MAKROMOLEKULMAKROMOLEKULDALAM TUBUH MANUSIADALAM TUBUH MANUSIA

Oleh ; Dra Yustini Alioes,MSi,AptOleh ; Dra Yustini Alioes,MSi,AptBagian Biokimia Fakultas KedokteranBagian Biokimia Fakultas KedokteranUniversitas AndalasUniversitas AndalasPadangPadang

PendahuluanPendahuluan

Senyawa kimia yang dibutuhkan tubuh manusia dapat dibagi atas:

1. Senyawa makromolekul

terutama: karbohidrat, protein, lipid

2. Senyawa mikromolekul

terutama: mineral, vitamin

KarbohidratKarbohidrat

Adalah suatu polihidroksi aldehid/keton

Nama karbohidrat berasal dari kenyataan bahwa sebagian besar rumus empirisnya adalah karbon “hidrat” terhadap hidrogen dan oksigen (CH2O)n

contoh; D-glukosa = C6H12O6 atau

(CH2O)6 atau C6(H2O)6

KARBOHIDRAT

KH yg dpt dihidrolisis KH yg tdkdpt dihidrolisis

Disa Oligo Poli Monosakarida

sakarida sakarida sakarida

Makromolekul

Kepentingan BiomedisKepentingan Biomedis

Karbohidrat merupakan “tonggak kehidupan” kebanyakkan organisme.

Tanaman hijau mensintesis karbohidrat dari CO2 dan H2O melalui proses fotosintetik dengan menggunakan energi solar.

Hasil fotosintetik tersebut menjadi energi pokok bagi manusia, hewan, tanaman, dan mikroba yang tidak mampu melakukan fotosintetik.

Kepentingan BiomedisKepentingan Biomedis

Glukosa adalah karbohidrat terpenting, karena;

- karbohidrat yang paling banyak diabsorpsi.

- gula lain dapat diubah menjadi glukosa di

hepar.

- bahan bakar metabolik utama.

- prekursor bagi sintesis karbohidrat lain, misal;

glikogen, ribosa, galaktosa, glikoprotein, dan

proteoglikan.

- Terlibat dalam diabetes, galaktosemia, dll.

Klasifikasi KarbohidratKlasifikasi Karbohidrat Monosakarida: Gula sederhana, terdiri dari hanya

satu polihidroksi aldehid/keton.

Misalnya; glukosa, galaktosa, fruktosa Disakarida: Dua unit monosakarida yang

dihubungkan oleh ikatan kovalen.

Misalnya; maltosa, sukrosa, laktosa Oligosakarida: Rantai pendek yang terdiri dari 2 -

10 unit monosakarida.

Misalnya; maltotriosa Polisakarida: Rantai panjang yang terdiri dari

lebih 10 molekul monosakarida. Misalnya; pati

MonosakaridaMonosakarida

Sifat: Tidak berwarna. Merupakan kristal padat yang bebas larut

dalam air. Tidak larut dalam pelarut nonpolar. Kebanyakan mempunyai rasa manis.

D-glukosa L-glukosaD-glukosa L-glukosa

Glukosa Galaktosa Glukosa Galaktosa

Rantai Lurus FruktosaRantai Lurus Fruktosa

Klasifikasi LainKlasifikasi Lain

Klasifikasi menurut jumlah atom C:

triosa (C3), tetrosa (C4), pentosa (C5), heksosa (C6), heptosa (C7), oktosa (C8)

Klasifikasi berdasarkan gugus: aldosa (aldehid) ketosa (keton)

Klasifikasi Gula-Gula PentingKlasifikasi Gula-Gula Penting

Aldosa Ketosa

Triosa (C3H6O3)

Tetrosa (C4H8O4)

Pentosa (C5H10O5)

Heksosa (C6H12O6)

Gliserosa

Eritrosa

Ribosa

Glukosa

Dihidroksiaseton

Eritrulosa

Ribulosa

Fruktosa

DisakaridaDisakarida Adalah dua monosakarida yang disatukan oleh

sebuah O-glikosidat. Terdiri dari;

1. Maltosa = glu-->glu dgn ikatan (1-->4)

2. Laktosa = gal-->glu dgn ikatan (1-->4)

3. Sukrosa = glu-->fruk dgn ikatan (1-->2)

1. Maltosa berasal dari pencernaan kanji.

2. Laktosa adalah gula susu.

3. Sukrosa adalah gula pasir.

Struktur CincinStruktur Cincin

Monosakarida dalam larutan terutama berada dalam bentuk cincin.

