KONSEP DAN PRINSIP DASAR BIOKIMIAWI PENYUSUN TUBUH MANUSIAProgram Studi Pendidikan Dokter UNDANA Kupang, 15 Desember 2008

Ika Yustisia Bagian Biokimia Fakultas Kedokteran UNHAS

TUJUAN PEMBELAJARAN Tujuan Umum Setelah mengikuti dan mempelajari kuliah ini mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan konsep dan prinsip dasar biokimiawi penyusun tubuh manusia

Tujuan KhususSetelah mengikuti dan mempelajari kuliah ini mahasiswa dapat: Mengidentifikasi wujud materi Menjelaskan struktur atom (elektron, proton dan neutron) Mendefinisikan istilah nomor atom, nomor massa, dan isotop Mendefinisikan istilah , ion, molekul, radikal Menjelaskan bagaimana ikatan ionik dan kovalen terbentuk Membedakan antara molekul polar dan non polar Menjelaskan konsep mol Menyebutkan unsur utama yang terkandung dalam tubuh manusia

Wujud Materi (1) Materi (matter): segala sesuatu yang menempati ruang dan mempunyai massa Kimia (chemistry): ilmu tentang materi dan perubahannya Biokimia (biochemistry): ilmu yang mempelajari struktur, organisasi, dan fungsi materi kehidupan(Chang, 2005; Mathews, 2000)

Wujud Materi (2) Tiga Wujud Materi Padat: rigid dengan bentuk pasti Cair: dapat mengalir dan berbentuk sesuai wadahnya Gas: dapat mengembang tanpa batas

Ketiga wujud materi dapat berubah dari wujud satu menjadi wujud yang lain Materi dapat digolongkan berdasarkan susunan dan sifatnya menjadi zat, campuran, unsur, senyawa.(Chang, 2000)

Wujud Materi (3) Zat (subtance): materi yang memiliki susunan tertentu atau tetap dan sifat-sifat yang tertentu pula. Contoh: air, CO2 Campuran (mixture): penggabungan dua atau lebih zat di mana dalam penggabungan ini zat-zat tersebut mempertahankan identitasnya masingmasing. Contoh: udara

(Chang, 2005)

Wujud Materi (4) Zat dapat berupa unsur atau senyawa Unsur (element): suatu zat yang tidak dapat dipisahkan lagi menjadi zat-zat yang lebih sederhana dengan cara kimia. Ada 113 unsur yang telah diidentifikasi Senyawa (substance): suatu zat yang tersusun atas atom-atom dari dua unsur atau lebih yang terikat secara kimia dengan perbandingan yang tetap(Chang, 2005)

STRUKTUR ATOM (1) Atom: unit terkecil dari suatu unsur yang dapat melakukan penggabungan kimia Struktur internal atom partikel subatom: elektron, proton,neutron Elektron: partikel bermuatan negatif Proton: partikel-partikel bermuatan dalam inti Neutron: partikel netral yang mempunyai massa lebih besar daripada massa proton(Chang, 2005)

STRUKTUR ATOM (2)

Massa dan Muatan Partikel Subatom PartikelElektron Proton Neutron

Muatan Massa (g) Coulomb

Satuan Muatan

9,10939 x 10-28 -1,6022 x 10-19 1,67262 x 10-24 +1,6022 x 10-19 1,67493 x 10-24 0

-1 +1 0

NOMOR ATOM, NOMOR MASSA, & ISOTOP (1) Atom dapat diidentifikasikan berdasarkan jumlah proton dan neutron yang dikandungnya Nomor atom (atomic number): jumlah proton dalam inti setiap atom suatu unsur Identitas kimia suatu atom dapat ditentukan cukup berdasarkan nomor atomnya Contoh: nomor atom nitrogen 7, berarti setiap atom nitrogen netral memiliki 7 proton dan 7 elektron

NOMOR ATOM, NOMOR MASSA, & ISOTOP (2)

Nomor massa (mass number): jumlah total neutron dan proton yang ada dalam inti atom suatu unsur Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = nomor atom + jumlah neutron

NOMOR ATOM, NOMOR MASSA, & ISOTOP (3) Atom-atom suatu unsur tertentu tidak semuanya bermassa sama Isotop (isotope): atom-atom yang mempunyai nomor atom yang sama tetapi berbeda nomor massanya

Tabel periodik

ION, MOLEKUL, DAN RADIKAL (1) Ion: sebuah atom atau sekelompok atom yang mempunyai muatan Kation (cation): ion dengan muatan total positifAtom Na11 proton 11 eletron

Ion Na+11 proton 10 elektron

Anion: ion yang muatan totalnya negatifAtom Cl17 proton 17 elektron

Ion Cl17 proton 18 elektron

ION, MOLEKUL, DAN RADIKAL (1) Ion monoatomik (monoatomic ion): ion-ion yang hanya mengandung satu atom. Contoh: F3+, S2-, N3-, Mg2+, Na+, Cl Ion poliatomik (polyatomic ion): ion-ion yang mengandung lebih dari satu atom. Contoh: OH(ion hidroksida), CN- (ion sianida), NH4+ (ion amonium)

ION, MOLEKUL, DAN RADIKAL (3) Molekul (molecule): suatu agregat (kumpulan) yang terdiri dari sedikitnya dua atom dalam susunan tertentu yang terikat bersama oleh gayagaya kimia (=ikatan kimia) Molekul diatomik (diatomic molecule): molekul yang hanya mengandung dua atom. Contoh: H2, N2, Cl2, Br2, I2 Molekul poliatomik (polyatomic molecule): molekul yang mengandung lebih dari dua atom. Contoh: air (H2O), amonia (N3H)

