Biokimia dan Kesehatan

Biokimia adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari dasar kimia kehidupan.

Fungsi Biokimia adalah sebagai ilmu pengetahuan yang mempelajari unsur-unsur kimia pembentuk sel hidup dan dengan reaksi serta proses yang dijalaninya. Hal ini berarti bahwa biokimia mencakup pelbagai bidang pengetahuan, yaitu biologi sel, biologi molekuler dan genetika molekuler.

Tujuan Biokimia: Memahami secara lengkap semua proses kimia yang berkaitan dengan sel-sel hidup pada

tingkat molekuler. Memahami bagaimana kehidupan organisme dan mikroorganisme dimulai.

Biokimia berhubungan erat dengan ilmu kesehatan dan kedokteran, yaitu pemahaman serta pemeliharaan kesehatan, dan penanganan penyakit. Contohnya: (1) struktur dan fungsi protein dalam menentukan biokimiawi sel darah normal dan sel sabit, (2) metabolisme karbohidrat yang dihubungkan dengan penyakit diabetes mellitus, (3) penyakit kwashiorkor (malnutrisi berat) yang diakibatkan makanan yang dikonsumsi kurang mengandung satu atau lebih asam amino esensial, (4) mengkonsumsi banyak minyak ikan yang kaya akan asam lemak tak jenuh ganda (polyunsaturated fatty acids) untuk menurunkan kadar kolesterol plasma darah.

Beberapa kegunaan penyelidikan biokimia dan pemeriksaan laboratorium sehubungan dengan penyakit:1. mengungkapkan penyebab dan mekanisme dasar terjadinya penyakit,2. mengusulkan penanganan penyakit secara rasional berdasarkan no. 1 diatas,3. membantu penegakkan diagnosis penyakit tertentu,4. bertindak sebagai uji tapis bagi penegakkan diagnosis dini penyakit tertentu,5. membantu pemantauan perjalanan penyakit tertentu (misalnya, kesembuhan,

kemunduran, remisi atau eksaserbasi),6. membantu penilaian respons penyakit terhadap terapi.

Biokimia dan ilmu kedokteran memiliki hubungan yang erat dimana kesehatan bergantung pada keseimbangan harmonis dari reaksi kimia di dalam tubuh. Setiap penyakit mencerminkan kelainan biomolekul dan reaksi/proses biokimia. Dalam pendekatan nutrisi, biokimia berperan dalam mengatur kondisi optimal dari vitamin, asam-asam amino tertentu, asam-asam lemak tertentu, berbagai mineral dan air, sebagai langkah untuk pencegahan berbagai macam penyakit, seperti aterosklerosis dan kanker.

Demikian pula semua penyakit merupakan kelainan molekul, reaksi ataupun proses kimia. Faktor-faktor utama yang menyebabkan penyakit adalah sebagai berikut:1. Penyebab fisik: trauma mekanis, suhu ekstrim, perubahan mendadak tekanan atmosfir,

radiasi, syok listrik.2. Penyebab kimiawi yang mencakup obat-obatan: senyawa toksik tertentu, preparat

terapeutik, dll.3. Preparat biologis: virus, bakteri, fungus, dan parasit.4. Kekurangan oksigen: gangguan pasokan darah, deplesi kemampuan darah dalam

membawa oksigen, keracunan pada enzim-enzim oksidatif.5. Kelainan genetik: kongenital, molekular.

1

6. Reaksi imunologik: anafilaksis, penyakit autoimun.7. Gangguan keseimbangan nutrisi: defisiensi, kelebihan gizi.8. Gangguan keseimbangan endokrin: defisiensi, kelebihan hormon.

Semua faktor tersebut mempengaruhi satu atau lebih reaksi kimia atau molekul penting dalam tubuh.

Unsur dan Biomolekul

Biomolekul dalam tubuh manusia disusun oleh unsur-unsur dengan perkiraan persentase berat kering sebagai berikut:Karbon = 50%Oksigen = 20%Hidrogen =10%Nitrogen = 8,5%Kalsium = 4%

Fosfor = 2,5%Kalium = 1%Sulfur = 0,8%Natrium = 0,4%Klor = 0,4%

Magnesium = 0,1%Besi = 0,01%Mangan = 0,001Yodium = 0,00005%

Terdapat lima biomolekul kompleks yang utama, yaitu DNA, RNA, protein, polisakarida (glikogen) dan lipid, dengan fungsi-fungsi secara umum sebagai berikut:

Biomolekul Unsur Pembangun Fungsi UtamaDNA Deoksinukleotida Materi genetikRNA Ribonukleotida Tempat bagi sintesis proteinProtein Asam amino Banyak sekali, biasanya protein merupakan

molekul dari sel yang melangsungkan kerja (misalnya enzim, unsur-unsur kontraktil)

Polisakarida (glikogen) Glukosa Simpanan energi jangka pendek sebagai glukosaLipid Asam lemak Banyak sekali, misalnya komponen membran

dan simpanan energi jangka panjang sebagai triasil-gliserol.

Sebagai gambaran, berikut ini adalah komposisi kimiawi normal untuk seorang laki-laki dengan berat badan 65 kg dengan persentase komposisi:

Protein 11 kg 17,0%Lemak 9 kg 13,8%Karbohidrat 1 kg 1,5%Air 40 kg 61,6%Mineral 4 kg 6,1%

Air dan Sifat-sifatnya

Air merupakan molekul luar biasa yang esensial bagi kehidupan melalui sifatnya yang melarutkan dan memodifikasi sifat-sifat biomolekul seperti asam nukleat, protein, serta karbohidrat melalui pembentukan ikatan hidrogen dengan gugus fungsionalnya yang bersifat polar.