Cincin dibentuk oleh reaksi antara gugus karbonil (aldehid dan keton) dengan gugus hidroksil dalam molekul yang sama.

Terdiri dari;- Piranosa (C6)

- Furanosa (C5)

Struktur CincinStruktur Cincin

DisakaridaDisakarida Adalah dua monosakarida yang disatukan oleh

sebuah O-glikosidat. Terdiri dari;

1. Maltosa = glu-->glu dgn ikatan (1-->4)

2. Laktosa = gal-->glu dgn ikatan (1-->4)

3. Sukrosa = glu-->fruk dgn ikatan (1-->2)

1. Maltosa berasal dari pencernaan kanji.

2. Laktosa adalah gula susu.

3. Sukrosa adalah gula pasir.

Struktur GlikosidatStruktur Glikosidat

OligosakaridaOligosakarida Terdapat sebagai komponen glikoprotein

(mukoprotein) dan glikolipid, misalnya dalam imunoglobulin dan protein pembekuan darah.

Gugus karbohidrat dari glikoprotein dan glikolipid tersimpan di dalam membran sel yang terletak di permukaan ekstrasel.

Senyawa antara produk pencernaan kanji / pati / amilum.

PolisakaridaPolisakaridaAmilumAmilum

Adalah bentuk karbohidrat simpanan pada tumbuhan, yang mengandung amilosa dan amilopektin.

Amilosa ialah glukosa rantai panjang tidak bercabang yang disatukan oleh (1-->4).

Amilopektin ialah rantai glukosa dengan ikatan (1-->4) yang disatukan di titik-titik cabang melalui (1-->6).

Amilopektin serupa dengan glikogen, tetapi memiliki cabang lebih sedikit.

PolisakaridaPolisakaridaGlikogenGlikogen

Adalah bentuk karbohidrat simpanan pada hewan yang terdiri dari residu (unit) glukosa rantai panjang yang disatukan oleh (1-->4), kecuali di titik-titik cabang memiliki ikatan (1-->6).

Sebuah molekul glikogen mengandung hanya satu unit glukosa yang C anomeriknya bebas (tidak terikat) ke unit glukosa lain, bagian molekul ini disebut ujung pereduksi.

Residu glukosa pada ujung pereduksi tsb terikat pada protein glikogenin.

Struktur GlikogenStruktur Glikogen

MukopolisakaridaMukopolisakaridaGlikosaminoglikanGlikosaminoglikan

Adalah rantai polisakarida yang panjang dan tidak bercabang, misalnya; asam hialuronat, heparin, dan kondroitin sulfat.

Rantai ini memancar dari sebuah inti protein dan membentuk struktur yang menyerupai sikat botol yang disebut proteoglikan.

Proteoglikan dijumpai di matriks ekstrasel, cairan sinovium sendi, cairan vitreus mata, sekresi sel penghasil mukus, dan tulang rawan

Struktur ProteoglikanStruktur Proteoglikan

Pemeriksaan Glukosa DarahPemeriksaan Glukosa Darah

Adalah metode kolorimetrik berdasarkan prinsip oksidasi-reduksi.

Suatu senyawa akan membentuk warna bila mengalami reduksi oleh gula pereduksi, intensitas warna dapat digunakan untuk menentukan jumlah gula yang mengalami oksidasi.

Kelemahan metode ini ialah tidak spesifik untuk glukosa, karena fruktosa dan galaktosa juga ikut bereaksi. Tetapi pada puasa, kadar fruk-galak dpt diabaikan.

Metode Pemeriksaan EnzimatisMetode Pemeriksaan Enzimatis

Darah yang diperoleh dari tusukan pada ujung jari ditaruh pada suatu strip plastik.

Strip ini mengandung suatu reagen yang terdiri dari enzim (biasanya Glukosa oksidase) yang mengubah glukosa dalam darah menjadi bahan yang bereaksi dengan zat warna.

Intensitas warna berkaitan langsung dengan konsentrasi glukosa darah.

ProteinProtein Protein disintesis dari asam amino yang

disatukan oleh ikatan peptida untuk membentuk rantai lurus.

