1

Biodata penulis (untuk Unit ..)

Nama penulis: Abu Bakar Salleh

No telefon: 03 89486101 samb 3635

Faks: 03 8943 0913

E-mail: abubakar@fsas.upm.edu.my (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk

berhubung dengan penulis)

UNIT

ASID NUKLEIK

Pengenalan

Satu kelas metabolit yang penting dalam sel. Biasanya ditemui sebagai RNA dan DNA.

Nukleik sebagai DNA dikenali umum sebagai sebatian pembawa maklumat genetik.

Adalah pentingkita memahami tentang asid nukleik. Kita sering mendengar atau

membaca bagaimana corak DNA dapat mengenalpasti pertalian anak dan ibu bapa, atau

mengenalpasti penjenayaha berasaskan corak DNA tisu yang tertinggal di tempat

jenayah berlaku dan akhir-akhir ini kita dimaklumkan tentang kejayaan mengklonkan

haiwan. Dismping itu bidang perubatan berkembang pesat dimana penyelidik kini

menanganii masalah kesihatan melalui kaedah genetik. Disamping itu nukleik asid

mempunyai banyak lagi peranan penting dalam sel hidupan. Saya harap anda akan dapt

menghayatinya diakhir unit ini

Tajuk-tajuk dalam Unit

1. Pengenalan asid nukleik dan fungsinya

2. Struktur asas asid nukleik

3. Struktur DNA

4. Struktur RNA

Objektif Pembelajaran Unit

Selepas selesai mempelajar unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat

1. Mengenal molekul asid nukleik dan peranannya dalam alam biologi

2. Mengenali struktur dan nomenklatur nukleosida dan nukleotida

3. Mengenali struktur dan fungsi DNA

4. Mengenali struktur dan fungsi RNA

2

1.0 Pengenalan asid nukleik dan fungsinya

Asid nukleik terkenal sebagai bahan genetik. Setiap sel hidup mengandungi asid nukleik

samada asid deoksiribonukleik (DNA) atau asid ribonukleik (RNA). Bahan genetik

ini berupa rantai panjang yang berasaskan monomer-monomer asid nukleik, yang

mengkodkan maklumat untuk sel berfungsi. Maklumat ini diekspresikan melalui

protein-protein khusus yang dapat menjalankan proses metabolisme sel. Melalui kaedah

inilah, DNA dan RNA mencorakkan sesuatu organisme. Peranan DNA. dan RNA ini

membuahkan 'Central dogma'. Konsep ini menggambarkan pengaliran maklumat genetik

(DNA) yang ditranskripsi (salin) ke RNA dan seterusnya ditranslasi ke protein (Rajah 1)

DNA

RNA

protein

Rajah 1. Central Dogma

Sementara itu harus dimaklumi bahawa asid nukleik mempunyai fungsi lain dalam sel.

Fungsi-fungsi ini tidak kurang pentingnya dan menjadi keperluan untuk sesuatu sel

berfungsi dengan sempurna.

Di antara fungsi asid nukleik ialah

• Berperanan sebagai sebatian yang menyimpanan tenaga dalam tindak balas

pemindahan fosfat. Biasa di dijalankan oleh molekul ATP. ATP berperanan sebagai

sumber tenaga serta merta bagi memenuhi keperluan sel

• Sebagai pengantara dalam pelbagai proses sel penting. Terutama sebagai penyampai

kedua seperti siklik-AMP (cAMP), dalam proses penyampaian signal

• Menjadi sebahagian beberapa koenzim penting seperti NAD+, NADP+, FAD dan

koenzim A.

• Pengawalan kadar tindak balas enzim melalui kesan timbal balik dan allosterik.

Banyak nukelotida berupaya mengawal edaran metabolisme secara pantas melaui

keadah ini.

3

• Bertindak sebagai bahantara teraktif dalam banyak tindak balas biosintetik, termasuk

S-adenosilmethionin yang terlibat dalam pemindahan metil, dan juga pengikatan

gula pada nukleotida dalam proses biosintesis glikogen dan glikoprotein.

Aktiviti 1.0

Soalan:

Objektif

Apakah peranan asid nukleik. Tanda kenyataan yang PALSU

A. sebagai bahan bakar untuk mendapat tenaga

B. sebagai perantara dalam pelbagai proses penting dalam sel

C. sebagai sebahagian komponen koenzim

D. penyimpan maklumat genetik

E. pengesan (modulator) allosterik kadar tindak balas enzim

Subjektif:

Bincang apa yang dimaksudkan sebagai 'Central dogma'

2.0 Komponen asid nukleik

2.1 Bes nitrogen

Nukleotida yang terdapat dalam sel adalah terbitan sebatian heterosiklik yang

amat basik, iaitu purin dan pirimidin (Rajah 2a,b). Kedua sebatian ini merupakan

sebatian yang turut mengandungi nitrogen dalam sel hidupan.

Rajah 2a: Purin

4

Rajah 2b:Pirimidin

Ciri basik nukleotida telah memberi nama bes kepada nukleotida yang didapati

dalam DNA dan RNA. Terdapat 5 jenis bes utama dalam sel iaitu terbitan purin

dipanggil adenin dan guanin dan terbitan pirimidin dikenali sebagai taimin,

sitosin dan urasil. Singkatan umum yang dipakai kepada 5 bes ini ialah A, G,

T, C dan U (Rajah 3)

Rajah 3: Bes purin dan pirimidin bagi asid nukleik

Perhatian! Terdapat beberapa bes terbitan dalam sel selain daripada yang lima ini. Bes

terbitan ini ditemui dalam DNA dan RNA tertentu. Bestambahan ini dimodifikasi

selepas replikasi atau transkripsi akan datang

2.2 Nukelosida dan nukleotida

Jika bes purin dan pirimidin digabung kepada karbohidrat, bentuk ini dipanggil

nucleosida.. Nukleosida diikat kepada gula D-ribosa atau 2'-deoksi-D-ribosa

melalui ikatan α,β-N-glikosidik antara karbon anomerik (C1) ribosa dan N9

purin atau N1 pirimidin

adenin

Guanin Taimin

sitosin

purin pirimidin

5

Rajah 4: Nukleosida. Gabungan pentosa dan bes melalui ikatan N-glikosidik

Bes boleh berada dalam 2 orientasi nyata pada ikatan N-glikosidik. Konfomasi ini

dikenalai sebagai syn dan anti. Konformasi anti didapati dengan banyak dalam

nukleotidas semula jadi (Rajah 5)

syn-Adenosin anti-Adenosin

Rajah 5: Orientasi ikatan N-glikosidik. Teliti kedudukan bes yang terikat pada C1’

deoksiribosa

Nukleosida biasanya didapati dalam sel dalam bentuk berfosforilasi dan dipanggil

nukleotida. Bahagian nukleotida dalam sel yang paling biasa difosforilasikan ialah

kumpulan hidroksil yang terlekat pada 5'-karbon ribosa. Atom karbon ribosa

dalam nukleotida di tanda dengan prime ( ' ) untuk membeza dengan atom tulang

belakang bes. Nukleotida boleh berada dalam bentuk mono-, di-, atau tri-fosforilasi

(Rajah 6 dan 7).

6

Rajah 6: Nukleotida (Adenosin mononukelotida).

Sila kaji Rajah 6, dan ambil perhatian perkara berikut

• Penomboran atom bagi bes (1 hingga 9 bagi purin , 1 hingga 6 bagi primidin)

• Penomboran atom bagi gula pentosa

• Ikatan glikosidik

• Rajah ini mempamerkan struktur adenosin monofosfat

• Gula pentosa ialah gula deoksiribosa. Perhatikan C2’ dimana kumpulan OH

telah dinyahkan

Nukleotida diberi singkatan nyata untuk memudahkan pengenalan struktur dan

keadaan fosforilasi. Bentuk monofosforilasi adenosin yang difosforilasi mono

misalnya adenosin-5'-monofosfat ditulis sebagai AMP. Bentuk di- dan tri-fosforilasi

ditulis sebagai ADP danATP,

Penggunaan singkatan nukleotida adalah dalam bentuk fosforilasi 5'. Di- dan tri-fosfat

nukleotida digabung oleh ikatan asid anhidrid. Ikatan ini mempunyai ∆ G0' hidrolisis

melebih 30KJ per mol, dengan itu mempunyai potensi tinggi untuk memindah fosfat

kepada molekul lain. Ciri nukleotida ini menyebabkan penglibatan mereka dalam

tindak balas pemindahan kumpulan atau tindak balas sintesis dalam sel.

Ikatan glikosidik

7

Rajah 7: Struktur ATP

Sila kaji Rajah 8 dan ambil perhatian perkara berikut

• Ini ialah contoh struktur nukleotida trifosfat

• Pentosa kali ini ialah gula ribosa

• Hidrolisis kumpulan yang dihujung dan yang tengah sahaja dapat mengeluarkan

tenaga tinggi

Lihat Jadual 1 bagi mendapat penjelasan lajut tentang penamaan dan jenis nukleotida

Jadual 1: Bes, nukleosida dan nukleotida

Bes gula fosfat Nama

Bes (X=H) A, G, T, C dan U.

Bes (X=H) X=ribosa atau

deoksiribosa

Nucleosida

Bes (X=H) X=ribosa atau

deoksiribosa

X=ribosa fosfat Nukleotida

C Sitosin

Sitidin monofosfat

(CMP)

U

Uracil

Uridin

Uridin Monofosfat

8

(UMP)

T

Taimin

Taimidin

Taimidin

Monofosfat (TMP)

A

Adenin

Adenosin

Adenosin

Monofosfat

(AMP)

G

Guanin

Guanosin

Guanosin

Monofosfat

GMP

Nukleotida yang terdapat dalam DNA adalah unik daripada nukleotida RNA dimana

ribosa berada dalam bentuk 2'-deoksi dan singkatan nukleotida mengadungi tanda 'd' .

Bentuk monofosforilat adenosin dalam DNA (deoksiadenosin-5'-monofosfat) ditulis

sebagai dAMP. Sementara itu nukleotida uridin tidak dijumpai dalam DNA dan hanya

ditemui dalam RNA. Tiamin ditemui dalam tRNAs tetapi tidak dalam rRNA atau

mRNAs. Ada beberapa bes yang luar biasa yang ditemui dalam DNA dan RNA.

Bes termodifikasi primer DNA ialah 5-metilsitosin. Pelbagai bes termodifikasi

dijumpai dalam jenis-jenis tRNA. Banyak nukleotida termdofikasi ditemui diluar

polimer DNA dan RNA yang memain peranan biologi yang penting.

Aktiviti 1.1

Soalan:

Objektif

Perbezaan antara nukleosida dan nukleotida ialah

A. bes yang berbeza

B. ada atau tiada fosfat

C. ketiadaan pentosa

D. perbezaan ribosa atau deoksiribosa

E. purin atau pirimidin

Subjektif:

9

Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida

3.0 DNA

Gula Gula Gula Gula

bes bes bes bes

bes bes bes bes

Gula Gula Gula Gula

Rajah 8: Model struktur dua benang DNA. Perhatikan komposisi tulang belakang setiap

benang yang dianggotai oleh gula dan fosfat ( ), sementara bes berada disebelah

dalam.

Mari kita mengenali molekul DNA. DNA ialah satu polimer yang amat besar. Subunit

monomernya dipanggil deoksibonukccleotida. Maklumat yang banyak adalah diperlukan

untuk mengkod sesuatu organisme. Contohnya 3 juta bes diperlukan untuk bakterium

yang agak ‘mudah’ dan 3 ribu juta bes diperlui bagi manusia Ini ini bukan perkara

mudah kerana setiap sel manusia mengandungi 2 meter DNA. DNA berada dalam

bentuk 2 benang nyahselari (antiparallel) yang berpasangan . Setiap satu benang

berputar pada arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dengan benang

bersebelahan. Watson-Crick mengutarakan model DNA yang merupakan heliksdua

benang dengan bes berada di bahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90

darjah kepada paksi heliks. Model ini menjadi asas kepada kefahaman dan kajian pesat

keatas molekul ini dan peranannya dalam sel hidupan.

3.1 Komposisi bes DNA

Empat bes yang menjadi komponen DNA disenaraikan dalam Jadual 2. Komposisi bes

merupakan satu ciri sesuatu organsime, tak terikat pada tisu, umur atau status pemakanan,

atau faktor sekitraran lain. Seperti yang kita sudah maklum, bes purin daripada satu

benang akan berinteraksi dengan bes pirimidin benang bersebelahan.

10

Jadual 2. Bes purin dan primidin bagi DNA. Sila ambil perhatian tentang abjad

singkatan bagi setiap bes.

Purin Pirimidin

Adenin A

Guanin G

Taimin T

Sitosil C

Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula deoksiribosa dalam DNA

11

Rajah 9: Pasangan purin pirimidina bes melalui ikatan hidrogen. Sila ambil maklum

bahawa adenin akan menghasilkan 2 ikatan hidrogen dengan taimin sementara guanin

dan sitosin akan diikat dengan 3 ikatan hidrogen. Perbezaan ini memberi ciri kestabilan

yang lebih bagi DNA yang mempunyai peratusn G:C yang tinggi.

Pasangan antara purin dan pirimidin ini dikawal oleh peraturan Chargaff . Dimana A

akan berpasangan dengan T dan G pula akan berpasangan dengan C (A:T, G:C). Julat

peratus G:C agak lebar diantara25 hingga 75% dalam spesis bakteria yang berlainan

tetapi lebih rapat dalam spesies berkaitan manusia iatu antara 39 - 46% (lihat Rajah 9)

Rajah 10: Polimer DNA. Ambil perhatian tentang

1. Arah 3’-5’ polimer, dan penghujung 3’ dan 5’

2. Ikatan fosfodiester antara 3’ dan 5’ deoksiribosa

3.2. Polimer DNA.

12

Seterusnya kita akan melihat bagaimana polimer atau rantai panjang DNA terhasil.