Homeostasis merupakan pemeliharaan komposisi lingkungan internal yang esensial bagi kesehatan, yaitu mencakup masalah distribusi air dalam tubuh dan pemeliharaan nilai pH serta konsentrasi elektrolit yang tepat. Dua per tiga jumlah total air tubuh (55-65% berat

2

badan pada laki-laki dan 10% lebih rendah pada wanita) terdapat sebagai cairan intrasel. Dari cairan ekstraselular sisanya, plasma darah menyusun kurang lebih 25%.

Pengaturan keseimbangan air bergantung pada mekanisme hipotalamus dalam mengendalikan rasa haus, pada hormon antidiuretik (ADH), dan pada retensi atau ekskresi air oleh ginjal dan kehilangan evaporatif karena respirasi dan perspirasi. Deplesi air dapat terjadi akibat penurunan asupan (misalnya dalam keadaan koma) atau karena peningkatan kehilangan cairan (misalnya karena pengeluaran keringat yang sangat banyak, poliuria pada diabetes mellitus, diare dan kolera). Kelebihan cairan tubuh dapat terjadi karena peningkatan asupan (misalnya karena pemberian infus yang berlebihan).

Struktur tiga dimensi dari air menyebabkan molekul air memiliki sifat yang unik, yaitu yang membuat air memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan hidrogen dengan senyawa lain, yang menentukan kemampuan untuk melarutkan banyak molekul organik. Senyawa-senyawa yang dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air (misalnya, -OH, -SH, amina, ester, aldehid dan keton) bersifat mudah larut, dan karenanya kelarutan senyawa-senyawa tersebut di dalam air meningkat.

Makromolekul seperti protein yang distabilkan oleh ikatan hidrogen intermolekul dapat menukar ikatan hidrogen permukaan dengan ikatan hidrogen ke air sehingga kelarutannya bertambah. Dengan demikian, protein yang dapat larut disalut oleh lapisan air.

Struktur dan Fungsi Protein

ASAM AMINO

Asam amino adalah asam karboksilat yang mempunyai gugus amino (penggunaan kata asam pada senyawa-senyawa organik umumnya direferensikan pada gugus fungsional asam karboksilat), dengan gambar struktur dibawah ini:

Asam karboksilat Amino Asam amino

Pada umumnya asam amino larut dalam pelarut polar seperti air dan alkohol (etanol) dan tidak larut dalam pelarut organik non-polar seperti eter, aseton dan kloroform. Sifat asam amino ini berbeda dengan asam karboksilat maupun sifat amino, yang mana keduanya kurang larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik.

Asam amino cenderung mempunyai struktur yang bermuatan dan mempunyai polaritas tinggi, yang tampak pada sifat asam amino sebagai elektrolit. Apabila larut dalam air, gugus karboksilat akan melepaskan ion H+, sedangkan gugus amina akan menerima ion H+. Oleh adanya kedua gugus tersebut asam amino dalam larutan dapat membentuk ion yang bermuatan positif dan juga negatif (zwitterions) atau ion amfoter. Apabila larutan asam amino dalam air ditambahkan basa, maka asam amino akan terdapat dalam bentuk I, karena

3

konsentrasi ion OH- yang tinggi mampu mengikat ion-ion H+ yang terdapat pada gugus –NH3

+. Apabila ditambahkan asam, maka konsentrasi ion H+ yang tinggi mampu berikatan dengan ion –COO-, sehingga terbentuk gugus –COOH. Dengan demikian asam amino terdapat dalam bentuk (II).

Bentuk I, dalam basa Bentuk II, dalam asam

Pada suatu sistem elektroforesis yang mempunyai elektroda positif dan negatif, asam amino akan bergerak menuju elektroda yang berlawanan dengan muatan ion asam amino yang terdapat dalam larutan. Jika pH larutan diatur sedemikian rupa, maka dapat diperoleh keadaan dimana ion asam amino tidak bergerak ke arah elektroda positif maupun negatif. Keadaan pH yang seperti ini yang disebut titik isolistrik, dimana terdapat keseimbangan antara bentuk-bentuk asama amino sebagai ion amfoter, anion dan kation.

Di alam terdapat sekitar 300 jenis asam amino yang berbeda, dan 20 jenis diantaranya merupakan unit monomer untuk membangun struktur utama dari polipeptida protein. Hal ini disebabkan karena kode genetik manusia hanya mengakomodasi sekitar 20 asam amino esensial, sehingga semua protein di tubuh manusia mengandung asam amino ini dalam proporsi yang beragam.

Tabel dibawah adalah 20 (+2) asam amino esensial tersebut, yang dibagi menjadi 7 kelompok, yaitu:

merupakan rantai karbon yang alifatik, glycine, alanine, valine, leucine, isoleusinmengandung gugus hidroksil, serine, threoninemengandung atom belerang, cystein, methioninemengandung gugus asam atau amidanya, aspartic acid (succinate), aspargine (suksinamate), glutamic acid (glutaric acid), glutamine (glutaramat)mengandung gugus basa, arginine, lysine, hydroxylysin, histidinemengandung cincin aromatic, phenylalanine, tyrosine, triphtophanmembentuk ikatan dengan atom N pada gugus amino. praline, 4-hydroxyproline

4

1 Gly (G)Glycine

2 Ala (A)Alanine

3 Val (V)Valine

4 Leu (L)Leucine

5 Ile (I)Isoleucine

6 Ser (S)Serine

7 Thr (T)Threonine

8 Cys (C)Cysteine

9 Met (M)Methionine

10 Asp (D)Aspartic acid

11 Asn (N)Aspargine

12 Glu (E)Glutamic acid

13 Gln (Q)Glutamine

14 Arg (R)Arginine

15 Lys (K)Lysine

16 HylHydroxylysine

17 His (H)Histidine

18 Phe (F)Phenylalanine

19 Tyr (Y)Tyrosine

20 Trp (W)Tryptophan

21 Pro (P)Proline

22 Hyp4-Hydroxyproline

PEPTIDA

Beberapa molekul asam amino dapat berikatan menjadi satu dan membentuk suatu senyawa peptida. Polipeptida adalah peptida yang tersusun oleh banyak molekul asam amino. Protein adalah polipeptida yang terdiri atas lebih dari seratus (100) asam amino.