Rantai ini kemudian akan melipat-lipat sehingga membentuk struktur tiga-dimensi protein.

Ada 20 jenis asam amino yang digunakan untuk mensintesis protein dalam ribosom.

Struktur PolipeptidaStruktur Polipeptida

Asam AminoAsam Amino Semua -C pada asam amino mengandung;

- Gugus amino (NH2) - Gugus karboksil (COOH) - Rantai sisi yang berbeda-beda (R)

Kecuali glisin, semua asam amino memiliki -C yang bersifat asimetrik dan berkonfigurasi L.

Fungsi asam amino berkaitan dengan sifat kimia rantai sisinya.

20 Jenis Asam Amino20 Jenis Asam Amino

Asam Amino EssensialAsam Amino Essensial

Nama Rantai Sisi

Fenilalanin Aromatik non-polar Phe F

Isoleusin Rantai bercabang Ile I

Leusin Rantai bercabang Leu L

Lisin Positif basa Lys K

Metionin Polar tak bermuatan Met M

Treonin Polar tak bermuatan Thr T

Triptofan Aromatik polar Trp W

Valin Rantai bercabang Val V

Arginin (separuh ess.) Positif basa Arg R

Histidin (separuh ess.) Positif basa His H

Asam Amino Non-EssensialAsam Amino Non-Essensial

Nama Rantai Sisi

Alanin Non-polar alifatik Ala A

Asparagin Polar tak bermuatan Asn N

Aspartat Negatif asam Asp D

Glisin Non-polar alifatik Gly G

Glutamat Negatif asam Glu E

Glutamin Polar tak bermuatan Gln Q

Prolin Non-polar siklik Pro P

Serin Polar tak bermuatan Ser S

Sistein Polar tak bermuatan Cys C

Tirosin Aromatik polar Tyr Y

Ikatan PeptidaIkatan Peptida

Ikatan peptida (ikatan amida) adalah;

Ikatan yang menyatukan asam amino satu dengan asam amino lainnya untuk membentuk rantai linear yang disebut polipeptida.

Ikatan ini terjadi bila gugus -karboksil suatu asam amino melekat secara kovalen kepada gugus -amino asam amino berikutnya.

Pembentukan Ikatan PeptidaPembentukan Ikatan Peptida

Struktur PrimerStruktur Primer

Adalah urutan linear asam amino yang disatukan oleh ikatan peptida.

Tidak terjadi percabangan rantai pada struktur ini.

Struktur primer menentukan konformasi tiga-dimensi suatu protein.

Jenis rantai sisi pd msg-msg residu asam amino pd suatu protein menentukan bagaimana rantai akan mengadakan lipatan- lipatan sehingga membentuk struktur asli.

STRUKTUR PRIMER

R H O R H O R H H C N C C N C C N C C N C C N C H H H

H O R H O R H O

Struktur SekunderStruktur Sekunder Struktur yang terjadi akibat adanya ikatan

hidrogen antara atom-atom ikatan peptida. Mencakup heliks- dan lembar-. Heliks- terbentuk dari ikatan hidrogen antara

msg-msg atom O karbonil pd sebuah ikatan peptida dgn H yang melekat ke atom N amida pd suatu ikatan peptida 4 residu asam amino disepanjang rantai polipeptida.

Rantai sisi residu asam amino pd heliks- mengarah ke luar dari sumbu sentral.

O O O O O

C H C H C H C H C

N C N C N C N C N C

H H H H H H H H H H

27 ribbon 310 helix helix helix

Ikatan hidrogen pada struktur helix

Struktur helix

ikatan hiodrogen

Helix ganda tiga Rambut

Konformasi Ikatan hidrogen terjadi antara dua rantai polipeptida

konformasi β yg membtk lembaran yang berlipat (pleated sheeds) Sutera (fibroin)

Ikatan hidrogen

Struktur TersierStruktur Tersier

Adalah konformasi tiga-dimensi keseluruhan Terdiridarisatusubunit. Interaksi antara rantai sisi residu asam amino

dalam protein; - interaksi elektrostatik - ikatan hidrogen - interaksi hidrofobik - ikatan disulfida Ranah (domain) tertentu yang terdiri dari

campuran struktur dan serta urutan lengkung yang lebih acak dari struktur sekunder.

Berbentuk protein globuler dan fibrosa.