Mari kita menyemak semula komponen DNA. Unit asas DNA ialah nukleotida. Setiap

nukelotida digabungi oleh satu bes nitrogen, satu gula deoksiribosa dan satu kumpulan

fosfat. Terdapat 4 jenis nukleotida yang berbeza pada komponen besnya, sama ada A, T,

G atau C. Polinukleotida dibentuk melalui kondensasi 2 atau lebih nukleotida.

Kondensasi biasanya berlaku antara alkohol 5'-fosfat satu nukleotida dan 3'-OH

yang kedua, dengan penyahan H2O, menghasilkan satu ikatan fosfodiester. Penghasilan

ikatan fosfodiester dalam DNA mempamerkan arahan. Struktur primer DNA

(pengaturan linear nukleotida) berlaku pada arah 5' ----> 3' . Struktur primer molekul

DNA dengan mecatat jujukan nukleotida dari kiri kekanan sinonimus dengan arah 5'

-----> 3' seperti ditunjuk . Ciri antiparallel heliks datang daripada orientasi setiap

individu benang. Daripada mana-mana posisi tetap di heliks, satu benang orientasi ke

arah 5' ---> 3' dan yang satu lagi kearah 3' ---> 5' (Rajah 10, 11 dan 12)

Model untuk struktur DNA telah dikemukakan oleh Watson dan Crick. Berasaskan

data difraksi X-ray DNA, James Watson dan Francis Crick mecadangkan satu model

untuk struktur DNA. Model ini (kemudiannya disahkan oleh data ujikaji) mengagak

DNA berada dalam bentuk satu bebenang nyahselari yang berpasangan. Setiap satu pada

arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dari benang bersebelahan. Dalam

model Watson-Crick, bes berada dibahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90

darjah kepada heliks (Rajah 11). Purin bes membentuk ikatan hidrogen dengan

pirimidin Penentutan ujikaji telah menunjukkan bagi sesuatu molekul DNA,

kepekatan adenin (A) bersamaan dengan thymine (T) dan kepekatan cytidine (C)

bersamaan guanin (G) dalam mana-mana molekul DNA. Ini bermakna A hanya

berpasangan dengan T, dan C dengan G. Mengikut paten ini, dikenali pasangan-bes

Watson-Crick pasangan- bes mengandungi G dan C mempunayi tiga ikatan hidrogen,

sementara A dan T mengandungi 2 ikatan hidrogen. Oleh itu pasangan- bes G-C lebih

stabil daripada pasangan bes A-T

13

Rajah 11: Ikatan fosfodiester antara nukleotida. Ikatan ini sama dalam DNA dan RNA.

Ambil perhatian keatas struktur deoksiribosa dimana C-2’ tidak terikat pada kumpulan

OH seperti gula ribosa RNA. Lihat juga kedudukan nyahselari benang DNA

Ciri selari heliks datangnya daripada orientasi setiap individu benang. Daripada mana-

mana posisi tetap di heliks, satu benang berorientasi ke arah 5' ---> 3' dan yang

satu lagi kearah 3' ---> 5'. Dipermukaan luar, heliks dubel DNA mengadungi 2 jalur

dalam antara rantai ribosa-fosfat . Dua jalur ini berbeza saiznya dan dinamakan jalur

major dan minor. Perbezaan saiz adalah disebabkan asimitri gelang deoksiribosa dan

ciri nyata struktur permukaan atas pasangan bes dibandingan dengan yang dibawah

(Rajah 13).

14

Rajah 13: Model struktur heliks DNA mempamerkan pasangan bes, heliks dubel dan

jalur major dan minor

3.3 Struktur Primer

DNA dan RNA adalah rantai panjang samada deoksiribonukleosida monofosfat

atauribonukleosida monofosfat disambung secara kovalen melalui ikatan fosfodiester .

Ikatan fosfodiester antara unit monomer kepada satu molekul polimer ditakrifkan

sebagai struktur primer. Ikatan fosfodiester mempunyai arah (dipanggil polariti,

kecuali dimaklum sebaliknya, dan mengikut konvensyen ialah 5' ke 3'), dan

pengaturan (atau order) nukleotida specifik sepanjang rantai dipanggil jujukan.

Jujukan nukleotida biasanya dicatatkan sebagai jujukan bes seperti ACGTT (mengikut

konvensyen jujukan bermula dengan hujung 5' disebelah kiri hujung 3' disebelah

kanan). Jujukan DNA atau RNA ialah informasi genetik, dimana setiap jujukan 3 bes

mengkodkan satu asid amino. Kita tidak akan membincang isu ini dengan lebih panjang

kerana sudah melebihi kandungan kursus ini.

3.4 Struktur Sekunder

Asid nukleik juga mempunyai struktur sekunder yang terhasil dari pelipatan rantai

polimer yang melibatkan ikatan bukan kovalen. Heliks dubel (dua benang) DNA telah

ditunjuk boleh berada dalam pelbagai bentuk. Bergantung jujukan kandungan dan

15

keadaan ionik penyediaan hablur. Bentuk β- melebihi pada keadaan fisiologi yang

rendah kepekatan ionikdan tinggi darjah hidrasi nya . Sementara itu bahagian heliks

yang kaya dengan dinukleotida pCpG boleh berada dalam helik tangan kiri yang

novel, satu komformasi disebut Z-DNA. Konformasi ini terhasil daripada pertukaran

180 darjah. dalam orientasi bes relatif keapda A- dan B-DNA yang mempunyai

orientasi lebih biasa (Jadual 3)

Jadual 3: Parameter heliks polinukleotida

Bentuk A Bentuk B Bentuk Z

Arah putaran heliks kanan kanan kiri

Bilangan residu satu

putaran

11 10 12 (6 dimer)

Putaran bagi satu

residu (

33 o

36 o

-60o

~-30o

per residu

Kenaikan heliks

bagi satu residu(h)

0.255nm 0.34 nm 0.37 nm

Pitch helik (=nh) 2.8nm

3.4 nm 4.5 nm

Diameter heliks ~2.6nm ~2.0nm ~1.8nm

Bentuk heliks dubel terlebar sederhana tertirus

Ikatan glikosidik anti anti Anti bagi pir

Sny bagi pur

3.5 Denaturasi DNA

Apabila sel membahagi DNA perlu disalin (replikasi). Untuk membolehkan proses ini

berlaku, kedua benang heliks perlu diasingkan melalui proses yang dipanggil denaturasi.

Proses ini bolehkan juga dilakukan secara in vitro. Jika larutan DNA didedahkan pada

suhu yang tinggi, ikatah hidrogen antara bes menjadi kurang stabil, dan benang heliks

akan berpisah disebabkan denaturasi thermal. Komposisi bes DNA banyak berbeza

daripada molekul ke molekul dan organisme keorganisme. Bahagian dupleks yang

mempunyai pasangang bes A-T lebih kurang stabil kepada haba dengan bahagian yang

kaya dengan pasangan-bes G-C (Rajah 14).

Dalam proses denaturasi thermal, satu titik akan tercapai dimana 50% DNA molekul

berada dalam bentuk benang tunggal. Titik ini diberi tanda Tm (Rajah 15). Tm ialah satu

ciri komposisi bes molekul DNA. bergantung kepada beberapa faktor selain daripada

komposisi bes. Ini termasuk sifat kimia pelarut dan jenis dan kepekatan ion dalam

larutan .

Bila DNA yang cair kerana haba disejukkan, benang yang berpasangan akan bercantum

semula mengikut pasangan bes yang betul dalam proses yang dipanggil ‘annealing’ atau

hibridisasi. Kadar hibridisasi bergantung pada jujukan nukleotida kedua benang DNA.

16

Rahah 14: Denarurasi DNA

Suhu atau pH yang

keterlaluan

Bahagianyang kaya

dengan A-T didenaturasi

dahulu

Peleraian dua benang DNA

Pemisahan benang dan

pengahsilan lipatan

rambang

17

Rajah 15: Kesan haba keatas molekul DNA

3.6 'Supercoiling'

molekul yang berbentuk bulat yang ditaupi oleh ikatan kovalen boleh berbentuk

'supercoil' . Bentuk ini bersamaan dengan struktur tertiar DNA yaitu satu order yang

lebih tinggi dalam ciri lipatan struktur sekonder. supercoiling mempunyai lebih

pasangan bes pada satu pusingan (underwinding). Sementara ‘supercoiling’ positif

mempunyai kurang pasangan bes bagi setiap pusingan/putaran (overwinding)

Molekul yang serupa tetapi berbeza hanya pada keadaan ‘supercoiling’ dipanggil

topoisomer (isomer topologi)

Aktiviti 1.2

Soalan:

Objektif

1. Jika peratus a dalam sesuatu molekul DNA ialah 17%, pertus C dalam molekul

yang sama ialah

A. 25

B. 17

18

C. 33

D. 34

E. 66

2. Ketinggian (pitch) satu pusingan B DNA ialah

A. 2.8oA

B 3.4 o

A

C. 4.5 o

A

D. 10 o

A

E. 11 o

A

Subjektif:

1. Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida

2. Bincang mengenai faktor yuang mengesani nilai Tm sesuatu molekul DNA

3. Bincangkan struktur DNA lain berbanding dengan struktur asas yang

dikemukakan oleh Watson-Crick

4.0 RNA

RNA boleh memenuhi beberapa fungsi. Fungsi molekul yang berbeza ini termasuk dari

segi struktur dan maklumat. Struktur kimia RNA amat serupa dengan DNA. Ia

merupakan polimer monomer berulang (ribonukleotida). Walau bagaimana pun RNA

berbeza daripada DNA kerana biasanya ia berada dalam satu benang. Molekul RNA

adalah lebih kecil daripada DNA dalam sesuatu organisma ( hingga 10 kilobes

panajang maksimum) dan bergantung pada fungsinya adalah lebih berbeza dari segi

saiz. Molekul RNA boleh berkeadaan satu atau dua benang. Molekul RNA boleh juga

berbentuk lurus atau bulat (setakat ini tiada molekul RNA dua benang bulat dijumpai).

RNA yang terbanyak dalam sel ialah RNA ribosom (rRNA). Ia merupakan komponen

ribosom dan berperanan dalam proses sintesis protein. Walau pun RNA biasanya terlibat

dalam proses sintesis protein, ada juga RNA yang bertindak sebagai penyimpan

maklumat. Perkara berlaku dalam jenis-jenis virus yang tertentu.

4.1 Struktur RNA

Empat bes yang menjadi komponen RNA disenaraikan dalam Jadual 4. Walau

bagaimana pun terdapat tebitan-terbitan lain yang juga menjadi komponen RNA. Bes

terbitan ini lebih merupakan komponen struktur bukan kod asid amino. Perbezaan

utama dengan DNA ialah kehadiran gula ribosa mengganti gula deoksiribosa dan urasil

mengganti bes taimin. RNA satu benang tidak mengikut peraturan Chargaff, tetapi

molekul RNA yang 2 benang masih mengikut peraturan ini. Kehadiran kumpulan OH

pada C2' ribosa menyebabkan RNA lebih mudah di hidrolisiskan berbanding dengan

DNA. Semua RNA disintesis sebagai satu benang, dan mempunayi lebih banyak

19

konformasi dari DNA melalui pusingan dalaman, pusingan hujung tak berpasangan,

pusingan pin rambut dan heliks dubel.

Jadual 4. Bes purin dan primidin bagi RNA. Sila ambil perhatian tentang abjad

singkatan bagi setiap bes.

Purin Pirimidin

Adenin A

Guanin G

Urasil, U

Sitosil C

Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula ribosa dalam RNA

4.2 RNA Ribosom (rRNA)

rRNA ialah kumpulan RNA terbanyak di dalam sesuatu sel. Ia merupakan komponen

ribosom yang menjadi tapak sintesis protein. Setiap ribosom mengandungi kira-kira

60% RNA dan 40% protein. rRNA ialah salinan jujukan gen DNA tetapi tidak

ditranslasi. Genom eurkaryot memang mengandungi beratus salinan gen rRNA.

4.3 RNA penyampai (Messenger RNA, mRNA)

mRNA merupakan salinan kod genetik daripada DNA. Ia merupakan maklumat

jujukan asid amino yang digunakan semasa proses sintesis protein di ribosom. mRNA

yang disalin akan dibawa ke ribosom dimana maklumat yang dibwa akan ditranslasi

dalam proses sintesis protein. Oleh itu terdapat berjenis mRNA mengikut kod yang

tersimpan dalam DNA. Biasanya ia akan dihasilkan apabila keperluan kepada sesuatu

protein itu timbul.

Dalam proses transkripsi, DNA bertindak sebagai templat, dan mRNA ditranskrip

(disalin) adalah komplementari (berpasang) kepada templat ini. mRNA ialah molekul

satu benang. Saiznya bergantungkepada maklumat yang terkandung. Setiap tiga

nukleotida mRNA akan mengkodkan satu asid amino dan kod in dipanggil kodon.

4.4 RNA pemidah (transfer RNA, tRNA)

Oleh kerana asid amino tidak mempunyai keafinan kepada jujukan nukelotida mRNA,

sejenis molekul pelekat diperlukan untuk meletak asid amino pada jujukan yang

spesifik pada mRNA. tRNA bertindak sebagai pengangkut asid amino ke tapak sintesis.

Oleh kerana terdapat beberapa tRNA mengenali satu asid amino, bilangan tRNA

melebihi 20. Umpamanya, Esrechia coli mengandungi 86 tRNA. Kebanyakan

nukleotida asal dalam tRNAs telah berubah dengan besnya dimodifkasi enzim selepas

transkripsi. Dianatara bes yang termodifikasi termasuklah metilguanosin,

dimetilgunaosin, inosin, dimetilinosin, dihidrouridin dan pseudourodin

20

tRNA juga ditranskripsi daripada DNA tetapi tidak ditranslasi. Kebanyakan tRNA

mengandungi lebih kurang 75-80 nukleotida dan mempunyai sruktur sekonder yang

tinggi (interaksi pasangan bes) dan juga struktur tertiar (bukan ‘supercoiling’ tetapi

lipatan tambahan dalam ruang 3 dimensi). tRNA mempunyai bentuk daun cengkeh

(Rajah 17). Semua tRNA berakhir dengan ...CCA pada penghujung 3' . Asid amino

akan terikat pada penghujung 3' tRNAs membentuk aminoasil-tRNA ( tRNA bercas).

