Makalah PBL Blok 3

Ikatan Kimia dalam Reaktifitas Biologis pada Manusia

Oleh:

Raymond Edwin Lubis

10.2010.142

Kelompok: C1

29 Desember 2010

Fakultas Kedokteran

Universitas Kristen Krida Wacana

Pendahuluan

Manusia merupakan makhluk hidup yang sangat kompleks. Tersusun dari bermilyar-

milyar sel yang membentuk sedemikian rupa hingga mencapai suatu individu. Masing-

masing sel yang terdapat dalam tubuh melaksanakan tugasnya dengan baik agar manusia

dapat melakukan aktifitas biologis sehari-hari dengan baik. Tugas masing-masing sel ini

didukung oleh adanya beberapa unsur kimia yang saling berikatan dalam tubuh. Unsur-unsur

kimia dalam tubuh ini saling berikatan membentuk ikatan kimia dan bereaksi sedemikian

rupa di dalam tubuh manusia. Reaksi-reaksi tersebut berlangsung secara biologis.

Karena reaksi biologis dalam tubuh begitu banyak dan saling berkaitan, dalam makalah

ini hanya membahas reaksi biologis dari tiga senyawa yang secara khusus berperan besar

dalam reaksi biologis tersebut. Senyawa tersebut adalah karbohidrat, protein, dan lipid.

Reaksi biologis yang akan dijelaskan hanya beberapa reaksi secara langsung dirasakan tubuh

dan dapat dilihat dengan jelas.

Unsur dan Atom

Unsur merupakan bahan yang tidak dapt dipecah lagi menjadi bahan lain dengan reaksi

kimiawi. Dewasa ini, para kimiawan mengenal 92 unsur yang terdapat di alam; emas,

tembaga, karbon, dan oksigen merupakan contohnya. Setiap unsur memiliki lambang,

biasanya huruf pertama atau dua huruf dari nama unsur tersebut. Sebagian lambang

diturunkan dari nama dalam bahas Latin atau Jerman. Senyawa merupakan zat yang terdiri

atas dua unsur atau lebih yang dikombinasikan dengan rasio yang tetap. Misalnya garam

dapur ialah natrium klorida (NaCl), suatu senyawa yang tersusun dari unsur natrium (Na) dan

klorin (Cl) dengan rasio 1:1. Kedua unsur ini setelah bergabung akan memiliki sifat-sifat

yang baru. Menjadi suatu senyawa yang memiliki karakteristik jauh berbeda dari karakteristik

unsur-unsur yang membentuknya.1

Setiap unsur terdiri atas suatu jenis atom tertentu yang berbeda dari unsur atom lainnya.

Atom ialah bagian terkecil materi yang masih tetap mempertahahankan sifat-sifat suatu

unsur. Atom sedemikian kecilnya sehingga dibutuhkan sekitar sejuta atom untuk direntang

melintasi tanda baca “titik” pada akhir kalimat ini. Kita melambangkan atom dengan

singkatan yang sama dengan yang digunakan unsur yang tersusun dari atom itu. Para

fisikawan telah memecah atom menjadi lebih kecil lagi, yang disebut partikel subatom. Telah

ditemukan tiga jenis partikel yang cukup stabil untuk disebutkan yaitu, neutron, proton, dan

elektron. Neutron dan proton menjadi satu membentuk inti yang padat, atau nukleus atom, di

tengah-tengah atom. Sedangkan elektron bergerak hampir pada kecepatan cahaya,

membentuk awan di sekeliling nuklus tersebut. Perilaku kimiawi suatu atom ditentukan oleh

konfigurasi elektronnya. Dengan kata lain, ditentukan oleh distribusi elektron di kulit-kulit

elektron atom tersebut. Dimulai dengan hidrogen, atom yang paling sederhana, kita dapat

membayangkan membangun atom-atom unsur lain dengan menambahkan satu elektron dan

satu proton sekaligus (bersama dengan jumlah neutron yang sesuai).1

Ikatan Kimiawi dan Interaksi Molekuler

Interaksi yang terjadi antar kuit valensi yang mengakibatkan atom-atom tetap berdekatan

