Untitled - Graha Ilmu

BIOKIMIA
Struktur & Fungsi Biomolekul
Oleh : Yohanis Ngili
Edisi Pertama
Cetakan Pertama, 2009
Hak Cipta  2009 pada penulis,
Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian
atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk
memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari
penerbit.
Candi Gebang Permai Blok R/6
Yogyakarta 55511
Telp.
:
0274-882262; 0274-4462135
Fax.
:
0274-4462136
E-mail
:
[email protected]
Ngili, Yohanes
BIOKOMIA: Struktur & fungsi Biomolekul/Yohanes Ngili
-Edisi Pertama – Yogyakarta; Graha Ilmu, 2009
xx + 324 hlm, 1 Jil. : 23 cm.
ISBN:
978-979-756-448-3
1. Kimia
I. Judul
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,
karena atas Anugerah dan Berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan buku Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul. Penulisan buku Biokimia ini secara khusus bertujuan untuk menunjang
proses pembelajaran mata kuliah Biokimia pada Program Sarjana
(S-1) dan Magister (S-2). Buku ini disusun untuk membantu yang
selama ini terkendala oleh minimnya buku biokimia berbahasa Indonesia. Seperti kita ketahui bahwa biokimia merupakan suatu interdisiplin ilmu yang merupakan pusat dari berbagai subbidang
ilmu seperti Kedokteran, Nutrisi, Bioteknologi, Mikrobiologi, Fisiologi, Biologi Sel, Biofisik, Genetik, Kimia Organik, Farmasi, dan
lainnya
Penulisan buku ini disusun secara kompilasi dari berbagai sumber, baik dari informasi yang ada di Internet yang merupakan hasil
penelitian, yang disediakan secara open source maupun dari buku
cetak (textbook) yang telah ada. Selain itu juga, pada beberapa submateri diambil dari jurnal penelitian internasional. Buku Biokimia:
Stuktur dan Fungsi Biomolekul ini dapat digunakan sebagai buku
acuan dalam mempelajari Biokimia pada tingkat dasar dan lanjutan. Biokimia yang menyangkut Struktur dan Fungsi Biomolekul
dalam kurikulum kimia meliputi materi-materi : Karbohidrat; Asam
Amino dan Peptida; Protein; Lipid, Membran, Transpor, Penyinalan; Asam Nukleat; dan Katalis dan Kinetika Enzim. Ilmu Biokimia
sebagai disiplin ilmu yang mandiri adalah ilmu yang mempelajari
struktur organisasi, dan fungsi materi hidup pada tingkat molekul.
Pembagian kajian biokimia dikategorikan dalam 3 bagian yakni, (1)
Struktur dan Fungsi Biomolekul; (2) Metabolisme dan Bioenergitika; dan (3) Aliran Informasi Genetik.
viii
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul
Perkembangan Biokimia yang cepat saat ini menuntut adanya
pelbagai strategi untuk menghasilkan produk (output) pembelajaran
biokimia yang memadai. Bercermin dari hal tersebut maka penulisan
buku ini diharapkan membantu pembaca “mencerna” ilmu biokimia
secara sistematis dan komprehensif. Penulisan buku ini juga merupakan
salah satu cara penulis memperkenalkan ilmu biokimia sebagai cabang
ilmu paling menantang saat ini. Sebagai contoh riset tentang AIDS,
Kanker, TBC, Malaria, maupun penyakit-penyakit yang diakibatkan
karena mutasi genetik, perlu ditangani dari perspektif pemahaman
biokimia yang memadai. Perkembangan ilmu biokimia yang sering
di sebut sebagai “The Front Line of Science” saat ini menuntut kita
untuk lebih banyak membaca artikel Jurnal riset maupun buku-buku
biokimia yang terbaru.