Antikodon, satu set 3 nukleotida,terdapat dilengkok struktur tengah daun cengkeh.

Antikodon merupakan komplemen (pasangan) kepada kodon mRNA, denganitu

membolehkan asid amino spesifik dibawa kepada mRNA mengikut jujukan yang

ditentukan.

Rajah 16: Struktur daun cengkeh tRNA

Aktiviti 1.3

Soalan:

Objektif

1. Pilih kenyataan yang BENAR mengenai RNA atau DNA

21

A. Hanya DNA merupakan penyimpan maklumat gen dalam sel hidupan

B. semua RNA hnaya mempunyai bes A, U, C dan G

C. Semua heliks dubel pusing kekanan

D. semua DNA mempunya galur minor dan major

E. Hanya RNA mempunya gula deoksiribosa

2. Pilih kenyataan yang PALSU

A. semua RNA ada bes urasil

B. semua RNA bertuk satu benang

C. tRNA mempunyai antikodon

D. tRNA mengenali asid amino yang spesifik

E. ribosom mengandungi perotein

Subjektif:

1. Apakah sebabnya RNA kurang stabil dibandingkan dengan DNA

Glosari

Istilah Makna/Takrifan

adenin Bes purin

antikodon Kod asid amino pada tRNA

allosterik Enzim yang dikesani modulator

diekspresikan Maklumat gen dikeluarkan dalam bentuk protein

ditranslasi Proses penghasilan protein dari mRNA

genetik Kod maklumat tersimpan dalam DNA

genom Gabungan maklumat gen

guanin Bes purin

hibridisasi

in vitro Di luar sel

kodon Kod asid amino pada mRNA

metabolit Bahan tindak balas

nukleosida Gabungan bes dan gula pentosa

nukleotida Gabungan bes, gula pentosa dan fosfat

pengklonan Penghasilan sel baru yang mempunyai maklumat

genetik yang sama

replikasi Pengahsilan molekul DNA baru dari templat DNA

ribosom Tapat sintesis protein

rRNA Pembawa jujukan nukleotida ketapak sintesis protein

sitosin Bes pirimidin

taimin Bes pirimidin khusus dalam DNA

topoisomer isomer topologi, perbezaan pada ‘supercoiling’

22

transkripsi Penyalinan DNA kepada RNA

tRNA Pembawa asid amino ketapak sintesis protein

urasil Bes pirimidin khusus dan RNA

UNIT

Biodata penulis

Nama penulis: Abu Bakar Salleh

No telefon: 03 89486101 samb 3635

Faks: 03 8943 0913

E-mail: abubakar@fsas.upm.edu.my (Pelajar digalakkan mengguna kaedah ini untuk

berhubung dengan penulis)

Jangkamasa belajar

Mengikut sinopsis kursus, bahagian enzim memerlukan 6 kuliah sementara bahagian

hormon memerlukan 3 kuliah. Anda disarankan meluangkan sekurang-kurangnya 3 jam

bagi setiap jam kuliah bagi mengulangkaji.

Cara belajar

Kursus ini menekankan pengenalan nama dan struktur. Struktur yang perlu diketahui

mungkin spesifik bagi sesuatu molekul, tetapi biasanya anda perlu mengetahui struktur

am bagi sesuatu kumpulan. Seterusnya anda dikehendaki mengetahui peranan molekul

berkenaan, dan fungsi molekul yang selalunya dikaitkan dengan struktur dan komposisi

kimia molekul.

23

Selain daripada membaca isi kandungan modul ini, anda disarankan mendapatkan sebuah

buku teks yang tersenarai dalam modul ini.

Walaupun begitu pemahaman dan penghayatan biokimia tidak mungkin didapati hanya

melalui pembaca. Anda perlu menulis dan melakar semula nota dan struktur supaya

ianya terpahat dalam minda. Aktiviti yang disediakan akan dapat membantu anda

membuat ulangkaji.

Sila hantar jawapan kepada soalan dan permasalahan kepada penulis unit ini. Sila

catatkan nombor unit , aktiviti dan soalan dalam komunikasi anda. Saya akan dapat

mengekstrak fail anda jika anda mengguna Window 98/Word 2000 atau edisi yang

sebelumnya.

Timbal balas akan dilakukan dalam masa 3 hari selepas penerimaan mesej kecuali

penulis tidak dapat ke pejabat dalam masa itu.

24

Molekul Pengatur/Pengawal Tindak Balas dalam

Sel

Pengenalan

Untuk memahami bagaimana tindak balas dalam sel dikawal dan diatur, kita perlu

mempelajari 2 topik asas, iaitu enzim dan hormon. Kedua kumpulan pengatur ini

mempunyai sifat dan ciri tindakan yang tersendiri, tetapi mereka sering juga berinteraksi

bagi menentukan sel berfungsi dengan efisien.

Untuk memahami bagaiman enzim dan hormon bertindak, kita perlu mengetahui

sifatnya melalui struktur asas dan rupanya. Seterusnya kita perlu mengetahui cara ia

bertindak.

ENZIM DAN KOENZIM

Tajuk-tajuk

1. Apakah itu enzim?

2. Konsep pemangkinan: kinetik tindak balas kimia, tenaga aktivasi

3. Struktur enzim:

4. Ciri enzim

5. Penamaan enzim dan klassifikasi

6. Ciri tindak balas enzim

7. Keaktifan enzim

8. Parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim

9. Kofaktor dan koenzim

Objektif Pembelajaran

Selepas selesai mempelajari unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat

1. Mengenali tentang enzim; sifat dan ciri tindak balasnya

2. Mengenali struktur enzim dengan penekanan kepada ciri proteinnya

3. Pengkalsan enzim

4. Memahami ciri tindak balas enzim

5. Mengenali dan memahami parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim

Parameter yang ditangani ialah

• kesan kepekatan enzim

• kesan kepekatan substrat

• kesan pH

• kesan suhu

25

• kesan perencat

6. Mengenali apakah itu kofaktor dan koenzim

1. 1 Apakah itu enzim?

1.1.1 Pemangkin dalam tindak balas

Untuk memahami ini peranan enzim, kita mesti memahami bahawa tindak balas kimia

perlu mempunyai pemangkin untuk membantu menjalankan tindak balas. Tanpa

pemangkin sesuatu tindak balas sukar untuk dijalankan.

Jika sesuatu substrat, S hendak ditukar kepada produk P, biasa tansformasi atau

pertukaran tidak berlaku dengan spontan. Kalau tidak tentulah susah bagai sesuatu

sebatian berada dalam sesuatu keadaan atau bentuk. Biasanya kita memerlukan tenaga

untuk menukar sesuatu bahan kepada satu bahan yang lain. Untuk medalami konsep

tindak balas yang menggunakan pemangkin cuba kita lihat prinsip kinetik kimia

1.1.2 Kinetik kimia

Teori keadaan transisi/sementara dan katalisis

E akt

Tenaga

S Rajah 1: Kinetik tindakbalas kimia

E net P

Progres tindak balas

Rajah profil tenaga satu tindak balas S→ P

E akt = tenaga aktivasi, perbezaan anatara tenaga keadaan S (atau penindak

balas) dan keadaan sementara (penindak balas)

E net = Perbezaan tenaga antara S dan P

Teori kinetik moden menyarankan bahawa bagi setiap tindak balas, penghasilan sesuatu

produk didahului oleh satu keadaan transisi/sementara yang merupakan keadaan

teraktif S. Tenaga aktivasi perlu diadakan untuk membawa substrat ketahap transisi

sebelum ianya bertukar kepada produk.

26

A*

Tenaga

A* E akt1

E akt2 Rajah 2: Kinetik

S tindakbalas kimia

dengan enzim

P

Progres tindak balas

E akt1 ialah tenaga aktivasi tanpa pemangkin

E akt2 ialah tenaga aktivasi dengan pemangkin

Mengikut teori keadaan sementara, sesuatu pemangkin berfungsi dengan menambah

kadar penghasilan bahantara sementara. Ini dialkukan dengan mengurangkan tenaga

aktivasi.

Nota : Tenaga P tidak semestinya rendah dari S. Jika P mempunyai tenaga dalaman

(internal energy) yang lebih rendah dari S, tenaga akan dibebas ke sekitaran. Tindakbalas

ini dipanggil eksothermik. Sebaliknya jika P mempunyai tenaga dalaman yang lebih

tinggi dari S, tindakbalas ini dipanggil endothermik

Aktiviti 1.1

1. Cuba anda lukis rajah kinetik tindak balas kimia di mana tenaga dalaman P lebih

tinggi daripada S. Catatkan lokasi tenaga aktivasi dan mutlak di atas rajah itu.

2. Dengan menggunakan gambarajah, terangkan bagaimana enzim dapat membantu

meningkat kadar tindakbalas. Soalan ini hanyalah merupakan latihan. Anda hanya perlu

menyalin semula Rajah 2! Adakah anda faham perkara yang hendak disampaikan oleh

rajah ini?

3. Soalan objektif:

Pernyataan yang manakah sesuai untuk enzim

A. enzim menukar tahap keseimbangan

B enzim adalah spesifik kepada substrat yang tertentu

C. enzim menyediakan teanga aktivasi

D. semua enzim adalah protein

E. enzim termusnah di dalam tindakbalas yang dimangkin

27

1.1.2 Enzim

Enzim merupakan pemangkin biologi. Enzim mempercepatkan tindak balas dalam sel

hidupan. Enzim adalah lebih efisien dari ebarang pemangkin buatan manusia. Ia

bertindak pada keadaan yang sederhana dan mempunyai ciri spesifik dalam pemilihan

substrat yang di tindak balasnya. Enzim tersebar luas dalam sel .

1.1.3 Enzim konstitutif dan induktif

Enzim konstitutif: ialah enzim yang sentiasa dikeluarkan oleh sel kerana keperluannya

senatiasa ada. Sementara enzim induktif memerlukan aruhan sebelum disintesis dalam

sel untuk sesuatu keperluan.

1.1.4 Bagaimana enzim berfungsi sebagai pemangkin

Bagaimanakah enzim dapat berperanan sebagai pemangkin? Enzim mengikat substrat

dengan cara dimana ikatan yang hendak ditindakbalas diletak berdekatan dengan pusat

pemengkinan di tapak aktif.Terdapat 4 faktor utama yang menyumbang kepada

kemampuan enzim sebagai pemangkin

• Diorientasi kepada kumpulan pemangkin supaya keadaan transisi mudah

terhasil

• Setengah enzim mungkin bergabung dengan substrat supaya menghasil

bahantara sementara yang mengandungi ikatan kovalen tidak stabil, yang mudah

bertukar kepada produk

• Mengadakan kumpulan berfungsi yang menghasilkan katalisis umum asid bes

• Menimbul ketegangan dan kebengkokan dalam ikatan substrat, membawa

kepada kepecahan ikatan berkenaan

1.2 Struktur enzim

Sejak mula enzim ditemuai, enzim telah dikenal pasti sebagai protein. Tetapi akhir-akhir

ini terdapat penemuan dimana sekumpulan asid ribonukleik (RNA) telah dapat

berfungsi sebagai pemangkin. Enzim yang berasaskan asid nukleik diberi nama

ribozim. Kita akan menumpukan perhatian kita kepada protein sebagai molekul enzim.

Tetapi kita jangan lupa bahawa ribozim juga berfungsi serupa dengan enzim protein.

1.2.1 Struktur enzim protein

Pada dasarnya enzim diasaskan oleh protein. Biasanya protein berbentuk globular dan

mempunyai struktur tertiar dan kuarterner protein Struktur 3 dimensi protein amatlah

penting dalam fungsi protein. Keutuhan struktur 3 dimensi memainkan peranan penting

dalam menentukan keaktifan enzim. Komposisi dan jujukan asid amino yang merupakan

monomer kepada protein tentulah mempunayi peranan utama dalam menentukan

28

struktur tertiar protein. Penyelidik telah membahagikan residu-residu asid amino yang

membangunkan sesuatu molekul enzim kepada 4 kumpulan

• Residu struktur

• Residu pemangkinan

• Residu pengikatan

• Residu tak perlu

Kumpulan 1 hingga 3 adalah penting dalam menentukan samada molekul protein dapat

berfungsi sebagai pemangkin dengan efisien. Pertukaran atau modifikasi kepada mana-

mana asid amino dalam kumpulan ini pasti menjejaskan keaktifan enzim itu.

1.3. Penamaan enzim dan klassifikasi

Padas mulanya setiap penyelidik yang menemui sesuatu enzim telah memberi namanya

sendiri. Kita akan sebut nama yang diberi ini sebagai nama am. Oleh itu terdapat satu

enzim yang mempunyai nama yang berlainan. Tambahan pula sesetengah nama yang

diberi tidak memberi sebarang maklumat atau penerangan seperti tripsin, pepsin dan

kaimotripisin. Ini menimbulkan kesukaran dalam mengenali enzim itu. Pada tahun 1964,

Suruhanjaya Antarabangsa Enzim telah mengemukakan satu sistem klasifikasi dan

penaman bagi enzim, dalam usaha menyelaras penamaan enzim. Penamaan ini dipanggil

nama sistematik. Enzim dikenali dan diklaskan berasaskan jenis tindak balas .

Didapati semua enzim yang telah ditemui dapat dibahagikan kepada 6 kumpulan utama.

Seterusnya setiap kumpulan boleh di bahagikan lagi untuk pengklasan yang lebih teliti.

Klas utama Jenis tindak balas

Oksido reduktase

Transferase

Hidrolase

Liase

Isomerase.

Ligase

Enzim berkaitan dengan pengoksidaan reductan.

Pemindah kumpul;an(radikal) seperti metil, asil, glikosil,

amina, fosforil dan lain-lainnya...