Dengan melihat cara berikatan satu sama yang lainnya, maka terdapat suatu asil (yaitu asam amino yang melepaskan –OH) akan berikatan dengan gugus NH2 dari asam amino yang lain.

Glycine Alanine Glycilalanine

Serilalanilleusin

PROTEIN

Protein adalah suatu polipeptida yang mempunyai bobot molekul yang sangat bervariasi, dari 5000 hingga lebih dari satu juta. Di samping berat molekul yang berbeda-beda, protein mempunyai sifat yang berbeda-beda pula. Ada protein yang mudah larut dalam air, tetapi ada juga yang sukar larut dalam air. Rambut dan kuku adalah suatu protein yang tidak larut dalam air dan tidak mudah bereaksi, sedangkan protein yang terdapat dalam bagian putih telur mudah larut dalam air dan mudah bereaksi.

Terdapat empat tingkat struktur dasar protein, yaitu:Struktur primer:

Menunjukkan jumlah, jenis dan urutan asam amino dalam molekul protein atau menunjukkan ikatan peptida yang urutannya diketahui. Analisis dilakukan dengan tahapan berikut:

1. penentuan jumlah rantai polipeptida yang berdiri sendiri2. pemecahan ikatan antara rantai polipetida tersebut3. pemecahan masing-masing rantai polpeptida4. analisis urutan asam amino pada rantai polipeptida

Struktur sekunder:Yaitu struktur alfa heliks dan lembaran berlipat (pleated sheet structure) yaitu konfigurasi α (rantai sejajar) yang berkelok-kelok yang terjadi akibat ikatan hidrogen

atara dua rantai polipeptida atau lebih. Lembaran berlipat disebut berbentuk paralel apabila rantai polipeptida yang berikatan melalui ikatan hidrogen itu sejajar dan searah, dan berbentuk anti-paralel bila sejajar namun berlawanan arah.

Struktur tersier:Menunjukkan kecenderungan polipeptida membentuk lipatan atau gulungan, sehingga membentuk struktur yang lebih kompleks, misalnya pada protein globular.

Struktur kuartener:Menunjukkan derajat persekutuan unit-unit protein. Sebagai contoh, enzim fosforilase terdiri dari dua unit protein yang bila terpisah tidak memperlihatkan aktivitas enzim, tetapi bila bersekutu membentuk enzim yang aktif. Karena kedua unit protein ini sama, maka disebut struktur kuarterner homogen. Apabila unit-unit itu tidak sama, seperti pada virus mozaik tembakau, disebut kuarterner heterogen. Apabila terdiri dari beberapa unit maka disebut oligomer.

Protein digolongkan dalam dua katagori, yaitu protein sederhana yang terdiri dari molekul-molekul asam amino, dan protein gabungan, yaitu yang terdiri dari protein dan berikatan dengan gugus bukan protein (prostetik) yaitu karbohidrat, lipid ataupun asam nukleat. Protein sederhana terbagi atas dua bagian, yaitu protein fiber, yaitu berbentuk molekul panjang seperti serat/serabut dan protein globular yang berbentuk bulat.

Protein FiberYang termasuk didalamnya adalah:

1. α heliks seperti pada keratin. Keratin adalah protein yang terdapat pada bulu domba, sutera alam, rambut, kulit, kuku, dll.

2. lembaran berlipat paralel dan anti paralel seperti pada protein sutera alam.3. heliks tripel pada kolagen. Kolagen adalah jenis protein yang terdapat pada

jaringan ikat. Hampir 30% protein dalam tubuh adalah kolagen.

Protein GlobularUmumnya dapat larut dalam air, larutan asam, larutan basa dan juga etanol/alkohol. Contohnya adalah albumin, globulin (antara lain terdapat pada serum darah, otot dan jaringan lainnya), histon (terdapat dalam inti sel berikatan dengan asam nukleat, diperoleh juga dari jaringan kelenjar pancreas) dan protamin (terdapat dalam sel sperma ikan).

Protein GabunganAda beberapa jenis protein gabungan, antara lain adalah mukoprotein, glikoprotein, lipoprotein dan nukleoprotein.Mukoprotein adalah gabungan antara protein dan karbohidrat (lebih dari 4%

heksosamina). Terdapat pada bagian putih telur, serum darah dan urine wanita yang sedang hamil

Glikoprotein terdiri dari protein dan karbohidrat (kurang dari 4% heksosamina).Lipoprotein adalah gabungan protein dengan lipid. Terdapat dalam serum darah, otak,

dan jaringan syaraf.Nukleoprotein adalah gabungan protein dengan asam nukleat. Terdapat dalam inti sel.

KARBOHIDRAT

Asal kata “karbohidrat” adalah dari kata “karbon” dan “hidrat” atau air, karena dahulu orang berkesimpulan bahwa terdapat molekul air dalam karbohidrat, yaitu dengan melihat rumus molekul kimianya, contohnya glukosa C6H12O6 dengan perbandingan jumlah atom H dan O adalah 2:1 seperti pada molekul air. Walaupun pada kenyataannya tidak terdapat molekul air, namun kata karbohidrat tetap digunakan selain nama Sakarida

KLASIFIKASI

Karbohidrat (sakarida) diklasifikasikan menjadi 4 kelompok besar, yaitu:Monosakarida:

Adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana lagi. Bentuk monosakarida ini dapat dibagi lebih lanjut: (1) menurut jumlah atom karbon yang dimilikinya, yaitu triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, heptosa dan oktosa, dan (2) menurut gugus fungsional, yaitu memiliki gugus aldehid (aldosa) atau memiliki keton (ketosa).

Disakarida:Jika dihidrolisis akan menghasilkan dua molekul monosakarida.

Oligosakarida:Jika dihidrolisis akan menghasilkan dua sampai sepuluh unit monosakarida.

