Biomolekul: Gula dan Karbohidrat, Asam Amino, Protein

Biomolekul: Gula dan Karbohidrat, Asam Amino, Protein

Biomolekul, juga disebut molekul biologis, salah satu dari banyak zat yang diproduksi oleh sel dan organisme hidup. Biomolekul memiliki berbagai ukuran dan struktur dan melakukan beragam fungsi. Empat jenis utama biomolekul adalah karbohidrat, lipid, asam nukleat, dan protein. 

A. Karbohidrat

Karbohidrat adalah senyawa biologis paling melimpah. Diperkirakan lebih dari 50% kandungan karbon total Bumi hadir dalam bentuk senyawa karbohidrat. Istilah carbonhydrate pertama kali digunakan kembali pada tahun 1800-an, ketika ditemukan bahwa perbandingan atom karbon, hidrogen, dan oksigen dalam molekul-molekul ini adalah 1 atom karbon dengan 2 atom hidrogen dengan 1 atom oksigen atau dimasukkan ke dalam rumus kimia CH2O. Nama karbohidrat berasal dari karbon (carbo-) dan H2O air (-hidrasi). Lebih umum di masyarakat karbohidrat disebut gula. Ini mencerminkan fakta bahwa karbohidrat secara alami sebagai pemanis.

Karbohidrat sering digunakan oleh makhluk hidup untuk dua tujuan utama. Mereka digunakan sebagai sumber energi atau bentuk penyimpanan dan mereka digunakan sebagai komponen struktural. Karbohidrat dapat digunakan sebagai sumber energi karena sebagian besar sel dapat mengubah karbohidrat sederhana menjadi energi yang dapat dimanfaatkan oleh sel. Makhluk hidup juga menggunakan karbohidrat sebagai alat penyimpanan untuk penggunaan di masa depan. Molekul karbohidrat yang lebih besar juga dapat digunakan oleh organisme hidup untuk membangun struktur fisik. Pada tumbuhan dan bakteri, karbohidrat adalah komponen utama dinding sel.

Karbohidrat, yang terutama terdiri dari molekul yang mengandung atom karbon, hidrogen, dan oksigen, adalah sumber energi esensial dan komponen struktural dari semua kehidupan, dan mereka adalah salah satu biomolekul paling berlimpah di Bumi. Mereka dibangun dari empat jenis unit gula: monosakarida, disakarida, oligosakarida, dan polisakarida.  

Monosakarida

Karbohidrat paling sederhana adalah monosakarida. Dua monosakarida yang paling umum adalah glukosa (juga disebut dekstrosa) dan fruktosa. Monosakarida adalah unit dasar, atau blok bangunan, yang membentuk karbohidrat lainnya.

Monosakarida biasanya memiliki rantai atom karbon yang dihubungkan bersama yang disebut "tulang punggung karbon". Jumlah atom karbon dalam rantai adalah cara biokimia mengklasifikasikan monosakarida. Ada 3 kelompok monosakarida. Triosis adalah monosakarida yang memiliki tulang punggung 3-karbon. Mereka juga disebut gula 3-karbon. Gula dengan tulang punggung 5-karbon dikenal sebagai pentosa (gula 5-karbon). Gula 6-karbon dikenal sebagai heksosa. perbedaan didasarkan pada jumlah atom karbon. Ketiga gula karbon memiliki formula kimia yang sama C3H6O3. Gula 5-karbon semuanya memiliki C5H10O5 untuk formulanya. Gula 6-karbon semua C6H12O6.

Glukosa ("gula darah") adalah monosakarida yang paling melimpah di tubuh manusia. Glukosa adalah gula 6-karbon. Ini adalah "bahan bakar" kimia yang dibawa dalam aliran darah ke jaringan sebagai sumber energi untuk metabolisme. Karbohidrat lain yang diserap oleh tubuh manusia harus dikonversi menjadi glukosa sebelum tubuh dapat memecahnya menjadi energi. Fruktosa adalah karbohidrat paling banyak dalam buah-buahan. Madu adalah campuran glukosa dan fruktosa 1: 1. Meskipun glukosa dan fruktosa memiliki rumus molekul yang sama, strukturnya berbeda dan memiliki sifat yang berbeda. Fruktosa adalah gula yang paling manis - sekitar 30% lebih manis per gram daripada sukrosa (gula meja) dan banyak digunakan sebagai kalori yang lebih rendah dan biaya yang lebih rendah daripada gula meja. Banyak minuman ringan dan minuman buah yang dimaniskan dengan "sirup jagung fruktosa tinggi".