Tindakbalas substrate mengandungi air menghasilkan dua

produk

Penyahan kumpulan tanpa air

Pengauran molekul dalam substrat

Tindak balas sintetik, pergabungan 2 molekul

Jadual 1. Klasifikasi enzim

Seterusnya setiap kumpulan utama diberi nombor 1 hingga 6, sementara kelas-kelas dibawah

kumpulan ini juga diberi nombor pengenalan tersendiri, dengan tujuan mengkelaskan setiap

enzim kepada satu enzim yang jelas.

29

• No. pertama : Kumpulan utama

• No. kedua : sub-klas

• No. ketiga : sub-sub- klas

• No.keempat : nombor siri dalam sub-sub- klas

Contoh

COOH COOH

CH2 + FAD CH + FADH2

||

CH2 CH

COOH COOH

Nama am: suksinat dehidrogenase

Nama sistematik: suksinat : FAD oksidoreduktase

EC No.: 1 . 3 . 99 . 1

Penjelasan:

1 : termasuk dalam klas Oksidoreduksi

3 : kerana bertindak keatas kumpulan penderma > CH-CH

99: kerana penerima, FAD, yang diklaskan sebagai "yang lain"

1 : siri pertama dalam sub-subklas 99

Aktiviti 1.2

1. Soalan objektif

a. Kaji tindak balas berikut:

Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP

Kumpulan enzim ini ialah:

A. oksidoreduktase

B. transferase

C. hidroliase

D. isomerase

E. liase

30

2. Soalan subjektif:

a. Senaraikan kumpulan enzim mengikut Suruhanjaya Enzim. Jelaskan ciri

tindakbalas setiap kumpulan

1.4 Ciri enzim

enzim dikatakan mempunyai ciri yang lebih baik daripada pemangkin inorganik. Dua

ciri utama yang memberi kelebihan kepada enzimialah:

• Spesifisiti

• Keadaan tindak balas yang sederhana

1.4.1 Spesifisiti enzim

Spesifisiti enzim dikatakan timbul daripada konformasi tapak aktif. Tapak aktif

merupakan acuan yang dapat mengenali substrat yang khusus, yang sepadan dengan

bentuk acuan yang tersedia. Ahli enzimologi mengemukakan 2 jensi spesifisiti yang

terdapt pada enzim

• Spesifisiti: mutlak dan

• Spesifisiti relatif

Dua model telah dikemukakan bagi menggambarkan sifat spesifisiti diatas

Model kunci dan mangga

Model ini sesuai bagi enzim yang mempunyai spesifisiti spesifik. Enzim digambarkan

sebagai mangga yang hanya boleh dipadankan oleh anak kunci (substrat) (Rajah 3).

Mengikut modelini, enzim mempunyai tapak aktif yang berbentuk sepsifik dan tetap

kepada bentuk sesuatu substrat. Hanya substrat yang padan boleh masuk kedalam tapak

aktif ini, sebelum pemangkinan berlaku.

Teori ransang dan padan

Sementara teori ini menggambarkan sifat spesifisiti relaltif dimana satu enzim dapat

memangkin satu kumpulan substrat yang hampir serupa. Enzim mempunyai tapak aktif

yang lebih fleksibel kepada satu kumpulan substrat. Jika sesuatu substrat menghampiri

tapak aktif, kehadiran substrat mengaruh bentuk tapak aktif kepada acuan yang lebih

spesifik kepada substrat itu.

31

Enzim dan substrat kompleks- ES Produk

Tapak aktif

E S E P

Rajah 3: Model mangga dan anak kunci

1.4.1. Keaktifan enzim

Semua aspek keaktifan enzim bergantung kepada kehadiran tapak aktif pada molekul

enzim. . Keaktifan diukur melaui aktiviti enzim. Aktiviti enzim ialah kadar tindak

balas. Ia diukur dengan mengukur penghasilan produk mengikut unit masa.

Produk Rajah 4: Penghasilan produk mengikut

masa

masa

Jika kita membuat ujikaji dimana kita mengukur penghasilan produk mengikut masa kita

akan mendapati sebuah graf seperti Rajah 3. Penghasilan produk akan bertambah

mengikut masa hingga substrat kehabisan. Aktiviti boleh diukur dengan menentukan

kuantiti produk yang terhasil pada satu jangkamasa yang tetap. Mengikut Rajah 4,

pengukuran mestilah dibuat pada jarak garis lurus. Dalam enzimologi , aktiviti enzim

diambil pada jangkamasa yang terawal tindak balas berlalu dan dipanggil aktiviti awal

atau halaju awal.

32

1.4.2 Unit aktiviti

Unit yang selalu dipakai ialah unit (U) atau lebih tepat dipanggil unit antarabangsa (IU).

Satu IU ditakrifkan sebagai kadar penghasilan 1 µµµµmole produk dalam satu minit.

Suruhanjaya Enzim telah mengemukakan unit katal yang ditakrif kan sebagai kadar

penghasilan 1 mol produk dalam satu saat.

Aktiviti 1.3

1. Soalan objektif

Enzim yang mempunyai spesifisiti relatif

A. mempunyai konfigurasi tapak aktif yang tetap

B. mempunyai satu substrat yang khusus

C. konformasi protein yang tetap

D. bertindak dengan substrat yang berlainan

E. mampu mengubah sedikit bentuk tapak aktif untuk dipadankan dengan substrat-

substrat yang hampir sama

2. Soalan subjektif:

Lukiskan satu graf hasil lawan masa dan tandakan bagaimana kadar tindak balas

ditentukan.

3 Cuba anda tukar unit IU kepada unit katal.

Penyelesaian

1 IU = 1 µmole per minit = 1 µmole per 60 saat = 16.7 ηmole per saat

Bersamaan 16.7ηkatal !

1.5 Parameter yang mengesan keaktifan enzim

Kesan masa

Kesan masa terhadap penghasilan produk digambarkan pada Rajah 4. Bagi kepekatan

enzim dan substrat yang tetap, penghasilan produk akan meningkat mengikut masa

hinggalah substrat kehabisan. Kelok ini dipanggil kelok progres tindak balas dan

digunakan untuk penentuan aktiviti enzim. Jika graf ini di ubahsuai kepada graf aktiviti

enzimmelawan masa kita akan melihat graf seperti Rajah 5.

33

V

Masa

Rajah 5. Aktiviti enzim mengikut masa

1.5.2 Kepekatan enzim

Aktivit enzim akan meningkat dengan peningkatan kepekatan enzim hinggalah substrat

mkenjadi faktor penghad (Rajah 6)

V

{E}

Rajah 6. Kesan kepekatan enzim

terhadap aktiviti enzim

1.5.3 Kesan kepekatan substrat

Vmax

Vmax

2

Vo

Km

{S}

Rajah 7. Kesan kepekatan substrat

terhadap aktiviti enzim

34

Rajah 7 menggambarkan kesan peningkatan kepekatan substrat terhadap aktiviti enzim,

pada kepekatan enzim yang tetap. Di peringkat awal, aktiviti meningkat dengan

penambahan substrat, tetapi aktiviti akan mendatar bila enzim sudah menjadi tepu pada

peringkat kepekatan substrat yang tinggi. Kelok ini dipanggi kelok Michaelis-Menten

dan merupakan sebuah kelok hiperbola segiempat. Perlakuan ini hanya dipakai dengan

tindak balas satu substrat.. Ia boleh juga digambarkan melalui persamaan Michaelis-

Menten. Harus diingat bahawa tidak semua enzim mengikut hukum Michaelis-Menten.

Walau bagaimana pun perlakuan ini memberi kefahaman asas dalam kajian enzimologi.

Melalui graf ini kita dapat menentukan 2 parameter kinetik enzim iaitu aktiviti

maksimum, Vmax dan angkatap Michaelis, Km. Jika kita lihat persamaan Michaelis-

Menten, diperingkat kepekatan S adalah tinggi, Km+[S] akan menuju kepada nilai [S].

Ini bermakna, Vo = Vmax , iaitu aktiviti pada tahap maksimum. Sebaliknya jika kita

meletak nilai Vo = Vmax , kedalam persamaan Michaelis-Menten, kita akan mendapat

Km = [S]. Oleh itu kita boleh mentakrif Km sebagai kepekatan substrat yang akan

menghasilkan setengah aktiviti maksimum. Nila Km enzim kepada sesuatu substrat

menggambarkan keafinan enzim itu kepada sesuatu substrat.

Vo = Vmax [S]

Km+[S]

Dimana Vo ialah aktiviti awal enzim pada setiap kepekatan S

S ialah substrat

Vmax ialah aktiviti maksimum pada kepekatan enzim yang diguna

Km ialah angkatap Michaelis

Walau pun, kita dapat menetukan parameter kinetik Vmax dan Km melalui graf Michaelis-

Menten, kaedah ini hanyalah satu penganggaran, kerana tahap Vmax adalah juga satu

penganggaran. Oleh itu beberapa kaedah lain yang berasaskan pengolahan semula

persamaan Michaelis-Menten telah dikemukakan untuk membolehkan penentuan

parameter kinetik yang lebih tepat.

1/V

Rajah 8: Graf Lineweaver-Burk

1/S

35

cerun = -Km

Vo

Vmax

Rajah 9.Graf Eadie-Hofstee Km

Vo

S

Rajah 10 Graf Wolf

S/Vo

Cerun = 1/Vmax

Km/Vmax

S

Lihat Rajah 8, 9 dan 10 yang menggambarkan kaedah grafik yang lain,berasaskan

pengolahan ke atas persamaan Michaelis Menten.

1.5.4 Kesan suhu

Kesan suhu keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor. Sebagai protein , ia akan

mengalami proses denaturasi bila suhu menjangkau kepada satu tahap. Proses denaturasi

akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat keaktifan enzim.

Sementara itu mengikut kinetik kima, peningkatan suhu akan menambah kadar

pertembungan bahan-bahan yang bertindak balas, dan seterusnya memudahkan lagi

penghasilan bahantara sementara, dan produk. Dua faktor ini akan dilihat secara

menyeluruh deng an terhasilnya profil aktiviti lawan suhu. Setiap enzim akan

mempunyai suhu optimum (Rajah 11)

36

suhu. optimum

10 20 30 40 50 60 70 80

suhu

Rajah 11. Graf aktiviti melawan suhu bagi 2 jenis enzim

1.5.5 kesan pH

Kesan pH keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor juga. Sebagai protein , ia akan

mengalami proses denaturasi bila pH berada pada tahap yang ekstrim. Pertukaran cas

pada residu asid amino akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat

bentuk tapak aktif dan konformasi keseluruhan molekul enzim. Di samping itu,

pertukaran ciri ionik mungkin melibatkan residu asid amino pada tapak aktif yang

terlibat terus dengan proses pemangkinan.

Rajah 12 menggambarkan profil aktiviti lawan pH. Enzim juga a kan memberi nilai pH

optimum yang merupakan ciri sesuatu enzim.

Pepsin pH optimum

tripsin

aktiviti

2 4 6 8 10

pH

37

Rajah 12: Graf akiviti lawan pH bagi 2 jenis enzim

1.5.6 Kesan Perencat

Kehadiran peransang dan perencat merupakan faktor penting dalam tindakbalas enzim

Peransang dan perencat berperanan sebagai pengawal halus tindak balas. Sementara itu

kehadiran bahan asing seperti dadah dan racun turut menggugat tindakbalas enzim,

seterusnya mengganggu proses metabolisme sel.

Di bahagian ini kita akan memberi perhatian kepada perencat.Terdapat 3 jenis perencat

yang dikemukakan sebagai asas dalam kajian perencatan enzim

1.5.6.1 Perencat bersaing

Perencat bersaing mempunyai bentuk yang agak sama dengan substrat enzim. Perencat

bersaing dengan substrat untuk masuk kedalam tapak aktif. Keadaan ini akan

merendahkan aktiviti enzim pada sesuatu kepekatan substrat. Jika substrat ditambah, ia

kan dapat melawan kesan substrat, akhirnya nilai Vmax asal akan tercapai. Sementara

itu nilai Km akan meningkat dengan kehadiran perencat. Ciri ini dapat dilihat dengan

jelas pada graf Lineweaver-Burk (Rajah 13)

dengan perencat

tanpa perencat

1/V

1/S

Rajah 13 : Kesan perencat bersaing

1.5.6.2 Perencat bukan bersaing

Enzim yang direncat oleh perencat bukan bersaing mempunyai tapak asing bagi

perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat.

Kemasukan perencat kedalam tapak perencat akan mempengaruhi tapak aktif hingga

menyebabkan berlaku perubahan kepada bentuk tapak aktif. Substrat tidak dapat masuk

ke tapak aktif dan pemangkinan tidak berlaku.

Dari segi kesan keatas parameter kintek enzim, di dapati Km tidak berubah tetapi Vmax

adalah lebih rendah dari asal (Rajah 14)

38

1/v dengan perencat

tanpa perencat

1/S

Rajah 14. Graf menggambarkan kesan perencat bukan bersaing

1.5.6.3 Perencat tak bersaing

Enzim yang direncat oleh perencat tak bersaing juga mempunyai tapak berasingan bagi

perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat.

Perbezaan dengan perencat bukan bersaing hanyalah dari segi keupayaan substrat masuk

ke dalam tapak aktif. Substrat tetap dapat masuk ke dapat aktif sama ada perencat

masuk dahulu atau terkemudian darinya kedalam tapak perencat. Tetapi hasilnya ialah

kompleks enzim-substrat-perencat yang tidak mampu meruskan proses pemangkinan.

Dari segi kesan keatas parameter kinetik enzim, di dapati Km dan Vmax adalah lebih

rendah dari asal (Rajah 15). Garis lurus yang selari akan dapat dilihat dalam graf

Linewever Burk.

dengan perencat

2I

1/V I

tanpa perencat

1/S

Rajah 15. Graf menggambarkan kesan perencat tak bersaing

I ialah satu kepekatanperencat, sementara kepekatan digandakan bagi 2I

39

Aktiviti 1.4

1. Soalan objektif

a. Kaji kenyataan di bawah, mengenai bagaimana pH mengesan aktiviti enzim

P. kadar pertembungan substrat-enzim meningkat

Q. pertukaran cas ionik

R. denaturasi protein

S. pertukaran komformasi

T. pertukaran jujukan asid amino

Kenyataan yang BENAR ialah

A. P

B. P, Q

C. Q, R

D. Q, R, S

E. Q, R, S, T

b. Pilih kenyataan yang kurang tepat mengenai ciri tindak balas enzim.

