sintesis dan kecepatan degradasinya.
Kadar sebagian besar enzim terutama disesuaikan dengan mengubah
kecepatan transkripsi gen yang menyandikan. Contohnya pada laktosa yang
mengindoksi lebih dari 50 kali peningkatan kecepatan sintesis β-galaktosidase,
enzim yang diperlukan untuk pemecahan disakarida ini.
2. Aktivitas katalisitik enzim
Aktivitas katalisitik enzim dikontrol dengan beberapa cara dan
pengontrolan allosterik yang riversibel adalah yang paling penting. Misalnya,
reaksi pertama pada banyak jalur biosintesis dihambat secara allosterik oleh
produk akhir jalur itu seperti inhibisi aspatat transkarbamoilase oleh sitidin trifosfat.
Hal ini adalah satu contoh inhibisi umpan-balik . Mekanisme lainnya yang sering
ditemukan adalah modifikasi kovalen yang reversibel. Contohnya glikogen
fosforilase, enzim yang mengkatalisis pemecahan glikogen. Glikogen adalah
suatu bentuk simpanan glukosa, diaktifkan dengan cara fosforilasi residu khusus
serin bila glukosa tidak mencukupi. Hormon seperti epinefrin mencetuskan suatu
rangkaian sinyal yang menyebabkan perubahan-perubahan pola metabolisme.
AMP siklik dan ion kalsium bertindak sebagai caraka-caraka intrasel yang
mengkoordinir aktivitas banuak protein sasaran.
3. Tersedianya subtrat
Metabolisme juga diatur dengan pengontrolan arus substrat. Contohnya
hormon insulin yang mempermudah masuknya glukosa dalam sel. Transfer
substrat dari satu ke lain kompartemen sel (misalnya dari sitosol ke mitokondria)
dapat bertindak sebagai alat kontrol.
Prinsif umum yang penting tentang metabolisme adalah jalur biosintetik
maupun degradatif selalu berbeda. Pemisahan ini perlu untuk alasan-alasan
energitika, dan juga untu mempermudah pengontrolan metabolisme. Pada
eukariot, pengaturan metabolisme dan fleksibilitasnya juga ditingkatkan oleh
kompartementasi. Kompartementasi memisalkan reaksi-reaksi yang berlawanan.
Misalnya, oksidasi asam lemak terjadi dalam mitokondria, sedangkan sintesisnya
di sitosol (bagian sitoplasma yang larut).
Banyak energi dalam metabolisme dikontrol oleh status energi sel. Indeks
status energi adalah muatan energi yang sepadan dengan fraksi ATP ditambah
setengah fraksi mol ADP, dengan pengertian bahwa ATP mengandung dua
ikatan anhidrida, sedangkan ADP mengandung satu. Dengan demikian, muatan
energi didefinikan sebagai :
[ATP] + ½ [ADP]
Muatan energi =
[ATP] + [ADP] + [AMP]
Muatan energi dapat mempunyai rentangan dari 0 (semua adalah AMP)
sampai 1 (semua adalah ATP). Daniel Atkinson memperlihatkan bahwa jalur-jalur
penghasil ATP (katabolisme) dihambat oleh muatan energi tinggi, sedang jalur-
jalur pemakai ATP (anabolisme) dirangsang oleh muatan energi yang tinggi
(Gambar 6).
BAB III. Penutup
Metabolisme energi adalah penggunaan energi dalam proses reaksi kimia
pada suatu sistem lingkungan untuk produksi dan respirasi dalam suatu unit areal
dan waktu tertentu. Sebagian besar molekul utama metabolisme adalah sama
pada semua bentuk kehidupan. Ribonukleotida-ribonukleotida seperti ATP dan
NADH adalah yang paling menonjol.
Konsep termodinamika yang paling berharga untuk memahami
bioenergetika adalah energi bebas. Suatu reaksi hanya dapat terjadi secara
spontan jika perubahan energi bebas (∆G) negatif. ATP adalah alat tukar anergi
yang universal pada sistem biologis, merupakan molekul yang kaya energi karena
mengandung dua ikatan fosfoanhidrida.
Terdapat dua macam jalur metabolisme yang dimiliki sel, yaitu jalur
anabolik atau anabolisme dan jalur katabolik atau katabolisme. Metabolisme
diatur dengan pengontrolan pada jumlah enzim yang tergantung pada
kecepatan sintesis dan kecepatan degradasinya. Pengontolan aktivitas katalisitik
enzim, yaitu dengan pengontrolan allosterik yang riversibel dan modifikasi kovalen
yang reversibel. Metabolisme juga diatur dengan pengontrolan arus substrat.
DAFTAR PUSTAKA
Lehninger. 1999. Dasar-Dasar Biokimia. Thenawijaya M., penerjemah. .Jakarta : Penerbit Erlangga.
Linder MC. 1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Parakkasi A, penerjemah.. Jakarta : Penerbit UI Press.
Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 1999. Biokimia Harper. Hartono A, penterjemah; Santoso AH, editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Stryer L. 2000. Biokimia. Tim penerjemah bagian biokimia FKUI, penterjemah; Soebianto SZ, Setiadi E., Editor. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
Soedarmo Dj. 1989. Biokimia Umum II. Bahan Pengajaran. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
Anwar HM, Piliang WG. 1992. Biokimia dan Fisiologi Gizi. Bogor: Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.