ION, MOLEKUL, DAN RADIKAL (4) Radikal : atom-atom, molekul-molekul, atau ion-ion yang mengandung elektron yang tidak berpasangan Elektron yang tidak berpasangan ini biasanya mempunyai reaktivitas yang tinggi Radikal bebas memegang peran penting pada sejumlah proses biologi, beberapa diantaranya diperlukan bagi kehidupan, seperti membunuh bakteri intraselular oleh granulosit neutrofil. Radikal bebas juga berimplikasi pada proses cell signaling tertentu ROS (reactive oxygen species) superoksida-

Respiratory brust pada neutrofil Saat netrofil dan sel fagosit lainnya menelan bakteri, sel-sel ini menunjukkan peningkatan yang cepat dalam konsumsi oksigen Fenomena ini menunjukkan penggunaan yang cepat akan oksigen dan produksi derivat reaktif dalam jumlah yang besar seperti O2., H2O2, OH., dan OCl(ion hipoklorite) Beberapa produk ini dapat berfungsi sebagai agen mikrobisidal yang poten Sistem rantai transport elektron yang bertanggungjawab pada respiratory burst disebut NADPH oksidase

Respiratory burst

Respiratory Burst Dari proses tersebut di atas hidrogen peroksida terbentuk secara spontan melalui reaksi: O2 + O2 + 2H H2O2 + O2 H2O2 selanjutnya diperlukan untuk aktifitas enzim mieloperoksidase atau dinetralisir melalui fungsi glutation peroksidase dan katalase Proses pembunuhan bakteri di dalam fagolisosom bergantung pada kombinasi dari peningkatan pH, ion superoksida, dan derivat oksigen serta peptida bakterisidal (defensin), cathepsin G, protein kationik

Mieloperoksidase dalam neutrofil Neutrofil memiliki enzim yang unik yang disebut mieloperoksidase Enzim ini mengkatalisis reaksi: H2O2 + X- + H+ HOX + H2O X- dapat berupa Cl-, Br-, I- atau SCN Cl->>> karena memiliki jumlah yang besar di dalam sel, membentuk HOCl (asam hipoklorat) HOCl bersifat merusak sel sekaligus mikrobisidal yang kuat Di dalam sel HOCl beraksi dengan amine membentuk kloramin yang tidak menyebabkan kerusakan jaringan namun tetap berpotensi sebagai mikrobisidalmieloperoksidase

IKATAN IONIK DAN IKATAN KOVALEN Ikatan ionik: ikatan yang terbentuk sebagai hasil transfer satu atau lebih elektron dari unsur logam kepada unsur non-logam. Contoh: NaCl, CaO Ikatan kovalen: ikatan yang terbentuk dari pemakaian bersama dua elektron oleh dua atom Ikatan kovalen terdiri atas dua tipe: Ikatan kovalen polar Ikatan kovalen non-polar

MOLEKUL POLAR DAN NON POLAR Molekul polar: molekul diatomik yang mengandung atom-atom unsur yang berbeda dan memiliki momen dipol Molekul non polar: molekul diatomik yang mengandung atom-atom unsur yang sama dan tidak memiliki momen dipol Momen dipol: ukuran kuantitatif kepolaran ikatan Untuk molekul yang tersusun atas tiga atau lebih atom, ada tidaknya momen dipol ditentukan oleh kepolaran ikatan dan geometri molekul

Contoh molekul polar: Air Gas: ammonia (NH3), sulfur dioxide (SO2), hydrogen sulfide (H2S)

Contoh molekul non polar: Cairan: hidrokarbon Gas: helium (He), neon (Ne), krypton (Kr), xenon (Xe), hydrogen (H2), nitrogen (N2), oxygen (O2), carbon dioxide (CO2), methane (CH4), ethylene (C2H4)

KONSEP MOL Mol adalah jumlah dari substansi apapun (atom, ion, molekul, elektron) yang memiliki jumlah partikel yang sama dengan partikel yang terdapat pada 12.000g karbon-12 Jumlah partikel tersebut dikenal sebagai konstanta atau bilangan Avogadro (NA), 6,02x1023 Satu mol atom karbon adalah 6,02x1023 atom karbon

UNSUR UTAMA DALAM TUBUH MANUSIAUnsur Karbon Oksigen Hidrogen Nitrogen Kalsium Fosfor Kalium Sulfur Natrium Klor Magnesium Besi Mangan Yodium Persentase 50 20 10 8,5 4 2,5 1 0,8 0,4 0,4 0,1 0,01 0,001 0,00005

UNSUR UTAMA DALAM TUBUH MANUSIA Karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen merupakan kostituen utama sebagian besar biomolekul Fosfat merupakan komponen asam nukleat serta molekul lain, dan juga tersebar secara luas dalam bentuk terionisasi di dalam tubuh Kalsium memainkan peran penting dalam banyak proses biologik. Contoh: mekanisme pembekuan darah Unsur-unsur yang diberi warna merah memiliki peran beragam. Kebanyakan unsur unsur tersebut ditemukan hampir setiap hari dalam praktik kedokteran ketika menghadapi penderita dengan gangguan keseimbangan elektrolit (K+, Na+, Cl-, Mg2+), anemia defisiensi besi (Fe2+) dan penyakit tiroid(I-)