Enzim bertindak

A. Enzim bertindak biasanya pada suhu yang sederhana

B. Enzim bertindak dengan substrat yang spesifik

C. Enzim bertindak biasanya pada tekanan yang sederhana

D. Km berbeza bagi berlainan substrat

E. semua enzim mengikuti hukum Michalis-Menten

2. Soalan subjektif

a. Terangkan bagaimana pH dapat mengesan aktivit enzim

b. Lakarkan plot Lineweaver Burk. Berasaskan graf ini, nyatakan bagai mana anda

dapat mengira nilai Km dan Vmax

2. Kofaktor dan koenzim

Sesetengah enzim memerlukan bantuan sebatian lain untuk menjalankan peranannya

sebagai pemangkin. Sebatian pembantu ini adalah bukan protein. Enzim yang

mempunyai pembantu ini dipanggil haloenzim. Enzim yang dipisahkan dari

pembantunya dipanggi apoenzim. Sementara kumpulan pembantu dipanggil kumpulan

prosthetik.

40

Kita akan berbicara tentang kumpulan prosthetik, yang secara umumnya dikenali

sebagai kofaktor. Kofaktor pula boleh dibahagikan kepada kofaktor dan koenzim.

Kofaktor diasaskan dari sebatian inorganik sementara koenzim diasaskan dari sebatian

organik. Jadi kofaktor ialah kumpulan umum bagi sub-kumpulan iaitu kofaktor dan

koenzim. .

2.1 Kofator

Peranan kofaktor dan koenzim ialah menjadi pembawa sementara kumpulan berfungsi

atom spesifik atau elektron yang dipindahkan dalam keseluruhan tindak balas.

Kofaktor biasanya berasaskan ion logam yang diperlukan dalam bentuk logam surih.

Logam surih termasuklah ion ferum(Fe+2

), Mg+2

, Mn+2

, Zn+2

, Al +3

dan Cu+2

. Ion

logam ini menjadi komponen penting sesetengah enzim(Jadual 2). Tanpanya enzim tidak

akan berfungsi.Di sinilah timbul keperluan kepada logam surih dalam pemakanan kita.

Ion logan Enzim

Zn+2

karbonik anhidrase karbokspeptidase,

fosfohidrolase, fosfotransferase

Fe+2

atau Fe+3

Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase

Mn+2

Arginase

Mg+2

Glukokinase, glukofosfatase

Cu+2

Sitokrom oksidase

Rajah 2. Contoh enzim yang memerlukan logam surih sebagai kofaktor

2.2 Vitamin sebagai prekursur koenzim

Sudah menjadi satu ciri koenzim bahawa organisma atasan tidak dapat mensintesisnya

dan perlu mengambilnya melalui makanan. Keperluannya adalah sedikit sahaja setiap

hari, tetapi keperluannya adalah kritikal. Jadual 3 di bawah menunujukkan jenis-jenis

vitamin, koenzim yang dihasilkan, tindak balas yang dimangkinkan dan seterusnya

masalan/penyakit yang timbul jika kekurangan vitamin ini..

Koenzim dan

vitaminyang berkaitan

Koenzim Tindak balas yang memerlukannya,

masalah kekurangan

Larut air

Thiamine (vitamin B1)

Sumber - bijiran

TPP Dekarboksilasi.

Kekurangannya akan menyebabkan

penyakit beri-beri, lemah jantung dan

gangguan mental

41

Riboflavin FAD redoks kerencatan pertumbuahan

niacin

Piridin nukleotida redoks

Kekurangannya akan menyebabkan

pellagra, black tongue (anjing)

Asid Pantothenik

Koenzim A Pemindahan asil

Kekurangannya akan memberi simptom

gastrik diarrhea , kulit : ‘carrification’,

hilang pigmen, ‘desquamation’;

pendarahan dan nekrosis korteks

adrenal dengan peningkatan

keinginan untuk garam

Vitamin B6

piridoksal

piridoksin

- piridoksan

Metabolisme asid amino: transaminasi

Kekurangannya akan hanya dilihat

pada bayi dan wanita hamil

bayi : sawan.

Tindak balas asid amino lain:

Dekarboksilasi, racemisasi’

Kekurangannya akan menyebabkan

Dermatitis

Folic acid

Dihidro-, tetrahidro

folat

sumber atom 1 unit karbon

anemia

Asid lipoik Asid lipoik Pemindahan asil

Masalah pertumbuhan

Vitamin B12

koenzim B12 :

nucleosid adenina

4 tindak balas umum: pemotongan C-C,

pemotongan C-O, pemotongan C-N

dan pengaktifan metil

Vitamin C

Tak pasti bagaimana berfungsi.

Kekurangannya akan menyebabkan

‘scurvy’, pendarahan dan gigi

longgar.Di katakan berkesan bagi

menghindar selesema.

Larut lemak

Vitamin A

mekanisma fisiologi penglihatan.

Ada juga penglibatan dalam

pertumbuhan biasa sel,

mengesan tulang rangka

Vitamin D

- sumber : hati, ikan, susu menambah penyerapan kalsium dari

fosfat dalam usus. Kesan terus proses

kalsifikasi - kekurangan akan

merendahkan perkumuhan fosfat dan

pembuangan melalui buah pinggang,

rickets : penyakit tulang

42

Vitamin E kekurangan masalh reproduksi dalam

tikus

antioksidan - menahan tindakan O2

ke atas asid lemak (yang menghasikanl

peroksida)

Vitamin K

Masalah pembekuan darah

Jadual 3. Vitamin, koenzim dan kesannya

Perhatikah bahawa koenzim dibahagikan kepada 2 kumpulan samada larut dan tak larut air, berasaskan

ciri sebatian kimianya.

Aktiviti 1.5

Pada amnya, bahagian ini banyak memerlukan ingatan anda tentang jenis, tindakan atau kesan

kofaktordan koenzim.

1. Soalan objektif

Vitamin A dikaitkan dengan

A. penglihatan

B. pertumbuhan yang sempurna

C. penyakit kulit

D. selsema

E kekuatan tulang

2. Soalan subjektif:

Apakah kaitan vitamin dan enzim. Nyatakan kumpulan vitamin dan beri 2 contoh setiap

satu kumpulan.

3 Sep 00

43

Biodata penulis (untuk Unit ..)

Nama penulis: Abu Bakar Salleh

No telefon: 03 89486101 samb 3635

Faks: 03 8943 0913

E-mail: abubakar@fsas.upm.edu.my (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk

berhubung dengan penulis)

UNIT

Hormon

1.0 Pengenalan

Hidupan biologi di peringkat tinggi adalah kompleks dan memerlukan sistem

pengawalan yang lebih canggih. Oleh itu satu sistem penghantar signal adalah

diperlukan. Sel boleh menyampaikan sesuatu signal dengan pantas menghantar melalui

sistem sarap atau pun melaui sistem yang lebih lambat bagi melakukan sesuatu

perubahan iaitu melalui sistem endokrin. Sistem endokrin merupakan sistem

mengandungi kelenjar tanpa saluran yang mengeluarkan hormon sebagai penyampai

intersel.

Dalam unit ini kita akan mengenali satu lagi kumpulan biomolekul, hormon yang

berperanan mengawal atau mengatur tindak balas. Sementara satu enzim mengawal satu

tindak balas, hormon mempunyai peranan yang lebih besar iaitu mengawal sesuatu

proses dalam sel.

Tajuk-tajuk

1. Pengenalam

2. Kelenjar dan hormon

3. Klasifikasi hormon

4. Cara hormon bertindak

5. Hormon dan peranannya

6. Pemesan kimia yang lain

7. Klassifikasi hormon tumbuhan

8. Hormon tumbuhan dan perananya

9. Contoh struktur hormon tumbuhan

Objektif Pembelajaran

1. Memperkenalkan apakah sistem endokrin dan fungsinya dalam pengawalan

proses sel

2. Mengenali hormon dan tindakannya

3. Mengenali hormon tumbuhan dan peranannya

44

4. Mengenali pemesan kimia yang lain.

1.1 Pengenalam

Apakah yang dimaksudkan dengan sistem endokrin?

Sistem endokrin ialah satu kumpulan kelenjar yang merembeskan penyampai kimia

yang di panggil hormon. Hormon ialah sejenis bahan kimia yang dikeluarkan di satu

bahagian badan dan mempunyai sasaran di bahagian badan yang lain

Hormon dan enzim berperanan sebagai pengawal/pengatur kimia dalam sel multisel.

Signal ini disalurkan melalui darah kepada sel sasaran yang mempunyai reseptor sel

yang spesifik kepada hormon berkenaan.

1.2 Kelenjar dan hormon

Lebih 50 jenis hormon telah ditemui dalam badan manusia. Hormon dirembers oleh

kelenjar tertentu. Lokasi kelenjer digambarkan dalam Rajah 1 dan hormon (utama) yang

dirembes oleh kelenjar ini dibentangkan dalan Jadual 1

Kelenjar Hormon

Pineal

Haipothalamus Faktor pelepas kortikotropin

Faktor pelepas Gonadotropin

Faktor pelepas Tairotropin

Faktor pelepas Hormon pertumbuhan

Pituitari - anterior

Adrenokortitropik

Tairotropin

Peransang folikel

leutinasi

- posterior Vasopresin

oksitoksin

Tairoid tairoksin

Paratairoid Paratairoid

Thaimus

Adrenal - korteks Glukokortikoid, mineralokortikoid, estrogen, androgen

- medulla Epinephrin, norepinephrin

Pankreas Insulin, glukagon

Ovari estrogen

testis androgen

Jadual 1: Kelenjar dan hormon yang dirembes

45

Rajah 1: Lokasi kelenjer dan hormon manusia

haipothalamus

46

1.3 Klasifikasi hormon

Hormon dibahagikan kepada 2 kumpulan mengikut sifat fisikokimianya (Jadual 2)

Kumpulan Hormon

Larut air Faktor pelepas kortikotropin

Faktor pelepas gonadotropin

Faktor pelepas tairotropin

Faktor pelepas hormon pertumbuhan

Tairotropin

Leutinasi

Peransang folikel

Vasopresin

Oksitoksin

Tairoksin

Insulin

Glukagon

Epinephrin

norepinephrin

Larut lemak Adrenokortitropik

Glukokortikoid

Mineralokortikoid

Estrogen

androgen

Jadual 2: Klasifikasi hormon

Atau kepada 3 kumpulan mengikut struktur asasnya (Jadual 3)

Kumpulan Hormon

steroid Adrenokortitropik

Glukokortikoid

mineralokortikoid, estrogen, androgen

Peptida Faktor pelepas kortikotropin

Faktor pelepas gonadotropin

Faktor pelepas tairotropin

Faktor pelepas hormon pertumbuhan

47

Tairotropin

Leutinasi

Peransang folikel

Vasopresin

Oksitoksin

Insulin

Glukagon

Terbitan asid amino Epinephrin

norepinephrin

Tairoksin

Jadual 3 Klasifikasi hoprmon

Seterusnya kita perlu melihat beberapa contoh struktur bagai setiap kumpulan.

1.3.1 Steroid

Kumpulan ini mengasakan strukturnya daripada moleuk steroid. Steroid yang b paling

dikenali ialah kolesterol. Oleh itu jangan memikirkan kolesterol sebagai satu seabtian

jahat. Ia mempunyai banyak fungsi penting dalam badan, dan prekursor hormon ialah

salah satu peranan penmtingnya.

Anda perlu mengetahui struktur kolesterol sahaja. Struktur lain adalah untuk makluman.

Anda perlu mengetahui hormon yang berasakan struktur kolesterol.

Satu sub-kumpulan hormon steroid ialah hormon seks. Ia terbahagi kepada seks hormon

lelaki (androgen, nama umumnya) dan hormon seks wanita (estrogen)

48

49

Rajah 3: Hormon steroid

Androgen Testosterone

Estrogen Estradil, progesterone

Jadual 4: Kumpulan hormon seks

1.3.2 Peptida

Rajah 3: Contoh hormon peptida (insulin)

Hormon ini diasaskan oleh peptida pendek.Contoh yang paling dikenali ialah insulin,

hormon yang mengawal tahap glukosa dalam darah.

50

1.3.3 Terbitan asid Amino

Rajah 4: Struktur hormon terbitan asid amino (epinephrin)

Hormon ini merupakan sekumpulan hormon yang penting diwakili oleh hormon

epinephrin atau adrenalin. Epinephrin bertindak melalui satu proses yang bertali

bermula dengan berkomplek dengan reseptor dipermukaan membran hinggalah kepada

hidrolisis glikogen dalam sel. Tairoksin juga bermula dengan asid amino, dan

mempunyai fungsi yang berkaitan dengan pengawalan kadar metabolisme.

1.4 Cara hormon bertindak

1.4.1 Hormon dan ciri pengawalan :

Sistem endokrin mempunyai 2 ciri utama.

• Sistem kawalan yang perlahan

Berbanding dengan sistem saraf, sistem endokrin adalah perlahan dari segi

kesannya. Hormon yang dirembes oleh sesuatu kelenjar akan dibawa oleh darah ke

sel sasaran. Setrusnya hormon akan mengaktifkan proses yang akan membawa

kesan yang dikehendaki. Enzim bertindak lebih cepat dari hormon memandangkan

enzim bertindak ke atas sesuatu tindak balas yang spesifik.

• dan amplifikasi

Memang hormon mempunyai spesifisiti dari segi tindakan. Hormon mempunyai

reseptor yang khusus pada sel sasaran. Dengan itu sesuatu hormon akan dapat

membawa kesan yang dikehendakai pada sel sasaran. Enzim pula spesifisik kepda

substrat yang khusus. Di samping itu hormon mempunyai kesan amplifikasi. Enzim

dapat mepercepatkan kadar tindak balas. Hormon pula dapat melipatkan ganda

kesannya.