Penulis melalui kesempatan ini mengucapkan terima kasih kepada
banyak pihak yang telah membantu penulisan buku ini. Terima kasih
kepada Bapak A. Saifuddin Noer, Ph.D sebagai pembimbing dan
pendorong serta dengan rela hati telah memberikan banyak referensi
berarti dalam penyelesaian dan penyempurnaan buku ini. Juga kepada
pak Susanto sebagai kepala pemasaran Penerbit Graha Ilmu cabang
Bandung yang telah banyak membantu.
Dengan senang hati penulis menunggu saran dan kritik untuk
penyempurnaan buku ini dan semoga buku ini dapat digunakan untuk
menunjang proses pembelajaran Biokimia pada program sarjana dan
magister di Indonesia.
Bandung, Desember 2008
Penulis,
Yohanis Ngili
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Struktur dasar asam a-amino dalam konfigurasi L R adalah gugus samping dari 20 gugus kimia
37
Gambar 2-2 Titrasi 10 mmol glisin.HCl oleh larutan NaOH. Garis putus-putus menunjukkan titrasi dengan
ditambahkan formaldehid
50
Gambar 2-3 Titrasi 10 mmol asam glutamat hidroklorida oleh NaOH’
53
Gambar 2-4 Pemisahan asam amino menggunakan kromatografi penukar ion. Luas puncak adalah
proporsional dengan jumlah asam amino dalam
larutan.
57
Gambar 2-5 Protein dibangun oleh asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida untuk membentuk rantai polipeptida. 61
Gambar 2-6. Bagian dari rantai polipeptida yang dibagi menjadi
unit-unit peptida, digambarkan sebagai balok dalam
diagram. 63
Gambar 2-7 Diagram menunjukkan rantai polipeptida di mana atom-atom rantai utama digambarkan sebagai unit peptida kaku, dihubungkan melalui atom-atom Ca 64
Gambar 2-8 Plot Ramachandran menunjukkan kombinasi yang
diperbolehkan untuk sudut konformasi phi dan psi 67
Gambar 2-9 Contoh-contoh atom logam intrinsik fungsional
penting dalam protein. (a) Pusat di-besi pada enzim
ribonukleotida reduktase 69
Gambar 2-10 Disulfide biasanya merupakan produk akhir dari
oksidasi udara dengan reaktan 2-CH2SH + 1/2 O2 70
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul
Gambar 3-1 Reaksi reaksi degradasi Edman
Gambar 3-2 Gel filtrasi protein Gambar 3-3 Jembatan garam antara rantai-rantai samping residu Arg dan Glu
Gambar 3-4 Definisi sudut torsi protein w, f, y, dan c Gambar 3-5 Plot Ramachandran untuk alanilalanin
Gambar 3-6 Kaidah tangan kanan a-heliks
Gambar 3-7 Struktur b sheet
Gambar 3-8 Representasi model struktur protein dimana
a-heliks Gambar 3-9 Spektrum ORD untuk poli-D-lisin Gambar 3-10 Diagram topologi untuk (a) protein pengikat retinol (RBP, retinol binding protein) dan (b)
triosefosfat isomerase (TPI)
Gambar 3-11 Representasi diagram unit lipatan supersekunder b-a-b dari suatu protein
Gambar 3-12 a-Heliks adalah salah satu elemen utama struktur sekunder dalam protein
Gambar 3-13 Gugus bermuatan negatif seperti ion fosfat seringkali terikat pada ujung amino a-heliks
Gambar 3-14 Ilustrasi skematik b sheet antiparalel
Gambar 3-15 b -Sheet paralel
Gambar 3-16 Ilustrasi pilinan b-sheet dan Ikatan hidrogen antara untai b dalam b-sheet campuran dari protein yang sama
Gambar 3-17 Struktur mioglobin memperlihatkan semua atom sebagai lingkaran kecil yang dihubungkan oleh garis lurus
Gambar 3-18 Contoh diagram skematik untuk tipe struktur
miglobin dan struktur enzim triosefosfat isomerase yang dipelopori oleh Jane Richardson
77
82
85
89
91
93
94
96
97
99
101
108
111
113
114
115
115
117
Daftar Gambar
xi
Gambar 3-19 b -Sheet biasanya digambarkan hanya dengan panah dalam diagram topologi yang menunjukkan arah tiap untai b dan bagaimana untai tersebut dihubungkan satu sama lain sepanjang rantai polipeptida
118
Gambar 3-20 Motif hairpin sangat sering dalam b -sheet dan
dibangun dari dua untai b bersebelahan yang
dihubungkan oleh daerah loop
119
Gambar 3-21 Dua untai β paralel yang bersebelahan biasanya
dihubungkan oleh satu α-heliks dari ujung-C untai 1 kepada ujung-N untai 2 121
Gambar 3-22 Motif β-α-β pada prinsipnya bisa memiliki dua
“tangan” 122
Gambar 3-23 Motif yang bersebelahan dalam urutan asam amino juga biasanya bersebelahan dalam struktur tiga dimensi 124
Gambar 3-24 Rantai peptida lisozim dari bakteriofage T4 yang
melipat menjadi 2 domain
139
Gambar 3-25 Struktur lisozim T4 yang menunjukkan lokasi
terjadinya 2 mutasi yang menstabilkan struktur protein melalui interaksi elektrostatik dengan dipol-dipol pada a-heliks.