Polisakarida:Terdiri dari lebih dari sepuluh unit monosakarida jika dihidrolisis.

Pada karbohidrat, perlu diperhatikan terdapatnya isomer dan stereoisomer, yaitu seperti berikut ini:(1) isomer D- dan L-:

Yaitu dekstrorotatory atau tanda “+”, dimana pada polarisasi, cahaya terputar kekanan, dan levorotatory dengan tanda “-“, dan putaran cahaya sebaliknya. Jika terdapat isomer D- dan L- dalam jumlah yang sama, maka campuran tersebut tidak akan memiliki aktivitas optis, karena saling meniadakan. Campuran tersebut disebut campuran rasemik atau campuran DL.

(2) struktur cincin piranosa dan furanosa:Struktur cincin monosakarida yang stabil akan menyerupai struktur cincin piran atau cincin furan.

(3) anomer alfa dan beta:Penamaan alfa dan beta berdasarkan stereoisomer arah –OH, seperti juga dengan dekstrorotatory dan levorotatory.

(4) epimer:Isomer yang menjadi berbeda akibat variasi pada konfigurasi –OH dan –H.

(5) isomerisme aldosa-ketosa:Yaitu isomer dari aldehid dan keton, misalnya pada D-glukosa terhadap CHO, yaitu

bentuk .

PERANAN FISIOLOGIS

Bentuk gula pentosa dengan makna fisiologisnya:Zat gula Tempat ditemukan Peran biokimiawi

D-Ribosa Asam nukleat Unsur-unsur struktural asam nukleat dan koenzim, misalnya ATP, NAD, NADP, flavoprolein. Fosfat ribose merupakan intermediate dalam lintasan pentosa fosfat.

D-Ribulosa Terbentuk dalam pelbagai proses metabolisme

Fosfat ribulosa merupakan intermediate dalam lintasan pentosa fosfat

D-Arabinosa Gum arabikum. Gum buah prem (plum) dan buah ceri

Unsur pembangun glikoprotein

D-xilosa Gum kayu, proteoglikan, glukosa monoglikan

Unsur pembentuk glikoprotein

D-Liksosa Otot jantung Unsur pembentuk liksoflavin yang diisolasi dari otot jantung manusia

L-Xilulosa Makna klinis: dalam urine pada pentosuria esensial

Intermediate dalam lintasan asam uronat

Bentuk gula heksosa dengan makna fisiologisnya:Zat gula Sumber Peran biokimiawi Makna klinis

D-Glukosa Sari buah, hidrolisis pati, gula tebu, maltosa dan laktosa

Gula tubuh. Gula yang dibawa oleh darah, dan bentuk utama yang digunakan oleh jaringan

Terdapat dalam urine (glikosuria) pada diabetes mellitus akibat kenaikan kadar glukosa darah (hiperglikemia)

D-Fruktosa Sari buah, madu, hidrolisis gula tebu dan inulin (dari Jerusalem artichoke, sejenis sayuran)

Dapat diubah menjadi glukosa didalam hati dan dengan demikian digunakan didalam tubuh

Intoleransi fruktosa herediter menimbulkan akumulasi fruktosa dan hipoglikemia

D-Galaktosa Hidrolisis laktosa Dapat diubah menjadi glukosa didalam hati dan dimetabolisasi. Disintesis dalam kelenjar mammae untuk membentuk laktosa susu. Unsur pembentuk glikolipid dan glikoprotein

Kegagalan memetabolisasi menyebabkan galaktosemia dan katarak

D-Mannosa Hidrolisis manan dan gum tanaman

Unsur pembentuk banyak senyawa glikoprotein

Berikut ini adalah hubungan struktural berbagai aldosa yang memiliki makna fisiologis yang penting:

Berikut ini adalah contoh-contoh ketosa yang memiliki makna fisiologis yang penting:

GLIKOSIDA

Glikosida merupakan senyawa yang terbentuk dari suatu monosakarida yang berikatan dengan monosakarida atau senyawa lain pada gugus –OH. Senyawa glikosida ditemukan dalam sejumlah besar obat serta rempah dan dalam unsur-unsur pembentuk jaringan tubuh binatang. Senyawa aglikon (yaitu bukan monosakarida yang berikatan dengan monosakarida) dapat berupa metanol, gliserol, sterol, fenol atau basa seperti adenin. Glikosida jantung mengandung steroid sebagai komponen aglikonnya, seperti ouabain. Senyawa glikosida lainnya mencakup antibiotik seperti streptomisin.

HEKSOSAMIN

Heksosamin atau gula amino merupakan komponen glikoprotein, gangliosida dan glikosaminoglikan. Contoh dari gula amino adalah D-glukosamin, D-galaktosamin dan D-manosamin. Beberapa antibiotik (seperti eritromisin) mengandung gula amino. Gula amino diyakini mempunyai hubungan dengan aktivitas antibiotik obat-obat tersebut.

Bentuk disakarida dengan makna fisiologisnya:Zat gula Sumber Makna klinis

Maltosa Digesti oleh amylase atau hidrolisis pati, sereal dan malt yang sedang bertunas

Laktosa Susu, dapat ditemukan dalam urine selama kehamilan

Pada defisiensi lactase, malabsorpsi menyebabkan diare dan kembung

Sukrosa Tebu dan gula bit, sorgum, nanas, wortel

Pada defisiensi sukrase, malabsorpsi menyebabkan diare dan kembung

Trehalosa Fungus dan ragi, gula utama pada hemolimfe insekta

Beberapa karbohidrat dalam glikoprotein:Heksosa Manosa (Man)

Galaktosa (Gal)Asetil hekosamin N-Asetilglukosamin (Gic NAc)

N-Asetilgalaktosamin (Gal NAc)Pentosa Arabinosa (Ara)

Xilosa (Xyl)Metil pentosa L-Fruktosa (Fuc)Asam sialat Derivat N-asil dari asam neuraminat, misalnya asam N-

asetilneuraminat (NeuAc), asam sialat utama.