1.4.2 Hormon larut air

Hormon larut air tidak melangkaui membran. Ia akan melekat pada reseptor protein pada

membran. Biasanya pergabungan hormon dan reseptor ini mengaktifkan penyampai

kedua, yang seterusnya mengaktifkan protein yang sedia ada dalam sitoplasma. Protein

yang aktif akan dapat benfungsi sebagai enzim memangkin sesuatu tindak balas.

51

1.4.3 Hormon tak larut air

Hormon steroid boleh melampaui membran plasma and bertindak dalam 2 langkah. Di

dalam sel, hormon akan melekat kepada reseptor pada membran dan menghasilkan

kompleks hormon-reseptor yang aktif. Kompleks ini akan masuk ke dalam sel dan

bergabung dengan DNA seterusnya merangsang gen yang tertentu, Kesannya ialah

penambahan penghasilan protein yang khusus yang akan mempengaruhi sesuatu tindak

balas.

1.5 Hormon dan tindakannya

Hormon tindakan

Hormon pertumbuhan (GH) (GH ) penting dalam pertumbuhan.

Pertumbuah sel, sulfasi tulang.

Kekurangan GH menyebabkan kekerdilan

menakala GH yang berlebihan akan

menyebabkan kegergasian.

Faktor pelepas kortikotropin Melepaskan kortikotropin

Faktor pelepas gonadotropin Melepaskan gonadotropin (leutinasi,

peransang folikel)

Faktor pelepas tairotropin Melepaskan tairotropin

Faktor pelepas hormon pertumbuhan Melepaskan hormon pertumbuhan

Tairotropin

Melepaskan tairoksin

Peransang folikel Meningkatkan protein dalam sperma,

meransang penuan ovum, hasilkan

estradiol

leutinasi Sintesis dan pembebasan testosteron,

progesteron

prolaktin Meransang penghasilan susu

Adrenokortitropik

Tingkat sintesis dan penghasilan kortisol

Vasopresin Keseimbangan air dan garam

oksitoksin Pengeluaran susus

tairoksin Peransang oksidasi dalam banyak sel

kortisol Adaptasi kepada tekanan dalam sel,

peningkatan glikogen dalam hati, kenaikan

tekanan darah

progesteron Pembahagian galn mamari, penyediaan

endometrium uterus untuk implantasi

testosteron Penghasilan protein untuk sperma, ciri

kelakian

estradiol Kawal perembesan gonadotropin,

52

penyelenggaraan kitaran ovari, penyediaan

endometrium uterus

aldosteron Pengambilan ion natrium, tekanan naik

darah, isipadu cecair meningkat

Epinephrin, Pengaktif cAMP, tingkat gula dal;am darah

Insulin penggunaan glukosa oleh sel, ransang

sintesis glikogen (hati), tingkat glukosa

dalam darah

ransang otot mengambil asid amino dari

darah untuk sintesis protein.

ransang sintesis lemak

glukagon Meningkatan penggunaan glukosa oleh sel

, kurang glukosa dalam darah

Jadual 5: Hormon dan peranannya

1.6 Pemesan kimia yang lain.

Interferon ialah sejenis proteins dibebaskan oleh sel yang diserang oleh virus.

Mengyebabkan sel berjiran menghasilkan protein antivirus yang boleh memusnahkan

virus itu

Prostaglandin ialah sejenis asid lemak yang bertindak seumpama hormon .

Prostaglandin mempunyai fungsi yang berbeza bergantung dengan jenisnya. Ada

prostaglandin . yang berperanan dalam pengecutan uterus , ada yang terlibat sebagai

‘vasodilator’ yakni sebagai pengembang pembuluh darah dan sebagainya.

Pheromon ialah signal kimia antara organsima. Digunakan untuk menanda kawasan,

mencari pasangan dan komunikasi.

Aktivit 1.6

1. Soalan objektif

a. Kenyataan berikut adalah benar bagi hormon kecuali

A. hormon hanya berasaskan protein

B. hormon dikeluarkan oleh kelenjar yang khusus

C. hormon boleh mengawal kadar metabolisme

D. hormon mempunyai jangkahayat yang pendek

E. hormon boleh mengesani lebih daripada satu tindak balas

53

b. Hormon yang mengawal tahap glukosa dalam darah ialah

A. insulin

B cAMP

C. tripsin

D. tairoksin

E. glukosin

2. Soalan subjektif

a. Bandingkan cara tindakbalas enzim dan hormon

b. Nyatakan kelenjar yang merembes hormon steroid dan nyatakan nama-

nama hormon berkenaan.

2.0 Hormon tumbuhan

Terdapat 5 klas hormon tumbuhan

Kumpulan Contoh Peranan

Auksin Indole Acetic

Acid (IA).

Dihasilkan dalam

batang, tunas dan

hujung akar

menggalakkan pertumbuhan batang, rencat

pertumbuhan tunas lateral (maintains apical

dominance).

Gibberellin

Asic gibberellik menggalak pemanjangan batang

Cytokinins

Zeatin menggalak pembahagian sel. Diterbitkan dari

bahagian pertumbuhan seperti meristem

dipenghujung pucuk

Abscisic

Acid

Asid absisik Acid menggalakkan dormancy bijian dengan

merencat pertumbuhan sel. Ia juga terlibat dalam

pembukaan dan penutupan stomata semasa daun

mula layu

Ethylene

dihasilkan oleh buah masak. Ethilena digunakan

untuk kemasakan buah pada masa yang sama. Jika

disembur di ladang, buah akan masak pada masa

yang sama.

Jadual 6: Hormon tumbuhan dan fungsinya

54

Auksin

Gibberelin

Asid gibberelik

Asid abscisik

Cytokinins

Asid indol asitat

55

Ethylene

H2C=CH2

Rajah 5: Contoh struktur hormon tumbuhan

Aktiviti 1.7

1. Soalan objektif

Auksin mempunyai peranan

A. ransang pertumbuhan pucuk utama

B. ransang pertumbuhan akar

C. rencat percambahan biji benih dan pertumbuhan pucuk

D. ransang pertumbuhan dan pembahagian pelbagai tisu

E. rencat pertumbuhan akar sisi

2. Soalan subjektif

Senaraikan kumpulan hormon tumbuhan. Beri satu contoh setiap satu dan

nyatakan fungsinya.

Glosari

Perkataan Makna/takrifan

Aktiviti Kadar tindak balas enzim

Angkatap Michaelis Km, parameter kinetik enzim yagn menberi gambaran keafinan

substrat terhadap sesuatu enzim

Apoenzim Apa yang tertinggal bila kofaktor diasingkan daripada enzim

eksothermik Tindak balas yang mengeluarkan tenaga

endothermik Tindak balas yang mengabil tenaga

Enzim Pemangkin biologi

56

enzim induktif Enzim yang dihasilkan dibawah kesan aruhan

enzim konstitutif Enzim yang sentiasa ada dalam sel

Enzimologi Kajian enzim

Hal laju Aktiviti enzim

Haloenzim Kompleks aktif enzim-kofaktor

Hormon Sebatian yang dirembes kelenjar untuk mengawal metabolisme

atau tindakan fisiologi

Interferon sejenis proteins yang dibebaskan oleh sel yang diserang oleh

virus, yang kemudiannya mengaktifkan proses penghapusan

virus penyerang

Keaktifan Aktiviti enzim

Koenzim Sebatain organik yang diperlui setengah enzim untuk fungsi

pemangkinan

Kofaktor Sebatain inorganik yang diperlui setengah enzim untuk fungsi

pemangkinan

metabolsime Tindak balas kimia yang berlaku dalam sel, biasanya

bersambung-sambung.

Nama am Nama enzim mengikut yang diberi oleh penyelidik

Nama sistematik Nama enzim mengikut sistem yang dikemukakan oleh

Suruhanjaya Enzim

Pheromon Sejnis bahan kimia yang boleh dikesani antara organisme

sebagai sesuatu signal

Prostaglandin Sebatain yang bertindak seperti hormon tetapi mempunyai sel

sasaran yang lebih dekat dengan sel perembes

Produk Hasil tindak balas

Prosthetik Kofaktor atau koenzim

Ribozim Enzim dari ribonuklease

Substrat Bahan yang ditindak balas

Tenaga aktivasi Tenaga yang diperlukan untuk mencapai keadaan transisi

dalam tindak balas

tenaga dalaman Tenaga dalam sebatian

Vitamin Prekursor koenzim

Abs Apr 00

Kemaskini 3 Sep 00

57

UNIT

Biodata penulis

Nama penulis: Abu Bakar Salleh

No telefon: 03 89486101 samb 3635

Faks: 03 8943 0913

E-mail: abubakar@fsas.upm.edu.my (Pelajar digalakkan mengguna kaedah ini untuk

berhubung dengan penulis)

Jangkamasa belajar

Mengikut sinopsis kursus, unit memerlukan 6 kuliah. Anda disarankan meluangkan

sekurang-kurangnya 3 jam bagi setiap jam kuliah bagi mengulangkaji.

Cara belajar

Kursus ini menekankan pengenalan nama dan struktur. Struktur yang perlu diketahui

mungkin spesifik bagi sesuatu molekul, tetapi biasanya anda perlu mengetahui struktur

am bagi sesuatu kumpulan. Seterusnya anda dikehendaki mengetahui peranan molekul

berkenaan, dan fungsi molekul selalunya dikaitkan dengan struktur dan komposisi kimia

molekul.

Selain daripada membaca isi kandunganmodul ini, anda disarankan mendapatkan sebuah

buku teks yang tersenarai dalam nodul ini.

Walaupun begitu pemahaman dan penghayatan biokimia tidak mungkin didapati hnya

melalui membaca. Anda perlu menulis dan melakar semula nota dan struktur supaya

ianya terpahat dalam minda. Aktiviti yang disediakan akan dapat membantu anda

membuat ulangkaji.

Sila hantar jawapan kepada soalan dan permasalahan kepada penulis unit ini. Sila

catatkan nombor unit , aktiviti dan soalan dalam komunikasi anda. Saya akan dapat

mengekstrak fail anda jika anda mengguna Window 98/Word 2000 atau edisi yang

sebelumnya.

Timbal balas akan dilakukan dalam masa 3 hari selepas menerima mesej kecuali penulis

tidak dapat ke pejabat dalam masa itu.

58

LIPID

Pengenalan

Dalam unit ini kita akan mempelajari tentang satu lagi kumpulan biomolekul. Lipid

ialah satu satu kumpulan yang sangat besar dan luas. Ia termasul kolesterol, hormon,

dan juga lemak dan minyak yang kita makan. Lipid seumpama hidrokarbon , dan tidak

larut dalam air, tetapi boleh larut dalam pelarut bukan polar seperti eter dan benzena.

Sungguh pun kita selalu mendengar tentang keburukan lipid, terutama ke atas kesihatan,

pandangan ini adalah pandangan berat sebelah, yang digembar-gemburkan tanpa

memahami peranan lipid dalam alam biologi. Lipid penting untuk sesuatu sel hidupan,

kerana ia merupakan salah satu biomolekul yang mempunya multi-fungsi dalam sel.

Oleh itu di peringkat ini kita akan cuba mengenali lipid dengan lebih telit dan

seterusnya melihat peranan biomolekul ini dalam sel hidupan.

Tajuk-tajuk

1. Pengenalan kepada lipid

2. Fungsi biologi utama

3. Asid lemak

4. Trigliserida

5. Fosfolipid

6. Sfingolipid

7. Lipid terbitan

8. Membran

Objektif Pembelajaran

1. Mengenal ciri umum dan fungsi lipid

2. Mengetahui klasifikasi lipid

3. Mengenali ciri dan tindakbalas asid lemak

4. Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas trigliserida

5. Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas fosfolipid

6. Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas steroid dan lipid terbitan

7. Mengenali dan memahami ciri struktur membran

1. Pengenalan kepada lipid

Bahagian ini akan memberi penerangan secara menyeluruh tentang lipid. Setelah

mengenali ciri umum lipid, kita kaan melihat kumpulan-kumpulan lipid dengan lebih

terperinci.

59

• Lipid boleh ditakrifkan sebagai sebatian tidak larut air. Ia mudah larut dalam pelarut

organik (bukan polar). Ini ciri utama sebatian lipid yang membezakannya dengan

biomolekul utama lain seperti karbohidrat dan protein.

• Umumnya lipid mempunyai ciri amfifatik. Struktur lipid mempunyai 2 bahagian

iaitu bahagian hidrofilik dan hidrofobik (Rajah 1) . Bahagian hidrofilik terhasil

kerana terdapat kumpulan bercas dalam molekul lipid sementara bahagian hidrofobik

pula disebabkan oleh kumpulan panjang (besar) hidrokarbon. Bahagian hidrofobik

merupakan bahagian terbesar sebatian lipid, oleh itu memberi ialah ciri ketak larutan

dalam air.

Rajah 1. Gambarajah contoh struktur lipid yang mempamerkan bahagian hidrofilik

dan hidrofobik

• Oleh kerana sifat tak larut air, dan juga kehadiran bahagian hidrofilik dan hidrofobik

dalam struktur lipid, kita akan dapat menyaksikan fenomina dimana lipid akan berada

dalam bentuk yang tertentu dalam air. Sebolehnya bahagian hidrofilik akan

terdedah kepada air sementara bahagin hidrofobik pula

selapis (monolayer)

Kepala

hidrofobik

Ekor hidrofilik

60

dua lapis (bilayer)

misel

Rajah 2: Pengaturan molekul lipid dalam air

1.1 Fungsi biologi utama

Lipid mempunyai pelbagai peranan penting dalam sel hidupan. Di antaranya ialah

• bahan bakar metabolisme

Selepas karbohidrat, lipid merupakan bahan bakar yang utama dalam metabolisme sel.

Sebenarnya lipid mempunyai kandungan tenaga yang lebih tinggi dari klarbohidrat,

berasaskan berat yang sama.