satu dengan yang lain, ditahanoleh gaya tarik-menarik yang disebut ikatan kimiawi. Jenis

terkuat ikatan kimiawi adalah ikatan kovalen dan ikatan ionik. Ikatan kovalen adalah

pemakaian sepasang elektron valensi oleh dua atom. Kemudian kemampuan suatu atom

untuk menarik elektron-elektron dari suatu ikatan kovalen disebut elektronegativitas dari

atom tersebut. Semakin elektronegativitas sebuah atom, semakin kuat atom itu menarik

elektron-elektron yang digunakan bersama ke arahnya sendiri. Pada ikatan kovalen antara dua

atom dari unsur yang sama, hasil tarik-menarik untuk memperoleh elektron bersama ini

mengahasilkan keadaan saling menjauh; kedua atom tersebut sama-sama elektronegatif.

Ikatan demikian ialah ikatan kovalen nonpolar;elektron-elektronnya dipakai dengan setara.1

Ikatan kovalen sangat penting dalam kehidupan karena ikatan ini menghubungkan atom-

atom untuk membentuk molekul suatu sel. Tetapi ikatan antara molekul-molekul juga sangat

diperlukan dalam sel, karena sifat-sifat kehidupan muncul dari interaksi molekuler. Pada

waktu dua molekul dalam sel tersebut melakukan kontak, keduanya dapat melekat

semenatara dengan jenis ikatan kimiawi yang jauh lebih lemah daripada ikatan kovalen.

Keunggulan ikatan yang lemah ialah kontak antara molekul-molekul tersebut berlangsung

singkat, molekul berkumpul, memberi respons dengan cara tertentu, kemudian berpisah.1

Pentingnya ikatan lemah dapat dilihat dalam contoh proses pemberian sinyal kimiawi di

dalam sel otak. Satu sel otak memberi sinyal kepada sel yang lain dengan cara melepas

molekul-molekul yang menggunakan ikatan lemah untuk menempel pada molekul reseptor

yang terletak di dekat permukaan sel penerima. Ikatan ini hanya bertahan sesaat untuk

memicu respons yang diterima oleh molekul reseptor tersebut. Beberapa jenis ikatan kimiawi

lemah sangat diperlukan dalam organisme hidup. Salah satunya ikatan ionik, yang relatif

lemah di tengah keberadaan air. Satu jenis ikatan lemah lainnya, juga sangat penting bagi

kehidupan, dikenal sebagai ikatan hidrogen.1

Hidrolisis

Polimer akan diuraikan menjadi monomernya melalui hidrolisis, suatu proses yang pada

prinsipnya merupakan kebalikan dari reaksi dehidrasi. Hidrolisi berarti memutus dengan air

[Type a quote from the document or the summary of an interesting point. You can position the text box anywhere in the document. Use the Text Box Tools tab to change the formatting of the pull quote text box.]

f

(dari bahas Yunani hydro, berarti “air”, dan lysis berarti “memutus”). Ikatan antara monomer-

monomer yang diputuskan dengan penambahan molekul air, hidrogen dari molekul air terikat

dengan satu monomer, dan gugus hidroksil terikat dengan monomer di dekatnya. Cotoh

hidrolisis yang bekerja dalam tubuh kita adalah proses pencernaan. Sejumlah besar materi

organik dalam makanan kita berbentuk polimer yang terlalu besar untuk dapat masuk ke

dalam sel kita. Di dalam saluran pencernaan, berbagai enzim menghancurkan polimer itu,

sehingga mempercepat hidrolisis. Monomer yang dibebaskan kemudian diserap ke dalam

aliran darah untuk didistribusikan ke seluruh sel-sel tubuh. Sel0sel itu kemudian dapat

menggunakan reaksi dehidrasi untuk merakit monomer itu menjadi polimer baru yang

berbeda dari polimer yang dicerna sebelumnya.1

Karbohidrat yang Penting Secara Fisiologis

Karbohidrat tersebar luas dalam tumbuhan dan hewan; senyawa ini memiliki peran

struktural dan metabolik yang penting. Pada tumbuhan, glukosa disintesis dari karbon

dioksida dan air melalui fotosintesis dan disimpan sebagai pati (kanji, starch) atau digunakan

untuk menyintesis selulosa dinding sel tumbuhan. Hewan dapat menyintesis karbohidrat dari

asam amino, tetapi sebagian besar karbohidrat hewan terutama berasal dari tumbuhan.

