BIOKIMIA

2

Tentang Struktur

• Struktur biokimia yang rumit tidak akan pernah dapat ditiru, akan tetapi hal yang perlu dipikirkan tentang struktur tersebut adalah:

– Bagaimana konsentrasinya berubah sebagai tanggapan atas kondisi metabolisme tertentu

– Bagaimana struktur tersebut berperan terhadap aktifitas biologisnya

– Dalam jalur metabolisme mana senyawa dengan struktur tersebut ditemukan (dari apa/mana asal senyawa tersebut dan menjadi apa selanjutnya?)

3

Ciri-Ciri Kehidupan

• Keragaman biologis: mikroba, ganggang, lumut, tanaman, serangga, burung, monyet, kita.

• Kesatuan kimiawi: sistem kehidupan (di bumi) mengikuti hukum fisika-kimia organik– tidakada aturan khusus

4

3 Kebutuhan Kehidupan:

(1) ENERGI, perludiketahui bagaimana:

• Memperolehnya

• Mengubahnya

• Menggunakannya

5

(2) MOLEKUL SEDERHANA, perludiketahui bagaimana:

• Mengubahnya

• Mempolimerasinya

• Menghancurkannya

6

(3) MEKANISME KiMIA, untuk:

• Memperoleh energi

• Mengendalikan reaksi kimia yang berurutan

• Mensintesis & mendegradasi makromolekul

• Mempertahankan kesetimbangan yang dinamis

• Swa-susun struktur yang kompleks

• Mengganda secara akurat & efisien

• Mempertahankan keteraturan proses biokimia dalam lingkungan yang berubah-ubah

7

Strategi 1: Mahluk hidup menggunakan pasangan kimia untuk mengendalikan proses kimia yang normalnya tidak dapat terjadi

Fig. 1-26b

8

Strategi 2: Mahluk hidup menggunakan enzim untuk memacu reaksi yang biasanya lambat

9

Bagaimana enzim memacu reaksi, penjelasan termodinamikanya?

Fig. 1-11

10

Bagaimana enzim memacu reaksi, penjelasan

mekanismenya??

Fig. 1-22

29 Jan 2006

Biomolekul - Komposisi

99% dari sel tersusun dari unsur

H, O, N, and C

UnsurElektron tanpa

pasanganJumlah relatif

H 1 2/3

O 2 1/4

N 3 1/70

C 4 1/10

SEL

Teori sel mengenai kehidupan

Robert Hooke mengamati sayatan gabus.

Schleiden dan Schwann menyatakan semua organisme tersusun atas sel.

MACAM – MACAM SEL

• Sel prokariotik ( bakteri )

• Sel eukariotik (protozoa,fungi, hewan,)

CARA MEMPELAJARI

/MENGAMATI SEL

• Menggunakan mikroskop cahaya

• Menggunakan mikraskop elektron

SEM (scanning electron mikroskope)

TEM (transmission electron mikroskope)

PERSAMAAN SEL TUMBUHAN DENGAN SEL

HEWAN

• Membran plasma• Nukleus• Sitoplasma• Retikulum endoplasma• Aparatus golgi• Ribosom• Lisosom• Peroksisom• Mitokondria

MEMBRAN PLASMA

• Tersusun dari bahan lemak dan protein• Sisi luar bersifat hidrofilik (suka air)• Sisi dalam bersifat hidrofobik (tak suka air)• Fungsi utamanya adalah membatasi bagian sel dengan

lingkungannya• Fungsi lain adalah tempat keluar masuknya ion, molekul,

serta senyawa lain dari/kedalam sel• Bersifat selektif permiabel (menyeleksi zat)

Substansi yang melalui membran plasma dapat

ditranspor secara pasif dan secara aktif

• Secara pasif ( osmosis dan difusi )

• Secara aktif memerlukan energi (transpor aktif )

Melibatkan tiga jenis protein pembawa

Unipor (satu ion/molekul satu arah )

Simpor (dua ion/molekul satu arah )

Antipor (dua ion/molekul kearah yang berlawanan / masuk dan keluar sel

NUKLEUS ( INTI SEL )

• Pada eukariotik memiliki membran inti.

• Mengandung anak inti (nukleolus) dan kromosom.

• Fungsi inti sel adalah :

Mengendalikan metabolisme sel.

Menyimpan informasi genetik (gen).

Mengatur ekspresi gen.

Tempat terjadinya replikasi dan transkripsi.

Retikulum endoplasma / RE

Kantong pipih dua lapis membran menutupi sebagian

besar sitoplasma.