POLISAKARIDA

Polisakarida mencakup berbagai karbohidrat berikut yang penting secara fisiologis:

Pati:Pati merupakan sumber karbohidrat paling penting dalam makanan dan ditemukan di dalam sereal, kentang, legume, serta jenis-jenis sayuran lain. Dua unsur utama pati adalah amilosa (15-20%) yang mempunyai struktur heliks tanpa cabang, dan amilopektin (80-85%), yang terdiri atas rantai bercabang.

Glikogen:Merupakan polisakarida cadangan pada tubuh hewan, sering juga disebut pati hewan. Glikogen merupakan struktur yang memiliki cabang jauh lebih banyak dari amilopektin.Inulin: pati yang ditemukan dalam umbi dan akar tanaman dahlia, artichoke dan dandelionDekstrin: produk yang pertama kali terbentuk saat proses hidrolisis pati.

Selulosa:Merupakan unsur utama kerangka tumbuhan. Selulosa tidak dapat dicerna oleh banyak mamalia termasuk manusia, karena tidak adanya enzim hidrolase yang memecah selulosa, namun pada beberapa kondisi terbatas, dapat terjadi pada kolon manusia, binatang pemamah biak dan herbivora.

Kitin:Merupakan polisakarida struktural penting pada invertebrate, misalnya pada eksoskeleton krustasea dan insekta.

Glikosaminoglikan (mukopolisakarida):Merupakan suatu rantai karbohidrat kompleks yang mengandung gula amino dan asam-asam uronat. Kalau rantai-rantai ini melekat pada molekul protein, maka disebut proteoglikan. Glikosaminoglikan bergabungan dengan unsur-unsur pembentuk struktur jaringan seperti tulang, elastin dan kolagen.

Glikoprotein (mukoprotein):Zat ini merupakan karbohidrat yang mengandung protein. Pada pemeriksaan membran sel mamalia menunjukkan bahwa sekitar 5% terdiri atas karbohidrat yang terdapat dalam bentuk glikoprotein dan glikolipid.

Asam Sialat:Sebagai pembentuk glikoprotein dan gangliosida.

Rangkuman Karbohidrat:1. Karbohidrat merupakan unsur pembentuk utama pada makanan hewan dan jaringan tubuh

hewan. Karbohidrat dicirikan oleh tipe dan jumlah monosakarida didalam molekulnya.2. glukosa merupakan karbohidrat yang paling penting dalam biokimia mamalia karena

hampir semua karbohidrat dalam makanan akan dikonversi menjadi glukosa untuk metabolisme selanjutnya.

3. gula memiliki banyak sekali stereoisomer karena unsur ini mengandung banyak atom karbon asimetrik.

4. monosakarida yang memiliki makna fisiologis penting mencakup glukosa, “gula darah” dan ribose, suatu unsur pembentuk penting pada nukelotida serta asam nukleat.

5. disakarida dengan makna fisiologis penting mencakup maltosa, suatu intermediate penting dalam pencernaan pati dan glikogen, sukrosa, penting sebagai konstituen dietetic yang mengandung glukosa serta fruktossa, dan laktosa, suatu gula khusus yang ditemukan dalam susu dan mengandung galaktosa serta glukosa.

6. pati dan glikogen, masing-masing secara berurutan merupakan bentuk cadangan dari polimer glukosa dalam tumbuhan dan hewan. unsur-unsur ini merupakan sumber energi utama dalam makanan.

7. karbohidrat kompleks mengandung derivate gula lain, seperti gula amino, asam uronat dan asam sialat. Hal ini mencakup proteoglikan serta glikosaminoglikan, yang bergabung dengan unsur struktural jaringan, serta glikoprotein, yang merupakan protein dengan rantai oligosakarida yang melekat; unsur-unsur ini ditemukan pada banyak keadaan, termasuk membran sel.

LIPID

Sifat umum lipid adalah tidak larut dalam air, namun kebanyakan larut pada pelarut nonpolar seperti eter, kloroform dan benzene. Kepentingan lipid pada tubuh kita, selain karena nilai energinya yang sangat tinggi, juga karena beberapa jenis vitamin yang larut pada lemak dan asam lemak esensial yang diperlukan dari makanan kita.

Menurut Bloor, lipid diklasifikasikan menjadi tiga katagori, yaitu:1. Lipid sederhana, yaitu ester asam lemak dengan berbagai alkohol, merupakan gugus asam

karboksilat alifatik.a. Lemak: ester asam lemak dengan gliserol. Lemak yang berada dalam keadaan cair

dikenal sebagai minyak.b. Malam: ester asam lemak dengan akohol monohidrat berbobot molekul lebih

tinggi.2. Lipid kompleks, yaitu ester asam lemak yang mengandung gugus-gugus lain di samping

alkohol dan asam lemak.a. Fosfolipid: kelompok lipid yang mengandung asam lemak dan alkohol, serta

mengandung asam fosfat.b. Glikolipid (glikosfingolipid): kelompok lipid yang mengandung asam lemak,

sfingosin, dan karbohidrat.c. Lipid kompleks lainnya: kelompok seperti sulfolipid dan aminolipid, juga

dimasukkan kedalamnya lipoprotein.3. Prekursor dan derivat (turunan) dari lipid: kelompok ini mencakup asam lemak, gliserol,

steroid, senyawa alkohol selain gliserol, serta sterol, aldehid lemak dan keton, hidrokarbon, vitamin larut lemak, serta berbagai hormon.

