Materi Mg 2 Biokimia Tanaman (AGT 121)

Elemen Kimia Kehidupan

Dr. Ir. Mucharromah, M.Sc.JURUSAN PERLINTAN/BDP

FAPERTA UNIB

Kompetensi Dasar

• Mahasiswa dapat menyebutkan dan mendeskripsikan:- unsur kimia penyusun tumbuhan- unsur makro- unsur mikro - ikatan kimia yang menjadi sumber keragaman

Sub-Pokok Bahasan

• Elemen Kimia mahluk hidup- unsur kimia penyusun tumbuhan- unsur makro- unsur mikro / esensial- ikatan kimia sumber keragaman

Unsur Kimia di Alam Tabel Periodik

Elemen Kimia di Alam

• Di alam terdapat 81 unsur yang stabil• 15 jenis selalu hadir pada mahluk hidup• 8-10 jenis hanya ada pada organisme tertentu

Elemen Penyusun Mahluk Hidup• Komponen terbesar penyusun alam semesta

adalah air, yang tersusun dari atom Hidrogen (H) dan Oksigen (O).

• Komponen terbesar: kerak bumi = Si (silika)rangka mahluk hidup = C (karbon).

Mengapa berbeda? Coba perhatikan Daftar Periodik dan sifat2 atom yang menjadi elemen penyusun sel mahluk hidup

Unsur Makro• Unsur yang hadir dalam jumlah besar Unsur Utama / Makro

• Yi: unsur utama yang menyusun biomolekul• Jenis Unsur Makro: H, O, C, N, P, S • Persentase Unsur Makro dalam mahluk hidup:–H & O > 60 – 70%–H, O, C, N > 99%–P, S

Unsur Mikro / Esensial• Secara total hanya menyusun 0,5% berat tubuh

mahluk hidup• Terdiri dari:– Ion anorganik, ie: logam alkali (Na, K, Mg, Ca, Cl),

selalu dalam bentuk ion dalam sel. Peran: osmotik, gugus prostetik enzim/molekul aktif

– Unsur Logam, ie: besi (Fe), seng (Zn), tembaga (Cu), cobalt (Co) and mangan (Mn). Peran: gugus prostetik enzim

– Non-Logam, ie: yodium (I) & selenium (Se). Peran: osmotik

Sumber Komponen Utama• Komponen Utama:

1. Hidrogen (H) 2. Oksigen (O)3. Karbon (C) 4. Nitrogen (N)5. Sulfur (S) 6. Fosfor (P)

• Unsur-unsur tersebut diperoleh dari senyawa hidrogen seperti: H2O, NH3, dan H2S; atau karbonil (CO2)

• Dalam sistim biologi Fosfor (P) umumnya hanya diperoleh dari turunan asam fosfat (H3PO4).

• Elemen kimia organisme ≠ terbanyak di alam

Sumber O & N

Sumber P & S

Kekhasan Unsur Kimia Penyusun Mahluk Hidup

• Komponen terbesar penyusun alam semesta adalah air, yang tersusun dari atom Hidrogen (H) dan Oksigen (O).

• Komponen terbesar penyusun kerak bumi adalah Si (silika)

• Komponen utama penyusun rangka mahluk hidup adalah C (karbon).Mengapa berbeda? Coba perhatikan Daftar Periodik dan sifat2 atom yang menjadi elemen penyusun sel mahluk hidup

Mengenal Unsur Lihat Tabel PeriodikSifat Fisik & Kimia

Sebaran Unsur & Jenis

H, O, C & N menyusun 99% elemen sel mahluk hidup = elemen makro; H terbanyak

0.05% terdiri dari ion anorganik diatas. = elemen mikro

Source: Kalra, Y.P.. 1998. Handbook of Reference Methods for Plant Analysis. CRC Press, Boca Raton, Florida, USA, 287pg. ISBN 978-1-57444-124-6

FAKTOR PENENTU Jenis Atom Penyusun Mahluk Hidup

1. Ketersediaan di alam2. Stabilitas dalam kompleks senyawa3. Kekuatan ikatan yang dapat terbentuk

dengan unsur sejenis dan lain jenis di sekitarnya

4. Kemampuan mengikat energi5. Kemampuan melepaskan energi6. Kemudahan membentuk ikatan

Penyatuan Orbit antar Unsur Ikatan

Kosekwensi: Ikatan hanya terbentuk diantara unsur-unsur tertentu yang memiliki

orbit yang sesuai untuk berpasangan; jadi tidak sembarang!