Glukosa adalah karbohidrat terpenting; kebanyakan karbohidrat dalam makanan diserap ke

dalam aliran darah sebagai glukosa, dan gula lain diubah menjadi glukosa di hati. Glukosa

adalah bahan bakar metabolik utama pada mamalia (kecuali pada pemamah biak) dan bahan

bakar universal bagi janin. Glukosa adalah prekursor untuk sintesis semua karbohidrat lain di

tubuh, termasuk glikogen untuk penyimpanan; ribosa dan deoksiribosa dalam asam nukleat;

galaktosa dalam laktosa susu, dalam glikolipid, dan sebagi kombinasi dengan protein dalam

glikoprotein dan proteoglikan. Penyakit terkait metabolisme karbohidrat antara lain diabetes

melitus, galaktosemia, penyakit penimbunan glikogen, dan intoleransi laktosa.2

Karbohidrat diklasifikasikan sebgai berikut:

(1) Monosakarida adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat

yang lebih sederhana. Monosakarida ini dapat diklasifikasikan sebagai triosa, tetrosa,

pentosa, heksosa, atau heptosa, bergantung pada jumlah atom karbon; dan sebagai

aldosa atau ketosa bergantung pada gugusa aldehida atau keton yang dimiliki

senyawa tersebut. Selain aldehida dan keton, alkohol polihidrat (alkohol gula atau

poliol), dengan gugus aldehida atau keton yang telah direduksi menjadi suatu gugus

alkohol, juga terdapat secara alami dalam makanan. Alkohol ini dibentuk melalui

reduksi monosakarida dan digunakan dalam pembuatan makanan untuk menurunkan

Gambar 2. Struktur Lewis dari Glukosa4

berat badan dan untuk pasien diabetes. Alkohol polihidrat kurang diserap dengan

baik, dan menghasilkan separuh energi yang dihasilkan oleh gula.2

Monosakarida, khususnya glukosa dengan kerangka karbon linier lebih mudah, hal

ini tidaklah akurat. Dalam larutan aqueous (larutan dengan air sebagai pelarut),

molekul glukosa, dan juga sebagian besar gula-gula lain, membentuk cincin.

Monoskarida jugamerupakan nutrien utama pada sel. Dalam proses yang dikenal

sebagai respirasi seluler, sel-sel mengekstraksi energi yang telah tersimpan dalam

molekul glukosa. Tidak hanya molekul gula sederhana saja yang digunakan sebagai

sumber bahan bakar utama untuk kerja seluler, namun kerangka karbonnya juga

berfungsi sebagi bahan baku sintesis jenis molekul organik kecil lainnya, termasuk

asam amino dan asam lemak, molekul gula yang tidak segera digunakan dengan cara

ini umumnya disimpan sebagi monomer yang bergabung membentuk disakarida atau

polisakarida.1

(2) Disakarida adalah produk kondensasi dua unti monosakarida, contohnya maltosa dan

sukrosa. Disakarida dihubungkan oleh suatu ikatan glikosidik, ikatan kovalen yang

terbentuk antara dua monosakarida melalui reaksi dehidrasi.2

(3) Oligosakarida adalah produk kondensasi tiga sampai sepuluh monosakarida.

