PENGANTAR BIOKIMIA

Apa itu Biokimia ???

• Biokimia adalah ilmu yang mempelajari struktur, organisasi, dan fungsi materi hidup pada tingkat molekul.

• Biokimiawan mempertanyakan: – Bagaimana struktur kimia dari materi hidup?

– Bagaimana interaksi dari materi hidup sehingga dapat membentuk supramolekul, sel, jaringan multisel dan organisma?

– Bagaimana materi hidup dapat mengambil energi dari lingkungan?

– Bagaimana organisma dapat menyimpan dan meneruskan informasi yang diperlukan untuk pertumbuhan dan reproduksi?

– Perubahan kimia apa yang menyertai reproduksi, penuaan, kematian sel atau organisma?

– Bagaimana reaksi kimia dikendalikan di dalam sel?

Sejarah

Biokimia

Kontribusi Ilmu Biokimia Ilmu biologi telah mengalami perkembangan yang revolusioner, dan biokimia

adalah jantung dari perkembangan ini.

Ilustrasi: Gertrude Elion dan Goerge Hitchings dari USA memperoleh hadiah Nobel di tahun

1988 dibidang Kedokteran dan fisiologi kerena penemuan senyawa analog asam nukleat untuk obat leukemia.

James Black mendapat hadiah Nobel di tahun 1988 dibidang yang sama untuk penemuan obat yang dapat mengurangi resiko serangan jantung.

Penemuan di atas dapat dilakukan setelah adanya akumulasi pengetahuan biokimia tentang struktur dan fungsi protein, sintesis asam nukleat, vitamin dan koenzim, mekanisme kerja enzim, reseptor dan pengendalian metabolisme dan biokimia komparatif.

Pengembangan Obat

Cakupan Ilmu Biokimia

Struktur &

Fungsi Biomolekul

Metabolisme Informasi

Genetika

Biokimia

Kimia organik

Kedokteran

Nutrisi

Mikrobiologi

Fisiologi

Biologi sel

Biofisik

Genetik

Biokimia membatasi kajian pada:

Struktur biomolekul dan reaksi yang dijalaninya.

Enzim dan mekanisme biokatalisis.

Elusidasi jalur metabolisme dan pengendaliannya.

Prinsip dari proses-proses kehidupan yang dapat dipahami

melalui hukum-hukum kimia.

Untuk memahami peran biokimia pada biologi, maka diperlukan pemahaman mengenai:

Unsur-unsur kimia penyusun biomolekul,

Struktur dan fungsi dari ratusan senyawa biomolekul,

Peran biomolekul dalam reaksi metabolisme termasuk stoikiometri dan mekanisme reaksinya.

Biomolekul

adalah

senyawa

karbon

Memiliki bentuk

dan dimensi

yang spesifik dapat membentuk

molekul dengan

berbagai variasi

bentuk dan gugus

fungsi.

Interaksi Biomolekul bersifat

stereospesifik

Makromoleku

l terdiri dari

monomer

Organisasi Molekul di Dalam Sel

Beda antara Materi Hidup dengan Tak Hidup

Adanya proses

pembaruan

Dapat mengambil

energi dari

lingkungan

Dapat melakukan

replikasi

Peranan Molekul air dalam proses

kehidupan

Struktur Air

Struktur Es

• Dalam keadaan membeku, molekul air membentuk maksimum 4 ikatan hidrogen, sehingga tercipta kisi kristal yang teratur.

• Dalam keadaan cair, jumlah ikatan hidrogen rata-rata adalah 3,4.

Interaksi Molekul Air dengan Zat Terlarut

Pembentukan ikatan hidrogen Interaksi elektrostatik

Interaksi molekul air dengan zat terlarut mengganggu jaringan ikatan hidrogen antar molekul air, tetapi gangguan ini dikompensasi oleh pembentukan ikatan hidrogen baru dengan zat terlarut atau oleh pembentukan interaksi eletrostatik antara ion dan molekul air.

Interaksi Air dengan Molekul Non Polar

• Gangguan molekul non-polar terhadap putusnya jaringan ikatan hidrogen tidak terkompensasi dengan pembentukan ikatan baru. Oleh karena itu entalpi pelarutan (Hsol > 0).

• Pelarutan molekul non-polar juga akan menurunkan entropi (S < 0). Molekul air disekita molekul non-polar akan memaksimalkan ikatan hidrogennya mirip dengan struktur air. Struktur air ini disebut “clathrate”.

Interaksi Air dengan Molekul Amfifatik

Pembentukan Misel

Interaksi Lemah antara Biomolekul dalam Lingkungan Berair

Hipotonik Isotonik Hipertonik

Ampolit dan Poliampolit

• Banyak senyawa biomolekul mengandung gugus asam/basa lemah.

• Ampholit: suatu molekul yang memiliki kedua gugus asam dan basa. Contoh asam amino.

• Protein adalah poliampholit.

• Muatan ampholit bergantung pada pH.

– pH rendah ampholit bermuatan positif

– pH tinggi ampholit bermuatan negatif

– pH pada keadaan ampholit isoelektrik diberi simbol pI

Pengaruh PH Terhadap Konsentrasi Ampolit

Interaksi Makroion dalam Larutan

• Polielektrolit seperti DNA atau poliampolit seperti protein dapat digolongkan ke dalam makroion.

• Jarak dimana dua makroion dapat saling berinteraksi diberikan oleh persamaan Debye Huckel

• K = tetapan yang bergantung pada tetapan dielektrik medium dan I = kekuatan ion.

I = ½MiZi2

• Dimana Mi = konsentrasi ion dan Zi = muatan ion

1/2

KrI

Salting In

• Pada kekuatan ion rendah, atmosfer counterion memiliki kerapatan yang rendah, sehingga interaksi elektrostatik antar makroion masih kuat asosiasi makroion (agregasi) kelarutan rendah.

• Semakin tinggi kekuatan ion kerapatan atmosfer counter ion bertambah interaksi elektrostatik antar makroion teredam oleh atmosfer counterion agregasi dapat dicegah kelarutan meningkat. (Salting in)

Salting Out

• Pada konsentrasi garam yang sangat tinggi, air yang digunakan untuk mensolvasi protein diambil untuk menghidrasi counterion. Hal ini menyebabkan pengendapan protein. Kondisi ini disebut salting out.

• Salting in dan salting out banyak dimanfaatkan dalam pemurnian protein. Contoh: pemisahan protein dengan fraksinasi amonium sulfat.