Ribosa dan deoksiribosa adalah gula pentosa. Gula gula ini adalah bagian penting dari asam nukleat. Mereka adalah gula yang ditemukan dalam nukleotida yang membentuk asam nukleat. Ribosa ditemukan dalam RNA dan deoksiribosa ditemukan dalam DNA.

Disakarida

Ketika dua monosakarida terikat bersama disakarida terbentuk. Proses menghubungkan kedua monosakarida bersama-sama menghilangkan atom hidrogen dan oksigen yang terikat pada hidrogen (-OH). Proses ini disebut sintesis dehidrasi karena atom-atom yang dilepaskan dari ikatan gula membentuk air. Ada 3 disakarida yang umum, laktosa, sukrosa, dan maltosa. Disakarida, seperti monosakarida, larut dalam air, tetapi mereka terlalu besar untuk melewati membran sel dengan difusi.

Laktosa adalah disakarida yang terdiri dari molekul glukosa dan galaktosa yang terikat bersama. Laktosa (disebut "gula susu") merupakan sekitar 4-5% dari susu sapi. Enzim spesifik yang disebut laktase diperlukan untuk pencernaan laktosa. Enzim memutus ikatan yang menghubungkan dua monosakarida. Orang yang kekurangan enzim ini dikatakan "tidak toleran laktosa" mereka tidak dapat mencerna susu atau produk susu seperti es krim, keju, atau yogurt.

Sukrosa, atau gula meja, adalah disakarida yang terdiri dari glukosa dan fruktosa monosakarida yang disatukan. Ini dipanen dari kaleng gula atau bit dan juga disebut gula kaleng. Ini adalah gula rafinasi yang banyak digunakan dalam makanan khas Barat. dipecah dalam usus kecil selama pencernaan untuk memberikan monosakarida yang lebih kecil yang mampu masuk ke dalam darah dan melalui membran sel ke dalam sel.

Maltosa, atau gula malt, adalah disakarida yang terdiri dari dua molekul glukosa. Maltosa adalah gula yang digunakan adalah susu malt getar dan permen susu malt. Maltosa ditemukan terutama pada tanaman, terutama pada biji yang tumbuh. Biji kecambah ini mengambil karbohidrat yang lebih besar dan memecahnya menjadi maltosa. Pembuat bir dan penyuling menggunakan biji barley yang tumbuh dan mengekstrak maltosa untuk menyeduh bir dan membuat wiski, bourbon, atau scotch.

Polisakarida

Polisakarida adalah karbohidrat paling berlimpah di alam. Mereka berfungsi sebagai cadangan makanan atau penyimpanan energi. Polisakarida terdiri dari ratusan atau ribuan unit monosakarida yang terikat bersama. Blok bangunan monosakarida terikat bersama seperti disaccharides kecuali bukan hanya menghubungkan dua monosakarida yang terus terhubung membuat rantai panjang unit monosakarida.

Tiga polisakarida adalah yang paling signifikan bagi organisme hidup. Mereka adalah pati, glikogen, dan selulosa. Pati adalah sumber karbohidrat terpenting dalam makanan manusia. Pati terbentuk pada tanaman. Pati umumnya ditemukan dalam biji di mana ia berfungsi sebagai bentuk penyimpanan karbohidrat. Saat benih bertunas, sel-sel di tanaman muda mengubah molekul pati menjadi disakarida dan kemudian glukosa yang dapat digunakan sebagai energi untuk tanaman yang sedang tumbuh. Amilosa adalah komponen pati yang terdiri dari banyak molekul glukosa yang saling terkait.

Glikogen, sering disebut pati hewan, adalah bentuk penyimpanan karbohidrat pada hewan. Hampir semua sel hewan mengandung beberapa glikogen untuk menyediakan energi untuk fungsi sel. Namun, glikogen paling banyak terdapat pada sel hati dan sel otot. Ketika berolahraga atau berpuasa sel akan memanfaatkan cadangan ini untuk mendapatkan glukosa yang dibutuhkan untuk terus berfungsi.

Selulosa adalah karbohidrat yang hanya ditemukan pada tanaman. Selulosa adalah komponen struktural dari dinding sel tanaman; itu adalah karbohidrat paling berlimpah dari semua tanaman. Kapas dan kertas hampir 95% selulosa. Kayu adalah sekitar 50% selulosa. Manusia tidak dapat mencerna selulosa yang ditemukan pada tumbuhan. Herbivora seperti sapi, domba, dan rusa memiliki enzim yang disebut selulase yang memungkinkan sistem pencernaan mereka untuk memutuskan ikatan kimia dalam selulosa melepaskan monosakarida yang lebih kecil. Terlepas dari kenyataan bahwa manusia tidak dapat mencerna selulosa, masih penting untuk diet kita. Selulosa dalam makanan manusia bertindak sebagai serat yang membuat makanan yang dicerna bergerak secara teratur melalui usus.