Jika dilihat dari tingkat kejenuhan gugus fungsi dari asam lemak, maka terdapat kelompok:1. Asam lemak jenuh: tidak mengandung ikatan rangkap pada struktur dasarnya. Beberapa

contoh asam lemak jenuh adalah seperti berikut ini:

Nama umum Jumlah atom C

Format 1 Berperan dalam metabolisme unit

Asetat 2Produksi akhir yang penting pada proses fermentasi karbohidrat oleh hewan pemamah biak

Propionat 3Produk akhir fermentasi karbohidrat oleh hewan pemamah biak

Butirat 4 Pada beberapa lemak tertentu dalam jumlah kecil (khususnya mentega). Produk-produk fermentasi karbohidrat oleh hewan pemamah biak

Valerat 5Kaproat 6Kaprilat (oktanoat) 8 Dalam jumlah kecil didalam banyak jenis lemak (termasuk

mentega), khususnya yang bersumber nabatiKaprat (dekanoat) 10

Laurat 12Spermaceli (sejenis bahan mirip malam dari kepala lumba-lumba dan sejenis ikan paus), kayu manis, biji kelapa sawit, minyak kelapa, salam, mentega

Miristat 14 Pala, biji kelapa sawit, minyak kelapa, cengkeh, mentegaPalmitat 16

Lazim ditemukan dalam semua lemak hewani dan nabatiStearat 18Arakidat 20 Minyak kacang (arachis)

Behenat 22 Biji-bijianLignoserat 24 Serebrosida, minyak kacang

2. Asam lemak tak jenuh: mengandung satu atau lebih ikatan rangkap pada ikatan antar karbon pada struktur dasarnya.

a. Asam lemak tak jenuh tunggal (monoetenoid, monoenoat), yang mengandung satu ikatan rangkap

b. Asam lemak tak jenuh mejemuk (polietenoikd, polienoat), yang mengandung dua atau lebih ikatan rangkap

c. Eikosanoid, terdiri atas prostanoid, leukotrien (LTs), dan lipoksin (LXs). Prostanoid mencakup prostaglandin (PGs), prostasiklin (PGIs), dan tromboksan (TSx).

prostaglandin, terdapat pada setiap jaringan mamalia dan bekerja sebagai hormon setempat, mempunyai aktivitas fisiologik dan farmakologik yang penting

tromboksan, ditemukan dalam trombosit leukotrien dan lipoksin, ditemukan dalam leukosit

Nama umum Jumlah atom C, lokasi ikatan rangkap

Asam monoenoat (satu ikatan rangkap)Palmitoleat 16: 1,9 Hampir dalam semua lemak

Oleat 18: 1,9Mungkin merupakan asam lemak yang paling sering ditemukan dalam lemak alami

Elaidat 18: 1,9 Lemak terhidrogenasi dan lemak pemamah biakErusat 22: 1,13 Minyak biji lobak dan mostar (mustard)Nervonat 24: 1,15 Dalam serebrosida

Asam dienoat (dua ikatan rangkap)

Linoleat 18: 2,9,12Minyak jagung, kacang, biji kapas, kedelai, dan banyak minyak nabati lainnya

Asam trienoat (tiga ikatan rangkap)

γ-Linolenat 18: 3,6,9,12Beberapa tanaman, misalnya minyak evening primrose, borage, asam lemak minor pada hewan

α-Linolenat 18: 3,9,12,15Sering ditemukan bersama linoleat tetapi terutama dalam minyak linseed

Asam tetraenoat (empat ikatan rangkap)

Arakidonat 20: 4,5,8,11,14Ditemukan bersama asam linoleat dalam minyak kacang, komponen penting fosfolipid pada hewan

Asam pentaenoat (lima ikatan rangkap)

Timnodonat 20: 5,8,11,14,17Komponen penting pada minyak ikan, misalnya minyak dari hati ikan cod, makarel, menhaden, salmon

Klupanodonat 22: 5,7,10,13,16,19 Minyak ikan, fosfolipid di otak

Asam heksaenoat (enam ikatan rangkap)

Servonat 22: 4,6,7,10,13,16,19 Minyak ikan, fosfolipid di otak

Asam lemak alami umumnya memiliki jumlah atom karbon genap, karena merupakan hasil sintesis dari dua-karbon.

Jumlah karbon dalam asam lemak menentukan sifat fisiknya, yaitu pada asam lemak yang memiliki sedikit jumlah atom, maka umumnya akan berbentuk cair pada suhu kamar, seperti pada asam butirat dan asam kaproat, sedangkan yang memiliki jumlah atom karbon banyak seperti palmitat dan stearat berbentuk padat pada suhu kamar.

Lipid membran yang harus berbentuk cair pada segala suhu lingkungan, bersifat lebih tak jenuh dibandingkan lipid cadangan. Hal ini berguna bagi tubuh dalam menghadapi kondisi lingkungan, misalnya pada hewan-hewan hibernator (tidur panjang pada musim dingin) atau ekstremitas hewan (hidup pada kondisi ekstrim, misalnya di gurun, malam dingin sekali, siang panas sekali), maka asam lemak bersifat lebih tak jenuh. Sehingga dapat disimpulkan semakin banyak jumlah ikatan rangkap, makin rendah titik leburnya.

Kelarutan asam lemak dalam air berkurang dengan bertambah panjangnya rantai karbon. Asam butirat larut dalam air, asam kaproat larut sedikit, sedangkan asam palmitat, stearat, oleat dan linoleat tidak larut dalam air.

Asam lemak adalah asam lemah, dan dapat bereaksi dengan basa membentuk garam.

R-COOH + NaOH R-COONa + H2O

Garam natrium atau kalium yang dihasilkan oleh asam lemak dapat larut dalam air dan dikenal sebagai sabun. Sabun kalium disebut sabun lunak dan digunakan sebagai sabun untuk bayi. Asam lemak yang digunakan untuk sabun umumnya adalah asam palmitat atau stearat. Dalam industri, sabun tidak dibuat dari asam lemak, tetapi langsung dari minyak yang berasal dari tumbuhan. Minyak adalah ester asam lemak tidak jenuh dengan gliserol.