Sebagian besar oligosakarida tidak dicerna oleh enzim dalam tubuh manusia.2

(4) Polisakarida adalah produk kondensasi lebih dari sepuluh unit monosakarida,

contohnya pati dan dkestrin yang mungkin merupakan polimer linier atau bercabang.2

Polisakarida kadang-kadang diklasifikasikan sebagi heksosasn atau pentosan,

bergantung pada identitas monsokarida pembentuknya. Selain pati dan dekstrin,

makanan yang mengandung poliskarida lain secara kolektif dinamai polisakarida

nonpati; zat ini tidak dicerna oleh enzim manusia, dan merupakan komponen utama

serat dalam makanan, contohnya selulosa dari dinding sel tumbuhan (suatu polimer

glukosa) dan inulin, yaitu simpanan karbohidrat pada beberapa tumbuhan (suatu

polimer fruktosa).1

Lipid yang Penting Secara Fisiologis

Lipid adalah sekelompok senyawa heterogen, meliputi lemak, minyak, steroid, malam

(wax), dan senyawa terkait, yang berkaitan lebih karena sifat fisiknya daripada sifat

kimianya. Lipid memiliki sifat umum berupa relatif tidak larut dalam air dan larut dalam

pelarut nonpolar misalnya eter dan kloroform. Senyawa ini merupakan konstituen makanan

yang penting tidak saja karena nilai energinya yang tinggi, tetapi juga karena vitamin larut-

lemak dan asam lemak esensial yang terkandung di dalam lemak makanan alami. Lemak

disimpan di jaringan adiposa, tempat senyawa ini juga berfungsi sebagai insulator panas di

jaringan subuktan dan di sekitar organ tertentu. lipid nonpolar berfungsi sebagai insulator

listrik, dan memungkinkan penjalaran gelombang depolarisasi di sepanjang saraf bermielin.

Kombinasi lipid dan protein (lipoprotein) adalah konstituen sel yang penting, yang terdapat

baik di membran sel maupun di mitokondria, dan juga berfungsi sebagai alat pengangkut

lipid dalam darah. Pengetahuan tentang biokimia lipid diperlukan untuk memahami bidang

biomedis penting, misalnya obesitas, diabetes melitus, ateroskelrosis, dan perna berbagai

asam lemak tak jenuh ganda dalam gizi dan kesehatan.2

Klasifikasi lipid adalah sebagai berikut:2

(1) Lipid sederhana: Ester asam lemak dengan berbagai alkohol. Lemak adalah hasil

pengesteran asam lemak dengan gliserol, sedangkan minyak adalah lemak dalam

keadaan cair. Kemudian wax (malam) adalah hasil pengesteran asam lemak dengan

alkohol monohidrat berberat molekul tinggi.

(2) Lipid kompleks: ester asam lemak yang mengandung gugus-gugus selain alkohol dan

asam lemak, yaitu: Fosfolipid, lipid yang mengandung suatu residu asam fosfor,

selain asam lemak dan alkohol. Lipid ini sering memiliki basa yang mengandung

nitorgen dan substituen lain, misalnya lakohol pada gliseronfosfolipid adalah gliserol

dan alkohol pada sfingofosfolipid adalah sfingosin. Glikolipid adalah lipid yang

mengandung asam lemak, sfingosin, dan karbohidrat. Lipid kompleks lain seperti

sulfolipid dan aminolipid. Lipoprotein juga dapat dimasukkan ke dalam kelompok

ini.

(3) Prekursor dan lipid turunan: kelompok ini mencakup asam lemak, gliserol, steroid,

alkohol lain, aldehida lemak dan badan keton, hidrokarbon, vitamin larut-lemak, dan

hormon.

Dalam pembuatan lemak, tiga asam lemak masing-masing berikatan dengan gliserol

melalui ikatan ester, suatu ikatan antara gugus hidroksil dan gugus karboksil. Lemak yang

juga disebut triasgliserol, dengan demikian terdiri atas tiga asam lemak yang berikatan

dengan satu molekul gliserol. Asam lemak memiliki panjang serta jumlah dan lokasi ikatan

ganda yang beragam. Istilah lemak jenuh dan lemak tidak jenuh sangat umum digunakan

dalam konteks nutrisi. Istilah ini mengacu pada struktur ekor hidrokarbon dari asam lemak