Struktur tersier Terjadinya pelipatan (folding) rantai α-helix atau konformasi-βmembentuk protein globular yg

struktur 3 dimensinya lebih rumit daripada protein serabut

Struktur KuarternerStruktur Kuarterner Struktur yang terdiri dari berbagai subunit. Subunit disatukan oleh; - interaksi elektrostatik - interaksi hidrofobik - ikatan hidrogen Contoh; Hemoglobin yang mengandung 4 subunitglobin

(1, 2, 1, 2) yang msg-msg mengandung hem dan mengikat oksigen.

Struktur kuartener Terbentuk karena interaksi antara 2 molekul

globular atau lebih misal : interaksi antar globin dalam hemoglobin

Struktur HemoglobinStruktur Hemoglobin

Denaturasi ProteinDenaturasi Protein Terjadi bila suatu protein yang berada dalam

bentuk aslinya; - dipanaskan, berada dalam pH ekstrim, atau diberi bahan kimia misalnya urea. Denaturasi menyebabkan struktur tersier hilang. Bila protein tersebut dikembalikan ke kondisi

faali, maka akan melipat kembali secara spontan ke konformasi aslinya (reversible), serta kembali berfungsi (renaturasi).

Bila dipanaskan berlebihan, maka akan merusakStruktur primer,disebut koagulasi (irreversible).

LipidLipid Lipid adalah kelompok heterogen yang men-

cakup; lemak, minyak, steroid, malam (wax), dan senyawa yang berhubungan karena sifat fisiknya dibandingkan sifat kimianya.

Sifat:

1. Relatif tidak dapat larut dalam air.

2. Larut dalam pelarut nonpolar, seperti;

eter, kloroform, benzen,alkohol.

Kepentingan BiomedisKepentingan Biomedis Lemak adalah sumber energi yang efisien. Lemak disimpan dalam jaringan adiposa, dimana

berfungsi sebagai insulator panas di dalam jaringan subkutan serta organ ttt.

Lipid nonpolar sebagai insulator listrik yang penting dalam perambatan gelombang depolarisasi secara cepat pada serabut saraf bermielin.

Membentuk lipoprotein yang penting sebagai alat transpor lipid dalam darah.

Klasifikasi LipidKlasifikasi Lipid

1. Lipid sederhana:

Ester asam lemak dengan berbagai alkohol

- Lemak; ester asam lemak dgn gliserol.

minyak ialah lemak cair.

- Malam; ester asam lemak dengan alkohol

monohidrat BM tinggi.

Klasifikasi LipidKlasifikasi Lipid

2. Lipid komplek:

Ester asam lemak yang mengandung alkohol beserta gugus lain.

- Fosfolipid; Selain asam lemak dan alkohol,

juga mengandung residu asam fosfat.

Sering mempunyai basa mengandung N &

substituen lain.

Contoh; gliserofosfolipid

sfingofosfolipid

Klasifikasi LipidKlasifikasi Lipid - Glikolipid (Glikosfingolipid);

Lipid yang mengandung asam lemak,

sfingosin, dan karbohidrat.

- Lipid komplek;

Seperti sulfolipid, aminolipid, lipoprotein.

3. Prekursor dan derivat lipid:

Berupa asam lemak, gliserol, steroid, aldehid lemak, badan keton, hidrokarbon, vitamin larut lemak, serta hormon.

Lipid netral ialah; asilgliserol (gliserida), kolesterol, dan ester kolesteril.

Asam lemak ialah; rantai alifatik lurus dgn sebuah gugus metil di salah satu ujungnya (C) dan sebuah gugus COO- di ujung lain.

Asam lemak bebas ialah; asam lemak yang tidak teresterifikasi. Biasanya berupa alat transpor dalam plasma darah.

Sebagian besar asam lemak dalam tubuh memiliki jumlah atom C genap, biasanya antara 16 sampai 20.

Asam LemakAsam Lemak

Rantai asam lemak terdiri diri:

1. Asam lemak jenuh (Saturated);

Tidak mengandung ikatan rangkap.

2. Asam lemak tak jenuh (Unsaturated);

Mengandung ikatan rangkap.