Molekul sabun terdiri atas rantai hidrokarbon dengan gugus –COO- pada ujungnya. Bagian hidrokarbon bersifat hidrofobik (tidak suka air) atau tidak mudah larut dalam air, sedangkan gugus –COO- bersifat hidrofilik (suka air) jadi dapat larut dalam air.

LEMAK

Yang dimaksud dengan lemak ialah suatu ester tiga molekul asam lemak dengan satu molekul gliserol. Gliserol adalah trihidroksi alkohol yang terdiri atas tiga atom karbon. Satu molekul gliserol dapat mengikat satu, dua atau tiga molekul asam lemak dalam bentuk ester, yang disebut monogliserida, digliserida atau trigliserida.

R pada gambar diatas adalah asam lemak, dimana asam lemak tersebut boleh sama, boleh berbeda.

Asam lemak yang terdapat di alam ialah asam palmitat, stearat, oleat dan linoleat. Lemak hewan umumnya berupa zat padat pada suhu ruangan, sedangkan lemak tumbuhan berupa zat cair atau disebut dengan minyak.

LILIN

Lilin adalah ester asam lemak dengan monohidroksi alkohol yang mempunyai rantai karbon panjang antara 14 – 34 atom karbon. Lilin dapat diperoleh antara lain dari lebah madu, yaitu untuk membentuk sarang tempat menyimpan madu (campuran dari berberapa senyawa, terutama mirisilpalmitat) dan sumber yang kedua adalah dari bagian kepala ikan paus atau lumba-lumba yang disebut dengan spermaseti yang terdiri dari setilpalmitat. Dahulu spermaseti digunakan untuk keperluan penerangan.

Lilin tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut lemak. Oleh karena itu, maka lilin yang terdapat pada tumbuhan berfungsi sebagai lapisan pelindung terhadap air, misalnya yang terdapat pada daun dan buah. Pada hewan pun, lilin memegang peranan yang penting sebagai penahan air, misalnya pada domba, burung dan serangga.

Lilin tidak mudah terhidrolisis seperti lemak dan tidak dapat diuraikan oleh enzim yang menguraikan lemak. Oleh karena itu lilin tidak berfungsi sebagai bahan makanan.

FOSFOLIPID

Fosfolipid atau fosfotidat adalah suatu gliserida yang mengandung fosfor dalam bentuk ester asam fosfat, sehingga fosfolipid adalah suatu fosfogliserida. Gugus yang diikat oleh asam fosfatidat ini antara lain adalah kolin (fosfatidilkolin), etanolamina (fosfatidiletanolamina), serin (fosfatidilserin) dan inositol (fosfatidilinositol).

Pada tumbuhan fosfolipid terdapat dalam kedelai, pada manusia atau hewan, terdapat dalam telur, otak, hati, ginjal, pancreas, paru-paru dan jantung.

Fosfatidilkolin atau lesitin, mula-mula diperoleh dari kuning telur (lekhytos), sehingga diberi nama lesitin. Asam lemak yang terdapat pada lesitin antara lain adalah asam palmitat, stearat, oleat, linoleat dan linolenat. Lesitin berupa zat padat lunak seperti lilin, berwarna putih dan dapat diubah menjadi coklat bila kena cahaya dan bersifat hidroskopik dan bila bercampur dengan air membentuk larutan koloid.

Lesitin larut dalam semua pelarut lemak kecuali aseton. Penambahan aseton pada larutan koloid dapat mengendapkan lesitin. Apabila lesitin dikocok dengan asam sulfat akan terjadi asam fosfatidat dan kolin. Bila dipanaskan dengan basa atau asam, akan menghasilkan asam lemak, kolin, gliserol dan asam fosfat. Hidrolisis dapat terjadi dengan bantuan enzim lesitinase. Lesitinase yang terdapat dalam cairan bisa ular kobra dapat menguraikan asam lemak hingga terjadi lisolesitin, yang dapat menyebabkan terjadinya hemolisis (proses perusakan sel-sel darah merah).

Sefalin (termasuk didalamnya fosfatidiletanolamina dan fosfatidilserin) terdapat dalam berbagai jaringan dan sel, terutama banyak terdapat dalam sel otak dan sel syarat lainnya bersama-sama dengan lesitin.

Fosfatidilinositol terdapat dalam semua sel dan jaringan hewan, pada tumbuhan terdapat dalam kedelai.

SFINGOLIPID

Salah satu kelompok dari sfingolipid adalah sfingomielin. Sfingomielin terutama terdapat dalam jaringan syaraf. Dalam otak terdapat sfingomielin yang mengandung sfingosin dengan beberapa ikatan rangkap.

Kelompok yang lain adalah seramida, yang terdapat dalam jumlah kecil pada jaringan tumbuhan maupun hewan.

Disamping kelompok seramida dan sfingomielin, terdapat juga golongan sfingolipid yang mengandung karbohidrat, yang disebut glikolipid, dimana salah satunya adalah senyawa serebrosida, terutama terdapat dalam jaringan syaraf..

TERPEN

Yang termasuk dalam terpen antara lain adalah sitral, pinen, geraniol, kamfer, karoten, vitamin A, fitol dan skualen.

Sitral, pinen dan geraniol terdapat dalam minyak atsiri yang berasal dari tumbuhan, misalnya terpentin dan minyak mawar. Sitronelal terdapat dalam minyak sereh. Kamfer dalam alam terdapat dalam pohon kamfer. Fitol adalah salah satu hasil hidrolisis dari klorofil, sedangkan skualen dapat diperoleh dari minyak ikan hiu.

STEROID

Senyawa steroid mempunyai struktur dasar 3 cincin sikloheksana dan 1 cincin siklopentana, seperti pada gambar dibawah:

Banyak steroid dikenal dengan nama trivial (tidak sistematis), misalnya androsteron, progesterone, estron, dll. Nama trivial ini akhirnya menjadi dasar pembentukan nama senyawa-senyawa steroid.