RE terdiri dari dua tipe yaitu :

RE halus tanpa adanya ribosom

RE kasar (dengan ribosom)

Badan golgi / aparatus golgi

Merupakan kantong pipih bertumpuk fungsinya untuk

Memproses protein dan molekul lain yang akan di bawa ke

Membran sel

RIBOSOM

• Fungsinya adalah tempat berlangsungnya sintesis protein

• Terdapat bebas dalam sitoplasma dan di permukaan RE.

22

Perubahan BiokimiaDapat Dikelompokkan dalam 5 kategori

• Reaksi pemindahan gugus

• Reaksi oksidasi-reduksi

• Penataan kembali (isomerisasi)

• Reaksi pemotongan

• Reaksi kondensasi

*

23

Struktur Biomolekul

• Senyawa penyusun

• Gula sederhana

• Asam amino

• Nukleotida

• Asam lemak

• Makromolekul

• Polisakarida

• Protein (peptida)

• RNA atau DNA

• Lipida

Anabolik

Katabolik

24

Biosintesis Membutuhkan

Molekul Sederhana untuk Digabung secara Kovalen

melalui Berbagai Cara …

Karbohidrat

.

GLUKOSA

Glycogen

Pati, sukrosa

Ribosa 5-phospat pyruvat

simpanan

Oksidasi via PPPOksidasi via glikolisis

mulut

Amilase

maltase

Maltosa

2 glukosa

Pembuluhdarah

GLIKOLISIS

Pati

maltosa

Sintesis glukosa sangatpenting krn otak dansistem saraf kitamembutuhkan glukosasebagai sumber energiutama

Asam Amino dan Protein

Protein

• Molekul yg sangat vital untuk organisme terdapt di semua sel

• Polimer disusun oleh 20 mcm asam amino standar

• Rantai asam amino dihubungkan dg iktn kovalen yg spesifik

• Struktur & fungsi ditentukan oleh kombinasi, jumlah dan urutan asam amino

• Sifat fisik dan kimiawi dipengaruhi oleh asam amino penyusunnya

Fungsi Protein

• Reaksi kimia enzymes

• Immune system antibodies

• Mechanical structure tendons

• Generation of force muscles

• Nerve conduction ion channels

• Vision eye lens

• . . . and much more!

Asam Amino

• merupakan unit penyusun protein

• Struktur:

satu atom C sentral yang mengikat secara kovalent:

– gugus amino,

– gugus karboksil,

– satu atom H dan

– rantai samping (gugus R)

• Gugus R rantai samping yang berbeda-beda pada setiap jenis asam amino• Gugus R yang berbeda-beda tersebut menentukan:

-. Struktur-. Ukuran -. Muatan elektrik-. Sifat kelarutan di dalam air

Asam amino standar• Asam amino yang menyusun

protein organisme ada 20 macam disebut sebagai asam amino standar

• Diketahui asam amino ke 21 disebut selenosistein (jarang ditemukan) Terdapat di beberapa enzim seperti gluthatione peroxidase

• Selenenosistein mempy kode genetik: UGA biasa utk stop kodon tjd pd mRNA dgn struktur 2nd yg banyak.

Asam amino

Klasifikasi Asam amino• Diklasifikasikan berdasar gugus R (rantai samping)

• Biasanya sifat-sifat seperti: hidrofobik/hidrofilik, polar/non polar, ada/tidaknya gugus terionisasi

AROMATIK

POLAR

ACIDIC (-)BASIC (+)

NON POLAR

Asam amino non polar

• Memiliki gugus R alifatik

• Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin

• Bersifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu a.a spt Ile (I) biasa terdapat di bagian dlm protein.

• Prolin berbeda dgn a.a siklis. Tapi mempunyai byk kesamaan sifat dgn kelompok alifatis ini.

• Umum terdapat pada protein yang berinteraksi dengan lipid

Asam amino polar• Memiliki gugus R yang tidak bermuatan

• Serin , threonin, sistein, metionin, asparagin, glutamin

• Bersifat hidrofilik mudah larut dalam air

• Cenderung terdapat di bagian luar protein

• Sistein berbeda dgn yg lain, karena ggs R terionisasi pada pH tinggi (pH = 8.3) sehingga dapat mengalami oksidasi dengan sistein membentuk ikatan disulfide

• (-S-S-) sistin (tdk tmsk dlm a.a. standar karena selalu tjd dari 2 buah molekul sistein dan tidak dikode oleh DNA)

Asam amino dengan gugus R aromatik

• Fenilalanin, tirosin dan triptofan

• Bersifat relatif non polar hidrofobik

• Fenilalanin bersama dgn V, L & I a.a plg hidrofobik

• Tirosin gugus hidroksil , triptofan cincin indol

• Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen penting untuk menentukan struktur ensim

• Asam amino aromatik mampu menyerap sinar UV λ 280 nm sering digunakan utk menentukan kadar protein

Asam amino dengan gugus R bermuatan positif

• Lisin, arginin, dan histidin

• Mempunyai gugus yg bsft basa pd rantai sampingnya

• Bersifat polar terletak di permukaan protein dapat mengikat air.

• Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pd gugus imidazol) dibanding – lisin gugus amino

– arginin gugus guanidino

• Krn histidin dpt terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis sering berperan dlm reaksi ensimatis yg melibatkan pertukaran proton

Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif

• Aspartat dan glutamat

• Mempunyai gugus karboksil pada rantai sampingnya bermuatan (-) / acid pada pH 7

Asam amino non standar

• Merupakan asam amino diluar 20 mcm as. Amino standar

• Terjadi karena modifikasi yang terjadi setelah suatu asam amino standar menjadi protein.

• Kurang lebih 300 asam amino non standar dijumpai pada sel

modifikasi serin yang mengalami fosforilasi oleh protein kinase

•modifikasi prolin dlm proses modifikasi posttranslasi, oleh prokolagen prolin hidroksilase.

•Ditemukan pada kolagen untuk menstabilkan struktur

•Dari modifikasi Glu oleh vit K.

• karboksi glutamat mampu mengikat Ca penting utk penjendalan darah.

•Ditemukan pd protein protombin

•Modifikasi lisin. Terdapat di kolagen dan miosin (protein kontraksi pd otot) dan berperan untuk sisi terikatnya polisakarida

•Beberapa ditemukan asam amino nonstandar yang tidak menyusun protein merupakan senyawa antara metabolisme (biosintesis arginin dan urea)

ASAM NUKLEAT

• DNA

– DEOXYRIBONUCLEIC ACID

• RNA

– RIBONUCLEIC ACID

The Search for the Structure of the DNA Molecule

• 1951—Rosalind Franklin—X-ray crystallography

• Chargaff—Chargaff’s rules. Ratio of nitrogenous bases in DNA. Complimentary bases.

• Watson & Crick--1953

Franklin

Chargaff

Watson & Crick Model of DNA

• Nucleotides

• Sugar—Deoxyribose

• Phosphate Group

• Nitrogenous Bases

• Adenine & Thymine are complementary.

• Cytosine and Guanine are complimentary.

• Purines—Adenine & Guanine

• Pyrimidines—Cytosine & Thymine

• 5’ End—Phosphate side

• 3’ End—Other side

Watson & Crick Model

• DNA is composed of 2 chains of nucleotides that form a double helix shape.

• The two strands are antiparallel.

• The backbone of the DNA molecule is composed of alternating phosphate groups and sugars.

• The complimentary nitrogenous bases form hydrogen bonds between the strands.

• A is complimentary to T and G is complimentary to C.

DNA Model

DNA

• Functions

• 1. Storage of genetic information

• 2. Self-duplication & inheritance.

• 3. Expression of the genetic message.

• DNA’s major function is to code for proteins.

• Information is encoded in the order of the nitrogenous bases.

Chromosomes

• Prokaryotic

• Circular

• Very small

• 1 chromosome per cell

• Some enzymes and proteins are associated with the DNA.

• Not housed in a nucleus.

• Eukaryotic• Linear• Fairly long• Several chromosomes per

cell.• Histone proteins---”spools”.

Same in all eukaryotes• Housed in a nucleus.• Nucleosome—2 loops of

DNA wrapped around 8 histone proteins.

• Unity theme.

Central Dogma of Genetics

• DNA

• mRNA

• Proteins

• Traits

• Replication

• Unzip

• Template

• Floating nucleotides

• Template

• Sense strand

• Semiconservative Replication

• DNA Polymerase

• Proofreading functions

• 5’ to 3’ only

• Replication fork

• Discontinuous assembly

• Okazaki fragments

Dogma genetik

Konsep dasar menurunnya sifat secara molekuleradalah merupakan aliran informasi dari DNA ke RNA ke urutan asam amino.

Dogma genetik ini bersifat universal yang berlakubaik bagi prokariot maupun eukariot.

RNA

• 3 types—mRNA, tRNA, rRNA

• Ribose

• Uracil replaces Thymine

• Single stranded helix

Transcription

• RNA polymerase

• Messenger RNA

• mRNA

• Unzipping of DNA helix.

• Sense strand or template strand

• Codons

• Genetic code

Translation

• Ribosomes

• rRNA

• Large and small subunits

• Codons

• Initiator or start codon

• Methionine (AUG)

• Stop codons

• tRNA

• Initiation

• Chain Elongation

• Peptide bonds

• Chain termination

• Polysome