Terbagi atas;

- Monounsaturated (satu ikatan rangkap)

- Polyunsaturated (dua/lebih ikatan rangkap)

Asam Lemak JenuhAsam Lemak JenuhNAMA UMUM ATOM C

Asetat 2

Propionat 3

Butirat 4

Valerat 5

Kaproat 6

Laurat 12

Miristat 14

Palmitat 16

Stearat 18

Asam Lemak Tak JenuhAsam Lemak Tak Jenuh

*Asam lemak essensial

(tidak bisa disintesis oleh tubuh manusia)

FAMILI NAMA UMUM

16:1;9 As.palmitoleat

18:1;9 9 As. oleat

18:2;9,12 6 As. linoleat*

18:3;9,12,15 3 As. linolenat*

20:4;5,8,11,14 As. arakidonat

Triasilgliserol(trigliserida)Triasilgliserol(trigliserida)

Terbentuk bila 3 asam lemak bereaksi dengan 3 gugus OH pada gliserol membentuk ester.

Selain itu, 1 atau 2 asam lemak juga dapat bereaksi dengan 1 atau 2 gugus OH pada gliserol membentuk monoasilgliserol dan diasilgliserol.

Triasilgliserol jarang mengandung asam lemak yang sama pada 3 posisi tsb.

Merupakan bentuk simpanan utama asam lemak dalam tubuh.

Struktur AsilgliserolStruktur Asilgliserol

Fosfoasilgliserol/FosfolipidFosfoasilgliserol/Fosfolipid Terbentuk bila asam lemak teresterifikasi ke

posisi 1 dan 2 gliserol, ditambah gugus fosforil pada posisi 3.

Bila hanya 1 gugus fosfat yang terikat ke posisi 3, disebut asam fosfatidat.

Asam fosfatidat adalah zat antara dalam sintesis triasilgliserol dan fosfoasilgliserol.

Fosfolipid adalah konstituen lipid utama pada membran sel.

Glikolipid/GlikosfingolipidGlikolipid/Glikosfingolipid Penting dalam jaringan saraf. Membentuk karbohidrat permukaan sel. Mengandung seramida dan satu/lebih gula. Galaktosilseramida adalah glikosfingolipid utama

pada otak dan jaringan saraf lain.

Bentuk ini dapat diubah menjadi sulfogalaktosilseramida (sulfatida) yang terdapat dalam mielin.

SteroidSteroid Ialah senyawa yang mengandung inti steroid. Inti steroid mirip dgn fenantren (cincin A, B, dan

C) yang ditempeli oleh cincin siklopentana (cincin D).

Sumber semua steroid lain dalam tubuh manusia adalah kolesterol.

Kolesterol tidak disintesis oleh tumbuhan. Kolesterol dapat bereaksi dengan asam lemak

membentuk ester kolesterol. Ester kolesterol adalah bentuk penyimpanan

kolesterol dalam sel dan lipoprotein.

Lipid AmfipatikLipid Amfipatik Amfipatik ialah sifat suatu molekul yang

memiliki bagian hidrofobik (tak larut air) dan hidrofilik (larut air).

Molekul ini mengorientasikan dirinya pada antarpermukaan minyak-air.

Bagian hidrofobik berinteraksi dengan lemak, sedangkan bagian hidrofilik berinteraksi dengan air.

Contohnya; Pembentukan membran lipid, misel, emulsi, liposom pada fosfolipid.

Struktur Lipid AmfipatikStruktur Lipid Amfipatik

Lipid bilayer Misel

KepustakaanKepustakaan Marks, DB., Marks, AD., Smith CM. 1996. Basic medical

biochemistry: a clinical approach. Dalam: B.U. Pendit, penerjemah. Biokimia Kedokteran dasar: Sebuah Pendekatan Klinis. Eds. J. Suyono., V. Sadikin., L.I. Mandera. Jakarta: EGC, 2000.

Rodwell,V W., Kennelly PJ. 2003. Amino acids & peptides. Dalam Harper’s Illustrated Biochemistry. 26th ed. Eds. R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell. McGraw-Hill Companies, New York.

KepustakaanKepustakaan Mayes, PA., Bender, DA., Botham, KM. 2003. Carbohydrates of

physiologic significance and Lipid of physiologic significance . Dalam Harper’s Illustrated Biochemistry. 26th ed. Eds. R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell. McGraw-Hill Companies, New York.

Schumm, DE. 1992. Essentials of biochemistry. Dalam: Moch. Sadikin, penerjemah. Intisari Biokimia. Jakarta: Bina Aksara, 1993