Pada testosterone, nama sistematiknya adalah ∆4-androstena-3-on-17(β)ol. Untuk progesterone, mempunyai nama sistematik ∆4-pregnana-3,20-dion.

Kolesterol adalah salah satu sterol yang penting dan terdapat pada hampir semua sel hewan dan manusia. Pada tubuh kolesterol terdapat dalam darah, empedu, kelenjar adrenal luar (adrenal cortex), dan jaringan syarat. Apabila terdapat dalam konsentrasi tinggi, kolesterol akan membentuk kristal yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau, dan mempunyai titik lebur 150-1510C. Bila terdapat dalam darah akan mengakibatkan penyempitan pembuluh darah karena dinding pembuluh darah menebal, dan membuatnya kurang elastis.

7-Dehidroksikolesterol mempunyai hanya sedikit perbedaan dari kolesterol. Dengan sinar ultra violet, 7-dehidroksikolesterol akan diubah menjadi vitamin D yang sangat berguna untuk tubuh. Ergosterol mempunyai sedikit perbedaan dari 7-dehidroksikolesterol, dan dapat juga diubah menjadi vitamin D, sehingga keduanya disebut dengan provitamin D.

Cairan empedu dibuat oleh hati dan disimpan dalam kantung empedu yang dikeluarkan ke dalam usus dua belas jari (duodenum) untuk membantu proses pencernaan makanan. Cairan empedu ini mengandung bilirubin dari penguraian hemoglobin, asam empedu dan kolesterol. Asam empedu mengandung asam kolat, asam deoksikolat (yang bergabung dengan glisin membentuk glikodeoksikolat) dan asam litokolat (bergabung dengan taurin membentuk asam taurolitokolat), yang terdapat dalam bentuk garam. Garam empedu ini berfungsi sebagai emulgator, yaitu suatu zat yang menyebabkan kestabilan suatu emulsi, khususnya lipid atau lemak. Kira-kira 90% dari garam empedu akan diabsorpsi kembali melalui dinding usus dan dibawa ke hati.

Terdapat dua jenis hormon kelamin, yaitu hormon laki-laki terdiri dari testoteron dan androsteron, dan hormon perempuan, yaitu estrogen dan progesterone. Estrol, estradiol dan estriol adalah hormon yang termasuk estrogen, sedangkan prognandiol adalah hasil metabolisme progesterone.

Yang termasuk dengan lipid kompleks adalah lipid yang terdapat dalam alam bergabung dengan senyawa lain, misalnya dengan protein (lipoprotein) atau karbohidrat (lipopolisakarida). Lipoprotein terdapat dalam plasma darah. Bagian lipid dalam lipoprotein pada umumnya adalah trigliserida, fosfolipid atau kolesterol. Lipopolisakarida terbentuk dalam dinding sel beberapa jenis bakteri.

PENCERNAAN MAKANAN

Mulut

Pencernaan secara mekanis dilakukan oleh gigi, yaitu untuk memperkecil ukuran makanan, sehingga akan memperluas permukaan kontak makanan dengan enzim-enzim aktif yang bekerja di sistem pencernaan. Ilustrasi – 1 kotak ukuran 2 x 2 dan 4 kotak ukuran 1 x 1

Didalam mulut terdapat air liur/saliva yang memiliki pH 5,75-7 terdiri 99,24% air dan 0,58% ion-ion dan zat organik. Tersusun dari zat-zat anorganik/ion-ion seperti Ca2+, Mg2+, Na+, K+, PO4-, Cl-, HCO3

-, SO42- dan zat-zat organik seperti musin (suatu glikoprotein) dan enzim

amylase (ptialin) yang dihasilkan oleh 3 kelenjar, yaitu kelenjar sublingual (didepan dibawah lidah), submandibular dan paratiroid.

Fungsi musin (mukoprotein) adalah untuk membasahi makanan dan sebagai pelumas dalam proses menelan makanan (melindungi esophagus sebagai suatu lapisan tipis). Enzim amylase (ptyalin) berfungsi sebagai pemecah amilum menjadi maltosa.

Lambung

Makanan akan masuk dari mulut melalui esophagus ke lambung melalui gerakan peristaltic dan oleh adanya musin. Ilustrasi – muntah

Cairan lambung terdiri dari 99,4% air dan sisanya zat-zat anorganik (HCl, NaCl, KCl, H3PO4) dan zat organik yaitu enzim pepsin, rennin dan lipase. Dilambung terdapat 2 macam kelenjar, yaitu sel-sel sekresi (sel utama) dan sel-sel parietal. HCl dihasilkan oleh sel-sel parietal.

Lambung memiliki pH 1,0 – 2,0 sehingga dapat melakukan pemecahan protein (koagulasi dan degradasi protein) oleh aktifitas enzim pepsin.

METABOLISME KARBOHIDRAT

Secara ringkas, metabolisme karbohidrat dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu metabolisme yang tidak menggunakan oksigen atau disebut anaerobik dan disebut sebagai proses glikolisis, dan yang menggunakan oksigen atau disebut aerobik dan disebut sebagai proses oksidasi dalam suatu siklus asam sitrat (dikenal juga dengan nama siklus Krebs)

Glikolisis

Reaksi monosakarida dalam hati

Siklus asam sitrat, Kreb’s cycle

Reaksi Koenzim Jumlah ATP/ mol glukosa

Pemindahan elektron3-fosfogliseraldehida 1,3-difosfogliserat NAD 4Piruvat asetil KoA NAD 6Isositrat α ketoglutarat NADP 6α ketoglutarat suksinil KoA NAD 6Suksinat fumarat FAD 4Malat oksaloasetat NAD 6

Tingkat substrat1,3-difosfogliserat 3-fosfogliserat 2Fosfoenol piruvat piruvat 2Suksinil KoA suksinat 2

________Jumlah 38

Digunakan untuk fosforilasi glukosa -2________

Jumlah bersih

36

Setiap mol glukosa akan menghasilkan 36 mol ATP.