itu. Jika tidak ada ikatan ganda di antara atom-atom karbon yang menyusun ekor itu, maka

atom hidrogen akan sebanyak mungkin terikat pada kerangka karbon, membentuk asam

lemak jenuh. Asam lemak tak jenuh memiliki satu atau lebih ikatan ganda, yang terbentuk

melalui pengeluaran atom hidrogen dari kerangka karbon. Asam lemak akan memiliki bentuk

yang kaku pada tempat di mana terdapat ikatan ganda.2

Steroid adalah lipid yang ditandai dengan suatu kerangka karbon yang terdiri atas empat

cincin yang menyatu. Steroid yang berbeda bervariasi dalam gugus fungsional yang terikat

dengan kumpulan cincin ini. Salah satu steroid, yaitu kolestrol merupakan komponen umum

membran sel hewan dan juga merupakan prekursor (senyawa pendahulu) yang mana dari

prekursor ini steroid lain yang akan disintesis. Banyak hormon, termasuk hormon seks

merupakan steroid yang dihasilkan dari kolestrol. Kolestrol adalah konstituen utama

membran plasma dan lipoprotein plasma. Senyawa ini sering ditemukan sebagai ester

kolestril, dengan gugus hidroksil di posisi 3 yang mengalami esterifikasi dengan suatu asam

lemak rantai-panjang. Senyawa ini terdapat pada hewan, namun tidak pada tumbuhan atau

bakteri. Dengan demikian, kolestrol merupakan molekul penting dalam tubuh manusia,

meskipun dalam konsentrasi tinggi dalam darah akan menyebabkan aterosklerosis.2

Menu makanan yang banyak mengandung lemak jenuh merupakan salah satu dari

beberpa faktor yang dapat menyebabkan penyakit kardiovaskuler pada manusia, yang dikenal

sebagai aterosklerosis. Pada kondisi ini, simpanan yang disebut kerak (plak) berkembang di

lapisan internal pembuluh darah, yang menghambat aliran darah dan mengurangi kelenturan

pembuluh darah tersebut.1

Protein yang Penting Secara Biologis

Peran penting protein bisa dilihat dari namanya, yang berasal dari bahasa Yunani yaitu

proteios, yang artinya “tempat pertama.” Protein meliputi lebih dari 50% bobot kering

sebagian besar sel, dan molekul ini sangat berguna sebagai alat bantu dalam hampir setiap hal

ynag dilakukan oleh organisme. Protein digunakan untuk dukungan struktural, penyimpanan,

transpor substansi lain, pergerakan, dan pertahanan melawan substansi asing. Selain itu,

sebagai enzim, protein juga mengatur metabolisme dengan secara selektif mempercepat

reaksi kimiawi dalam sel. Manusia memiliki puluhan ribu protein yang berbeda, masing-

masing dengan struktur dan fungsi yang spesifik.1

Protein merupakan molekul yang dikenal mempunyai struktur paling rumit. Sesuai

dengan fungsinya yang beragam itu, molekul protein juga sangat beragam strukturnya, setiap

jenis protein memiliki bentuk tiga dimensi atau konformasi yang unik. Meskipiun protein

beragam, semua molekul protein merupakan polimer yang dibangun dari kumpulan 20 asam

amino yang sama. Polimer asam amino disebut polipeptida. Suatu protein terdiri atas satu

atau lebih polipeptida yang terlipat dan terbelit membentuk suatu keadaan yang spesifik.1

Tabel 1. Gambaran Umum Fungsi Protein1

Jenis Protein Fungsi Contoh

Protein Struktural Pendukung Keratin adalah protein

rambut, bulu, dan tempelan

lain pada kulit

Protein simpanan/cadangan Cadangan asam amino Kasein, protein susu

merupakan sumber utama

asam amino untuk bayi

Protein transpor Mengangkut substansi lain Hemoglobin, protein yang

mengandung besi dalam

darah, mengangkut oksigen

dari paru-paru ke bagian

tubuh lain. Protein transpor

yang mengangkut molekul

melewati membran sel.