Ikatan Kimia antar Unsur dalam Senyawa

Bentuk ikatan antar unsur-unsur yang berkumpul membentuk suatu senyawa menentukan struktur dan sifat senyawa tersebut.

Resonansi dari Struktur Senyawa

Faktor Penentu Sifat Fisik & Kimia• Jumlah & Jenis Atom dari unsur-unsur yang

terlibat membentuk senyawa tersebut• Jenis ikatan antar atom

struktur kimia suatu molekul dapat untuk memprediksi sifat reaksi kimianya, termasuk ukuran dan bentuk, serta konformasinya (bagaimana atom dari masing-masing unsur penyusun diposisikan dalam dimensi ruang).

Panjang Ikatan Kimia

• Ikatan kimia antar atom memiliki panjang sesuai radius kovalen atom-atom yang berikatan, yang diekspresikan dalam satuan Angstrom atau picometer.1 Angstrom= 100 pm; 1pm= 10-12 m

• Ikatan ganda memiliki panjang 10-20% < panjang ikatan tunggal, dan sudut 120 derajad, sedang ikatan tunggal 110 derajad.

• Panjang ikatan kimia menentukan bentuk molekul, ukuran & reaktivitas)

Polaritas Ikatan Kimia• Polaritas ikatan ditentukan oleh sifat

elektronegativitas atom-atomnya (lihat Tabel Periodik semakin ke kanan semakin elektro (-) = makin mudah menerima elektron).

• Bila 2 atom yg berbeda elektro(-)vitas berikatan, maka elektron akan lebih tertarik ke arah atom yang elektro(-)vitasnya tinggi ada polarisasi, shg dalam senyawa tersebut ada atom yg lebih bermuatan (+) dan (-).Contoh: Ikatan C=O bersifat sangat polar krn O sangat tinggi elektro(-)vitasnya

Contoh Ikatan Kimia dalam berbagai model

Ikatan Hidrogen

Catatan: Ikatan hidrogen merupakan terpenting dalam sistim sel hidupOH, NH, SH sebagai Donor e- & O, N, S sebagai penerima e-

Isomer

• Adalah senyawa yang memiliki rumus kimia sama tetapi berbeda sifat fisik dan kimianya.

• Terjadi akibat adanya sifat2 ikatan sebagaimana diuraikan sebelumnya.

• Mengapa? Karena adanya Isomer, yaitu senyawa yang memiliki atom penyusun sama tetapi dengan susunan atau konformasi ikatan kimia yang berbeda.

Ragam Isomer• Isomer Struktur : terjadi bila cara penggabungan

atom2 penyususnnya berbeda.• Isomer Geometri (Cis-Trans) : terjadi pada ikatan

ganda karena rotasinya terbatas, shg memiliki konformasi dg gugus pada ikatan C=C sejajar (Cis) atau berlawanan arah (Trans).

• Confomer : bentuk2 yang timbul akibat adanya rotasi di sekitar ikatan yang bebas berotasi, ie. As. Suksinat, as. Maleat, as. Fumarat

• Isomer Optik : kedua isomer merupakan bayangan kaca

Tugas• Tuliskan unsur-unsur kimia yang terdapat dalam

tubuh mahluk hidup dan kelompokkan berdasarkan jumlahnya (makro atau mikro/esensial).

• Bagaimana sifat unsur makro yang sesuai untuk mendukung peran dan fungsi biomolekul yang disusunnya? Lihat sifat fisik & kimianya pada Tabel Periodik

• Bagaimana keragaman yang besar dapat terjadi dari jumlah jenis unsur yang sangat terbatas tsb?