• stor tenaga haiwan

Haiwan pula berupaya menyimpan lipid dalam sel. Lipid disimpan dalam sel adipos

dalam bentuk trigliserida. Haiwan empunyai sistem pengawalan yang rapi dalam

mobilisasi lipid. Lipid juga tersimpan dalam sumber lain seperti kuning telur dan

bijirin.

• bahan struktur

Lipid juga merupakan bahan struktur penting dalam sel. Membran sel mempunyai dua

lapisan fosfolipid, Disampong itu terdapat juga lipid lain seperti sfingolipid dan sterol

dan dalam membran.

• sebahagian vitamin dan hormon

61

Lipid juga merupakan sebahagian komponen vitamin dan hormon. Vitamin seperti

vitamin D, E dan K yang berasakan lipid, tidak larut air. Sementara itu hormon yang

berasaskan steroid termasuklah hormon seks dan korikosteroid. Hormon ini juga tidak

larut air.

• molekul penyampai maklumat(signal)

Lipid juga merupakan komponen sel saraf. Lipid dari kumpulan sfingomailin mejadi

penyalut sel saraf. Sementara serebrosida merupakan komponen lipid utama dalam otak

dan sel saraf.

• lipid peransang -tidur

Fungsi ini baru ditemui. Ada sebatian lipid tertentu yang dapat membuat kita

mengantuk! Adakah ini sebabnya kita mengantuk jika makan berlebihan?

1.2 Klasifikasi lipid

Lipid boleh diklaskan kepada 2 kumpulan iaitu sebagai lipid yang boleh dan tak boleh

disaponifikasi.

Lipid yang boleh disaponifikasikan

Tidak boleh disaponifikasikan

asid lemak

trigliserida

fosfolipid

sfingolipid

Waks

steroid

lipid terbitan

Jadual 1. Klasifikasi lipid

Aktiviti 1.1

1. Soalan objektif

Lipid ditakrifkan sebagai sebatian yang

A. banyak lemak

B larut air

C. larut pelarut organik

D. asid lemak

E. gliserol

2. Soalan subjektif

Terangkan bagaimana lipid boleh membentuk ‘miscelle’

62

1.3 Asid lemak

Asid lemak boleh dilihat sebagai asid karboksilik dan merupakan komponenen utama

trigliserida. Biasanya ia mempunyai satu kumpulan karboksil dalam rantaian yang

mempunyai bilangan karbon yang genap. Kumpulan karboksil akan mempunyai cas

negatif, dengan itu memberi ciri kepolaran pada molekul asid lemak. Kebanyakan asid

lemak tidak bercabang. Rantai hidrokarbon yang panjang membuatnya tidak polar. Lipid

dari tumbuhan selalu berbentuk cecair pada suhu bilik tetapi lipid haiwan biasanya

berbentuk pepejal. . Ini adalah disebabkan banyak asid lemak yang terdapat dalam

tumbuhan mempunyai ikatan ganda dua (tak tepu).

Saya senaraikan semula ciri-ciri umum asid lemak

• tidak dijumpai dalam bentuk bebas

• terdapat dalam trigliserida

• terdapat dalam fosfolipid

• Bilangan karbon genap

• tidak bercabang

1.3.1 Fungsi asid lemak

Asid lemak merupakan satu kumpulan sebatian utama lipid. Ia merupakan komponen

kepada lipid dari kumpulan lain, seperti trigliseridan dan fosfolipid. Oleh itu asid lemak

tersebar luas dalam sel hidupan. Paling penting ialah asid lemak merupakan bahan bakar

metabolisme bagi menghasilkan tenaga. Lipid yang mengandunggi asid lemak samada

datangnya daripada makanan atau tersimpan dalam sel, akan dihidroliskan bagi

membebas asid lemak. Asid lemak ini akan dioksidkan dalam proses metabolisme bagi

menghasilkan tenaga.

1.3.1 Struktur asas asid lemak

Struktur asid lemak dibahagikan kepada 2 bahagian. Bahagian kepalanya dipanggil

karboksil dan bahagian ekornya dipanggil alkil. Kumpulan alkil merupakan rantai

panjang karbon.

H H H H H H H H

| | | | | | | |

H- C - C - C - C - C - C - C - C - C - OH

| | | | | | | | ||

H H H H H H H H O hujung karboksil

Hujung alkil

Rajah 3 : Struktur formula asid lemak (asid laurik)

63

Kumpulan karboksil boleh diionasi dalam keadaan tertentu menghasilkan ion asil yang

bercas negative

H H H H H H H H

| | | | | | | |

H- C - C - C - C - C - C - C - C - C - O- + H

+

| | | | | | | | ||

H H H H H H H H O

Kumpulan asil ion hidrogen

Rajah 4 : Struktur formula asid lemak (asid laurik) yang terionasasi

Pengiraan nombor karbon dibuat dari karbon kumpulan karboksil

1.3.3. Nilai asid

Keasidan asid lemak boleh digunakan sebagai satu parameter pencirian sampel lipid.

Jika sesuatu sampel lipid mempunyai nilai asid yang tinggi, ini bermakna sampel ini

mengandungi asid lemak bebas yang tinggi.

1.3.4 Jenis asid lemak

Nama dan struktur asid lemak utama disenaraikan di dalam Jadual 2. Sungguh pun seperti

Rajah 3 dalam kimia organik, seri homologous bagi struktur ini, bermula dengan asid

formik, dimana kumpulan asilnya hanya lah satu atom hidrogen, siri ini ditakrif sebagai

asid lemak, hanya bila bilangan karbonnya ialah lapan atau lebih.

Tepu

Asid lemak No karbon Struktur Titik

lebur(°C)

Miristik 14 CH3(CH2)12COOH 54

Palmitik 16 CH3(CH2)14COOH 63

Stearik 18 CH3(CH2)16COOH 70

Tak tepu

palmitoleik

16:1∆9 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH -0.5

Oleik 18:1∆9 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 4

Linoleik 18:2∆9, 12 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7

COOH

-5

64

Linolenik 18:3∆9, 12, 15 CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=

CH(CH2)7COOH

-11

arachidonik

18:4∆5,8,11, 14 CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=

CHCH2CH=CH (CH2)3COOH

-45

Jadual 2: Asid lemak utama

Rajah 5. Struktur asid arakidonik

1.3.5 Asid lemak tepu dan tak tepu

Jika diteliti Jadual 2, asid lemak disenaraikan kedalam 2 kumpulan iaitu asid lemak tepu

dan asid lemak tak tepu. Asid lemak tepu ialah asid lemak dimana semua (keempat-

empat) ikatan yang ada pada atom karbon rantai alkil, disambung kepada atom yang

berlainan. Walhal bagi asid lemak tak tepu terdapat atom karbon yang mengguna 2

ikatan untuk bergabung dengan satu karbon yang lain. Ikatan ini dipanggil ikatan ganda

dua atau dubel. Bilangan ikatan ganda dua berbeza bagi jenis-jenis asid lemak tak

tepu.

Kehadiran ikatan ganda 2 menjadi satu lagi parameter pencirian lipid. Nilai iodin atau

pun nilai permanganat bolehmemberi maklumat tentang kuantiti asid lemak tak tepu

yang terdapat di dalam sesuatu sampel lipid. Iodin yang bewarna kuning akan bertindak

dengan ikatan ganda 2, dan iodin akan kehilangan warna. Kalium permanganat, yang

mempunyai warna jingga merupakan agen pengoksidan yang kuat juga akan kehilangan

warna bila bertindak balas dengan ikatan ganda 2.

| | | |

- C = C- + I2 - C - C-

| |

I I

65

| | | |

- C = C- + MnO4- - C - C-

Rajah 5: Penentuan ke taktepuan lipid

1.3.6 Hidrogenasi

Satu lagi tindak balas ke atas ikatan ganda dua ialah dehidrogenasi. Asid lemak tidak

tepu biasa berbentuk cecair (minyak). Jika ikatan ganda dua ini diturnkan , minyak

bertukar menjadi lemak pepejal. Marjerin dihasilkan melalui hidrogenasi separa minyak

tumbuhan.

Satu lagi perkara yang perlu diketahui, ialah minyak tumbuhan biasanya mengandungi

isomer cis pada ikatan ganda dua asid lemak. Proses hidrogenasi menghasilkan campuran

cis dan trans. Kesan isomer trans keatas kesihatan manusia masih lagi dalam kajian.

H H H H

| | | |

- C = C- + 2H+ - C - C-

| |

H H

Rajah 6: Hidrogenasi ikatan ganda dua

1.3.7 Asid lemak perlu

Mamalia tidak dapat menghasilkan ikatan ganda dua selepas karbon 9 asid lemak. Oleh

itu linoleat (2 ikatan ganda 2, lihat Jadual 2) dan linolenat (3 ikatan ganda dua) mesti

dimasukkan ke dalam diet mamalia. Asid lemak ini dipanggil asid lemak perlu.

Asid arakidonik ialah satu lagi asid lemak perlu. Sungguh pun haiwan didapati dapat

mensintesiskan asid arakidonik dari asid linoleik, tetapi kuantitatinya tidak memenuhi

keperluan badan.

Aktiviti 1.2

1. Soalan objektif

66

Asid lemak tak tepu boleh ditentukan melalui ujian

A. nilai asid

B iodan

C. saponifikasi

D. lemak

E. kolesterol

2. Soalan subjektif

Mengapa asid lemak bersifat amfifilik?

3. Cuba lukis struktur asid oleik seperti dalam rajah asid laurik (Rajah 3).

Tandakan nombor karbon bagi setiap atom karbon. Dimanakah letaknya

ikatan ganda dua dalam struktur ini?

1.4 Trigliserida

Lemak dan minyak yang kita makan kebanyakannya ialah trigliserida. Trigliserida

mengandungi bahan bakar untuk mengeluarkan tenaga. Trigliserida juga merupakan

lipid simpanan mamalia. Trigliserida atau triasilgliserol merupakan ester gliserol dan

asid lemak, ketiga atom gliserol boleh digabung dengan asid lemak yang serupa atau

berlainan melalui ikatan OH

H

|

H - C - OH

|

H - C - OH

|

H - C - OH

|

H

Rajah 7. Struktur gliserol

H O

| ||

H - C – O- C - R1

|

| O

H - C - O- C - R2

|

H - C - O- C - R 3

H ||

Rajah 8. Struktur am trigliserida.

Kumpulan R boleh dari satu asid lemak

atau berlainan.

O

67

H O

| ||

H - C – O- C - R1

|

| O + H2O

H - C - O- C - R2

|

H - C - O- C - R 3

H ||

O

H

|

H - C – OH R1 -COOH

|

H - C - OH + R2 -COOH

|

H - C - OH R3 -COOH

|

H

Rajah 9. Hidrolisis trigliserida

1.4.1 Hidrolisis bes

Pada dasarnya trigliserida boleh dihidroliskan kepada komponennya iaitu gliserol dan

asid lemak (Rajah 9). Dalam sel hidupan tindakbalas ini dilakukan dengan bantuan

enzim lipase. Hidrolisis boleh juga dilakukan dengan bes. Jika proses ini dilakukan

dengan bes yang mencukupi hasilnya ialah gliserol dan garam asid lemak atau sabun.

Proses ini dipanggil saponifikasi. Nilai saponifikasi akan memberi maklumat tentang

kuantiti ikatan ester yang terdapat dalam sesuatu sampel lipid.

H O

| ||

H - C – O- C - R1

|

| O + 3NaOH

H - C - O- C - R2

|

H - C - O- C - R 3

H ||

O

H

|

H - C – OH R1 –COO- Na

+

|

H - C - OH + R2 -COO- Na

+

|

H - C - OH R3 -COO- Na

+

|

H

Gliserol Sabun

68

Rajah 10. Saponifikasi trigliserida

1.4.2 Penghasilan akrolein

Jika dipanaskan pada suhu yang tinggi, lemak akan dihidroliskan. Gliserol yang terhasil

akan menjadi akrolein. Wap akrolein menyakitkan hidung dan mata. Bauan terbakar

yang terhidu bila lemak terbakar adalah disebabkan oleh akrolein. Akrolein juga boleh

menyebabkan sakit perut kerana tidak disenangi oleh usus.

H

|

H - C - OH

| haba

H - C - OH

|

H - C - OH

|

H

H

|

C = O

|

H - C

| |

C H2

akrolein

.

Rajah 11. Penghasilan akrolein

1.4.3 Ransiditi

Lemak dan minyak akan menghasilkan bauan dan rasa yang kurang disenangi yang

kemudiannya dipanggil ransid. Ransiditi disebabkan oleh hidrolisis dan pengoksidaan.

Hidrolisis mungkin di sebabkan oleh enzim daripada mikrob yang mengeluarkan asid

butirik (C4) yang memberi bauan ransid. Sementara pengoksidan berlaku keatas asid

lemak tak tepu yang menghasilkan asid rantai pendek dan aldehid. Produk ini memberi

bauan dan rasa yang tidak disukai. Antioksidan dapat melambatkan proses

pengoksidanan.

Aktiviti 1.3

1. Soalan objektif

Ujian saponifikasi yang dilakukan terhadap suatu sampel sebatian lipid adalah

bertujuan untuk menganggar :

69

A. bilangan ikatan dubel (C=C) dalam rantai asil yang ada

B. jumlah atom karbon dalam rantaian-rantaian asil

C. bilangan kumpulan ester dalam sampel lipid

D. kandungan monogliserida, digliserida dan trigliserida

E. kandungan asid lemak

2. Lukiskan struktur trigliserida yang mengandungi asid palmitik

pada karbon 1 dan 3 dn asid oleik pad karbon 2

3. Soalan subjektif

a. Rajahkan tindakbalas saponifikasi yang lengkap

b. Apakah yang membezakan antara sebatian yang boleh dan tidak boleh

disaponifikasi.

4. Hidrolisis trigliserida tidak semestinya sampai kepenghujungnya. Lukiskan

struktur produk-produk hidrolisis separa.