Protein hormonal Koordinasi aktivitas

organisme

Insulin, suatu hormon yang

diseksresi oleh pankreas,

membantu mengatur

konsentrasi gula darah

Protein reseptor Respons sel terhadap

rangsangan kimiawi

Reseptor yang ada pada

membran sel-sel saraf akan

mendeteksi sinyal kimiawi

yang dilepaskan oleh sel-sel

saraf lainnya

Protein kontraktil Pergerakan Aktin dan miosin yang

Gambar 3. Struktur Protein Hemoglobin5

bertanggung jawab dalam

pergerakan otot.

Protein pertahanan Perlindungan terhadap

penyakit

Antibodi menyerang bakteri

dan virus

Protein enzimatik Percepatan, reaksi-reaksi

kimiawi secara selektif

Enzim pencernaan

menghidrolisi polimer dalam

makanan

Fungsi Suatu Protein Bergantung pada Bentuk Spesifiknya

Polipeptida tidaklah persisi bersinonim dengan protein. Hubungannya agak analog

dengan hubungan antara untaian benang panjang dan sebuah kaus hangat (sweater) dengan

ukuran dan bentuk tertentu yang dapat dirajut dari benang itu. Suatu protein fungsional

bukanlah sekedar rantai polipeptida, akan tetapi satu atau lebih polipeptida yang dipelintir,

dilipat, dan dililit secara tepat akan menjadi suatu molekul dengan bentuk yang unik. Urutan

asam amino suatu polipeptida inilah yang menentukan konformasi tiga dimensi apa yang

akan diambil oleh protein tersebut. Banyak protein berbentuk globuler (secara kasar agak

bulat), sementara yang lain bentuknya seperti serat. Namun demikian, di dalam kategori yang

luas ini, mungkin terjadi variasi dengan jumlah yang tak terhitung.1

Konformasi spesifik suatu protein akan

menentukan bagaimana protein tersebut bekerja. Dalam hampir setiap kasus, fungsi suatu

protein bergantung pada kemampuannya untuk mengenali dan berikatan dengan beberapa

molekul lain. Misalny, suatu antibodi yang beriaktan dengan suatu substansi asing tertentu

yang telah menyerang tubuh, dan suatu enzim mengenali dan berikatan dengan substratnya,

suatu substansi yang diperngaruhi oleh enzim. Satu sel dalam saraf otak berfungsi

mengirimkan sinyal ke sel saraf otak lain dengan melepaskan molekul spesifik yang memiliki

bentuk yang unik. Molekul reseptor pada permukaan sel penerima itu adalah protein yang

cocok dengan molekul sinyal tadi, yang kira-kira mirip seperti lubang kunci dan anak kunci.1

Kesimpulan

Tubuh manusia merupakan tubuh yang unik. Ketika sesuatu yang bisa dimasukkan ke

dalam tubuh kita secara otomatis akan mengubahnya menjadi sesuatu yang dapat diterima

oleh sel-sel tubuh kita. Karbohidrat, lipid, dan protein memiliki fungsi masing-masing dalam

tubuh kita agar organ dalam tubuh dapat berfungsi dengan baik.

Daftar Referensi

1. Campbell NA, RB Jane, Mitchell LG. Biologi. Edisi ke-5. Jakarta: Erlangga; 2002.

2. Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. Biokimia Harper. Edisi ke-27. Jakarta: EGC

Medical Publisher; 2006.

3. Takeuchi Y. Teori ikatan kimia berdasarkan teori Bohr. Diunduh dari

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/ikatan_kimia1/teori-ikatan-

kimia-berdasarkan-teori-bohr / , 29 Desember 2010.

4. Zulfikar. Karbohidrat. Diunduh dari http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-

kesehatan/biomolekul/karbohidrat/, 29 Desember 2010.

5. Michigan Nanotechnology Institute for Medicine and Biological Sciences. Controlled

release analgesics. Diunduh dari http://nano.med.umich.edu/Platforms/Controlled-

Release-Analgesics.html, 29 Desember 2010.