B. Asam Amino dan Protein

Protein adalah polimer asam amino, dihubungkan oleh gugus amida yang dikenal sebagai ikatan peptida. Asam amino dapat dianggap memiliki dua komponen: 'tulang punggung', atau 'rantai utama', terdiri dari gugus amonium, 'alfa-karbon', dan karboksilat, dan 'rantai samping' variabel (berwarna hijau) di bawah berikatan dengan alfa-karbon. Asam amino adalah molekul organik yang terdiri dari karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan terkadang belerang.

Ada 20 asam amino berbeda yang dapat terjadi dalam protein; urutan di mana mereka terjadi memainkan peran mendasar dalam menentukan struktur dan fungsi protein. Protein sendiri adalah elemen struktural utama sel. Mereka juga berfungsi sebagai transporter, memindahkan nutrisi dan molekul lain masuk dan keluar sel, dan sebagai enzim dan katalis untuk sebagian besar reaksi kimia yang terjadi pada organisme hidup. Protein juga membentuk antibodi dan hormon, dan mereka memengaruhi aktivitas gen.

20 asam amino berbeda yang digunakan tubuh untuk mensintesis protein adalah: Alanin, arginin, asparagin, asam aspartat, sistein, asam glutamat, glutamin, glisin, histidin, isoleusin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, prolin, serin, threonin, triptofan, tirosin, dan valin.

Dua 'kait' pada monomer asam amino adalah gugus amina dan karboksilat. Protein (polimer ~ 50 asam amino atau lebih) dan peptida (polimer pendek) terbentuk ketika gugus amino dari satu monomer asam amino bereaksi dengan karbon karboksilat dari asam amino lain untuk membentuk hubungan amida, yang dalam terminologi protein adalah peptida obligasi. Asam amino mana yang dihubungkan, dan dalam urutan apa. Urutan protein adalah yang membedakan satu protein dari yang lain, dan diberi kode oleh DNA organisme. Urutan protein ditulis dalam terminal amino (terminal-N) ke terminal karboksilat (terminal-C), dengan singkatan tiga huruf atau tunggal untuk asam amino (lihat tabel asam amino). Di bawah ini adalah empat asam amino peptida dengan urutan "sistein - histidin - glutamat - metionin". Menggunakan kode huruf tunggal, urutannya disingkat CHEM.

Ketika asam amino dimasukkan ke dalam protein, ia kehilangan molekul air dan yang tersisa disebut residu asam amino asli. Dengan demikian kita dapat merujuk pada 'residu glutamat' pada posisi 3 peptida CHEM di atas.

Begitu polimer protein dibangun, dalam banyak kasus lipatannya sangat spesifik menjadi struktur tiga dimensi, yang sering kali memasukkan satu atau lebih 'kantung pengikat' di mana molekul lain dapat diikat. Bentuk struktur terlipat ini, dan susunan yang tepat dari gugus fungsi dalam struktur (terutama di bidang kantong pengikat) yang menentukan fungsi protein.

Enzim adalah protein yang mengkatalisasi reaksi biokimia. Satu atau lebih molekul yang bereaksi dan sering disebut substrat menjadi terikat di kantong situs aktif suatu enzim, di mana reaksi sebenarnya terjadi. Reseptor adalah protein yang mengikat secara khusus untuk satu atau lebih molekul yang disebut sebagai ligan untuk memulai proses biokimia. Sebagai contoh, kita melihat dalam pengantar bab ini bahwa reseptor TrpVI dalam jaringan mamalia mengikat capsaicin (dari cabai pedas) di kantongnya yang mengikat dan memulai sinyal panas / sakit yang dikirim ke otak.

Semua biomolekul memiliki kesamaan dalam hubungan fundamental antara struktur dan fungsi, yang dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti lingkungan di mana biomolekul tertentu terjadi. 

Permasalahan :

1. Dalam bentuk kristal, mayoritas monosakarida hadir dalam struktur "rantai panjang". Sebaliknya, gula yang larut dalam larutan, seperti cairan gula, strukturnya dapat berubah menjadi bentuk "cincin". Mengapa demikian ?

2. Karbohidrat paling sederhana adalah monosakarida. Dua monosakarida yang paling umum adalah glukosa (juga disebut dekstrosa) dan fruktosa. Mengapa jenis sakarida, yaitu fruktosa memiliki tingkat kemanisan yang tinggi dibanding dengan jenis lainnya ?

3. Bagaimana protein dapat membentuk antibodi dan hormon, serta memengaruhi aktivitas gen pada manusia ?

• Twitter
• Facebook
• Google
• Tumblr
• Pinterest

Artikel Terkait