141
Gambar 3-26 Konstruksi 2 heliks pada domain Z
142
Gambar 3-27 Diagram ribbon struktur domain B1 dari protein G (biru) dan dimer Rop merah.
145
Gambar 4-1 Suatu amfifil membentuk suatu monolayer pada
permukaan air
170
Gambar 4-2 Satu bentuk micelle, yakni micelle bentuk bola 171
Gambar 4-3 Bentuk-bentuk lipid bilayer
172
Gambar 4-4 Struktur umum partikel lipoprotein
176
Gambar 4-5 Liposom adalah vesicle yang memiliki banyak lapisan fosfolipid
177
Gambar 4-6 Fosfopipid dengan kepala yang besar cenderung
berpartisi ke dalam lapisan luar di mana tolakannya
lebih lemah
178
xii
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul
Gambar 4-7 Beberapa protein integral yang diisolasi dari membran memiliki berat molekul besar Gambar 4-8 Model mosaik fluida struktur membran Gambar 4-9 Oligosakarida berikatan-N dalam glikoprotein: tipe kompleks, dan tipe manosa tinggi
Gambar 4.10 Struktur membran gliserofosfolipid
Gambar 4-11 Struktur dari spingolipid spingomielin dan
galaktoserebrosida
Gambar 4-12 Plot radioaktivitas sel yang telah dicuci pada waktu-waktu yang berbeda
Gambar 4-13 Ketergantungan kecepatan transport pada konsentrasi zat terlarut
Gambar 4-14 Plot v terhadap [S]o tidak akan menunjukkan
kejenuhan kecuali jika difusi sederhana dianggap
sepele dibandingkan transpor carrier
Gambar 4-15 Plot 1/v terhadap 1/[S]o untuk kedua persamaan garis lurus. Untuk difusi sederhana dan transpor
memakai carrier Gambar 4-16 Cara zat terlarut bergerak melintasi membran
Gambar 4-17 [S+] dan [s+] = konsentrasi kesetimbangan, terlihat bahwa terdapat lebih banyak muatan negatif daripada positif pada membran
Gambar 6-18 Tipe-tipe transpor aktif
Gambar 4-19 Protein transpor bisa berperan sebagai carrier yang dapat bergerak, misalnya protein transmembran besar dapat berotasi, protein kecil bisa menyilang membran, dan protein transpor bisa membentuk pori-pori atau saluran
Gambar 4-20 Perubahan konformasi dalam suatu pori-pori protein sebagai tempat transpor zat terlarut
Gambar 4-21 Pengikatan K+ oleh Valinomisin
Gambar 4-22 Struktur reseptor Glucocorticoid
Gambar 4-23 Kajian skematis dari reseptor-reseptor yang bergabung dengan protein G
181
182
185
188
190
193
194
195
196
197
198
199
201
202
203
206
206