1.5 Fosfolipid

Fosfolipid merupakan komponen utama membran sel. Struktur fosfolipid menyerupai

trigliserida. Gliserol bergabung dengan asid lemak pada C #1 dan 2. Sementara pada C

#3 ia akan bergabung dengan kumpulan fosfat. Jika C #1 dan 2. Tidak terikat pada asid

lemak, kita akan mendapat satu sebatian yang dipanggil asid fosfatidik (PA). Kumpulan

fosfat akan menjadi jambatan menyambungkan gliserol dengan satu lagi kumpulan

yang kita akan panggil X. Sebatian X tersenarai dalam Jadual 3. Nama fosfolipid

bergantung kepada kumpulan X yang terikat kepada fosfat.Ikatan antara fosfat dan

gliserol dan juga fosfat dengan seabatian X dipanggil ikatan fosfoester.

X

70

Rajah 12. Struktur umum fosfolipid

Bahagian fosfat dan X dipanggil bahagian kepala dan boleh memberi ciri hidrofilik

kepada fosfolipid kerana mempunyai cas pada keadaan tertentu. Sementara bahagian

asid lemak akan menjadi ekor hidrofobik.

Nama Kumpulan X

fosfotidilkolin PC

fosfotidilserin PS

fosfotidiletanolamin PE

fosfotidilinositol PI

fosfotidilgliserol

Kolin

Serin

Etanolamin

Inosstol

gliserol

Jadual 3. Jenis fosfolipid

Asid lemak

71

asid fosfotidik PA

fosfotidilkolin PC

fosfotidilserin PS

72

fosfotidiletanolamin PE

fosfotidilinositol PI

fosfotidilgliserol

Rajah 13. Struktur jenis-jensis fosfolipid

73

1.6 Sfingolipid

Rajah 14. Struktur asas sfingolipid

Rajah 15. Struktur seramida

Dalam sfingolipid, sfingosin mengganti gliserol sebagai tulang belakang molekul.

Seramida mempunyai asid lemak diikat dengan ikatan ikatan amida pada sfingosin.

1.6.1 Sfingomailin

Sfingomailin merupakan seramida dengan hidroksil di penghujung digabung dengan

kolin melalui ikatan fosfodiester. Terdapat banyak sfingomailin dalam otak dan tisu

saraf

1.6.2 Serebrosida

Bagi serebrosida, penghujung seramida digabung dengan karbohidrat melalui ikatan

glikosidik. Biasanya gula glukosa atau galaktosa. Sebatian ini turut didapati dengan

banyak dalam otak dan tisu saraf. Ia menjadi sebahagian dari sarung mailin, yang

melindungi sel saraf.

sfingosin

Asid lemak

Ikatan peptida

N-asilsfingosin

74

1.6.3 Gangliosida

Gangliosida merupakansfingolipid yang paling komplek. Penghujung seramida

bergabung dengan oligosakarida termasuk asid sialik (asid N-asetilneuraminik dan

terbitannya). Lebih 60 jenis diketahui. Ia berperanan sebagai komponen permukaan

membran dan menjadi sebahagian besar lipid dalam otak (6%).

Aktiviti 1.4

1. Soalan objektif

Penguraian lengkap satu mole sebatian lesitin (lecithin) menghasilkan :

A. 1 mole kolin, 1 mole gliserol, 1 mole asid fosforik dan 2 mole asid lemak

B. 1 mole gliserol, 1 mole asid fosforik dan 3 mole asid lemak

C. 1 mole kolin, 1 mole sfingosin dan 2 mole asid lemak

D. 1 mole kolin , 1 mole monogliserida dan 1 mole digliserida

E. tiada jawapan yang betul

2. Soalan subjektif

Lukiskan gambarajah molekul fosfotidik dan tanda bahagian hidrofobik dan

hidrofiliknya

3. Bezakan sfingosin dan seramida

1.7 Waks

Waks ialah ester asid lemak rantai panjang dan alkohol rantai panjang. Dalam alam

biologi waks berfungsi sebagai penyalut dan pelindung bahagian luar organsime. Kita

boleh lihat pernanan permukaan daun, buahan, bulu atau dipermukaan kulit serangga.

Waks mempunyai ciri tidak larut, fleksible dan tidak reaktif, yang menjadikannya sesuai

sebagai bahan pelindung. Waks sudah memdapat tempat dalam kegunaan komersial

melalui pembuatan lilin, kosmetik, pengilat kereta dan sebagai emulsifier minyak

motor dan sebagainya.

Aktiviti 1.5

Cuba anda lakarkan struktur oleol oleat, iaitu gabungan oleol alkohol dan asid oleik

75

1.8 Steroid

Steroid termasuk kedalam kumpulan lipid yang tidak boleh disaponifikasi. Strukturnya

berasaskan 4 gelang yang bercantum, iaitu 3 gelang sikloheksana dan satu gelang

siklopentana (Rajah 16)

Rajah 16. Struktur steroid

Kumplan steroid ini mengandungi beberapa jenis vitamin, hormon, dadah, racun dan

asid 'bile'. Steroid alkohol, kadangkala disebut sebagai sterol diwakili oleh kolesterol.

Terdapat beberapa sebatain terbitan sterol yang . mempunyai perana khusus dalam sel.

Kolesterol juga merupakan komponen membran sel. Koleserol boleh disintesis oleh

mammalia (dalam hati). Kolesterol berkitar dalam darah dalam beberapa bentuk.

Di antaranya ialah lipoprotein ketumpatan rendah (LDL). Ketinggian kepekatan LDL

76

Rajah 17. Struktur kolesterol

membawa risiko 'arthescleorosis’ yang boleh menyebabkan darah tinggi.

1.9 Lipid terbitan

Rajah 18. Struktur isoprena

1.9.1 Terpena

Isoprena (Rajah 18) merupakan prekursor terpena dan steroid, yang digulungkan

sebagai lipid kompleks. Terpena ialah gabungan 2 unit isoprena. Terdapat pelbagai

sebatian biologi penting yang berasaskan unit terpena. Unit isoprena juga boleh

menyumbang sebagai unit monomer polimer.

Terpena Fungsi

Limonena (monterpena) Bauan dari buahan sitrus

Snatonin (sesquiterpena)

Giberrelik (diterpena) Hormon tumbuhan

Friedelin (triterpena)

Laikopena(tetraterpena) Pigem merah tomato

Polisoprena

Steroid Hormon, komponen membran

Lateks getah Getah asli

Gutta percha Getah sintetik

β-karotina Prekursor vitamin

Jadual 4. Sebatian berasaskan isoprena

1.9.2 Prostaglandin

Prostaglandin termasuk dalam kelas lipid yang dipanggil eikosanoid. Lipis jenis ini

mempunyai aktiviti menyerupai hormon pada kepekatan yang amat rendah. Berbeza

daripada hormon, sebatian ini bertindak pada sel yang merembesnya. Di antara fungsi

eikosanoid ialah mengawal fungsi reporduksi, pembekuan dan tekanan darah, generasi

77

imfalmasi, demam dan sakit berkaitan kecederaan dan penyakit dan pengawalan suhu

dan kitaran tidur-jaga bagimanusia dan haiwan lain.

Rajah 19. Struktur satu jenis prostaglandin

Eikosanoid terbahagi kepada 3 kelas iaitu prostaglandin, thromboksan dan leukotrien.

Ketiga-tiga kumpulan sebatian diasaskan dari asid arakidonik, sejenis asid lemak

pilitaktepu yang mengandungi 20 karbon. Prostaglandin (Rajah 19) mempunyai satu

gelang 5 ahli dengan 2 rantai sisi, dan juga kumpulan berfungsi seperti hidroksil,

karboksilik, keton dan iktan ganda dua antara karbon.

Aktiviti 1.6

1. Soalan objektif

Satu unit isoprena mengandungi ______karbon

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

E. 5

2. Soalan subjektif

Nyata jenis-jenis terpena utama dan fungsinya

2.0 Membran

Semua sel biologi dikelilingi oleh membran plasma yang diasaskan oleh lipid dan

protein. Bagi sel eukaryot, organel seperti nukleus, mitokondria dan kloroplas juga

diselaputi sistem membran tersendiri. Disamping menjadi pelindung sel, membran

mempunayi fungsi lain yang penting bagi sel dan organisma keseluruhannya.

78

2.0.1 Struktur asas

Komponen asas membran. Mengandungi fosofolipid, sfingolipid, steroid dan protein.

Asas struktur membran ialah dua lapisan lipid. (5 - 10nm tebal ). Struktur ini yang

paling sesuai dalam air dan ianya agak stabil yang diikat melalui ikatan bukan kovalen

dan interaksi hidrofobik. Lipid kususnya fosfolipid merupakan lipid utama membran

tetapi kolesterol juga terdapat dalam lapisan membran (Rajah 5). Komposisi komponen

membran juga berbeza mengikut sumber(Rajah 6).. Ciri membran seperti lengkok dan

'fluidity'asimetrik, bergantung pada suhu dan komposisinya.

Fosfolipid Lapisan dalam Lapisan luar

Jumlah

Sfingomailin

Fosfotidilkolin

Fosfotidiletanolamina

Fosfotidilserina

48

4

7

26

9

52

20

22

7

0

Jadual 5. Komposis fosfolipid membran (eritrosit)

Peratus berat

Sumber membran lipid protein

Mailin

Hati tikus

Eritrosit manusia

Daun jagung

Escherichia coli

80

52

43

45

25

18

45

49

47

75

Jadual 6. Komposisi lipid dan protein mengikut sumber (jika tidak cukup

100%,selebihnya ialah karbohidrat)

79

Rajah 20. Model ‘Singer’s Fluid Mosaic’

2.0.2 Model ‘Singer’s Fluid Mosaic’

Gambaran yang terbaik bagi struktur dan fungsi membran ilah model ‘fluid-mosaic’yang

dikemukakan Singer dan Nicholson pada tahun 1972 (Rajah 20). Model ini

menggambarkan struktur 2 laisan lipid dengan protein tersisip didalamnya. Model ini

menganggapkanberlaku interaksi rapat antara lipid dan protein. Lipid dapat bergerak

secara lateral dengan agak bebas memberi ciri ‘fluidity’. Protein terapung dengan

pergerakan terhad pada lapisan lipid memberikannya bentuk mosaik. Keadaan ini juga

memberi ciri ‘fluidity’ membran

2.0.3 Fungsi membran ciri

Seperti yang telah disebut diawal bahagian ini, membran mempunyai fungsi melebihi

peranannya sebagai pelindung sel dari pada kesan sekitaran. Disenaraikan beberapa

fungsi utama membran

• Membran memberikan sel integriti struktur, bentuk dan sebagai pembungkus

komponen sel

• Membran menjadi sel satu kompatmen terkawal bagi tindak balas biokimia.

Dengan ini, dapat diatru dan dikawal.

• Membran bertindak sebagai penuras berpilih untuk kemasukan nutrien yang

diperlukan sel dan juga pengeluaran hasil buangan tindak balas metabolisme.

Protein

integral

Kepala

hidrofilik

oligosakarida

kolesterol

Fosfolipid

Protein sisi

Ekor

hidrofobik

glikolipid

80

Oleh itu membran mempunyai beberapa sitem pengangkutan pasif dan aktif bagi

menjalankan proses ini.

• Sel juga berhubung dengan sekitarannya. Oleh itu pada membran (sebelah luar)

terdapat reseptor yang mengenali molekul seperti hormon yang akan mengawal

dan mengatur tondak balas biokimia dalam sel.

• Membran (khusus) juga mempunyai sistem pemindah tenaga. Tenaga yang

dibebaskan melalui oksidasi karbohidrat dan lemak, dan teanga suria yang

diperangkap melalui fotosintesis perlu dipindahkan dengan efisien dan teratur.

Aktiviti 1.7

1. Soalan objektif

Kunci untuk soalan di bawah

1. karbohidrat

2. kolesterol

3. sfingolipid

4. protein

5. fosfolipid

.

Sebatian berikut terdapat dalam mebran sel

A. 1, 2, 3

B. 2, 3, 4

C. 2, 3, 5

D. 2, 3, 4, 5

E. 1, 2, 3, 4, 5

2. Soalan subjektif:

Bincangkan fungsi membran sel.

Glosari

Perkataan Makna/takrifan

adipos Sel yang menyimpan lemak dalam mammalia

Amfifatik Mempunyai kedua sifat hidrofobik dan hidrofilik

Asid lemak perlu Asid lemak yang tidak dapat disentesis dan peerlu diambil

melaui makanan (manusia)

emulsifier Sebatian yang memounyai hujung berkhutub dan ekor

hidrofobik yang dapat menstabil sistem pengampaian

fosfoester Ikatan O – O yang disambung oleh kumpulan fosfat

fosfolipid Sejenis kumpulan lipid (bahagian )

Asid fosfatidik Gliserol dengan karbon 1 dan 2 digabung dengan asid lemak

81

sementara karbon 3 bergabung dengan fosfat

gangliosida Sejenis lipid terbitan yang banyak dalam sel saraf

hidrofobik Benci air

hidrofilik Cinta air

hidrokarbon Sebatian mengandungi hydrogen dan karbon sahaja

Ikatan ganda dua

(dubel)

Gabungan antara dua atom karbon dengan dua ikatan kovalen

kolesterol Lipid berasaskan steroid

lipase Enzim yang menghidroliskn ikatan ester terutama dalam

trigliserida

Lipid Kumpulan biomolekul yang tidak larut air

Nilai asid Memberi ketentuan kuantiti asid lemak bebas dalam sesuatu

sampel lipid

Nilai iodin Memberi ketentuan kuantiti ikatan berganda dua dalam

sesuatu sampel lipid

Nilai permanganat Memberi ketentuan kuantiti ikatan berganda dua dalam

sesuatu sampel lipid

saponifikasi Hidrolisis ester lipid oleh bes

serebrosida Sejenis lipid terbitan yang banyak dalam otak

sfingolipid Sejenis kumpulan lipid (bahagian

steroid Sejenis lipid larut lemak

sterol Sejenis kumpulan lipid larut lemak

trigliserida Sejenis kumpulan lipid yang boleh disaponofikasi

Abs Apr 00

Kemaskini 3 Sep 00