Bab 14 buku kimia dasar

BAB XIV
DASAR BIOMOLEKULAR
Sasaran pembelajaran dari bab ini adalah mahasiswa mampu:
1. Mengetahui karakteristik beberapa senyawa biomolekul: asam amino dan protein,
karbohidrat, lipida dan asam nukleat.
2. Mengetahui sifat kimia dan reaksi dari kelompok senyawa pada no 1
Pendahuluan
Biomolekular dimaksudkan adalah molekul-molekul utama yang menunjang
berlangsungnya kehidupan, baik sebagai pembentuk struktur sel, sumber energi,
pengendalian metabolisme hormonal dan transformasi genetik. Sangat banyak
molekul-molekul organik yang berperan dalam kelangsungan kehidupan, namun tidak
dikemukakan disini. Sebagai pengetahuan dasar maka secara singkat akan
dikemukakan beberapa sifat kimia dari senyawa biomolular utama, seperti protein,
karbohidrat, lipida dan asam nukleat. Kajian yang lebih mendalam mengenai
biomolekular tersebut dapat dipelajari pada buku-buku kimia organik dan biokimia.
14.1. Asam amino dan Protein
Asam amino adalah senyawa organik yang merupakan monomer (satuan
pembentuk) protein. Asam amino mempunyai dua gugus fungsi yaitu gugus amino
dan gugus karboksil yang terikat pada atom karbon yang sama. Atom karbon yang
mengikat gugus amino adalah atom karbon α terhadap karboksil, karenanya dapat
disebut asam α amino karboksilat. Rumus umum asam amino ditunjukkan sebagai
berikut.
R
α
H2N
C
COOH
H
Gambar 14.1 Asam α – amino karboksilat
Protein adalah salah satu makrobiomolekular yang berfungsi sebagai
pembentuk struktur sel dari pada mahluk hidup termasuk manusia. Protein adalah
polimer dari asam-asam amino yang tersambung melalui ikatan peptida, oleh
karenanya dapat juga disebut sebagai polipeptida. Hal yang menarik bahwa protein
pada semua bentuk kehidupan (organisme) mengandung hanya 20 jenis asam amino,
namun interkoneksinya menghasilkan ragam mahluk hidup yang tak terhingga
banyaknya. Rumus dan nama 20 jenis asam-asam amino pembentuk protein diberikan
pada bagian berikutnya.
14.1.1 Tatanama Asam Amino
Nama biasa (umum) dan singkatan, serta kimia /secara sistimatik (IUPAC)
ditunjukkan di bawah.
XIV-1
Nama biasa
Nama sistematika
Rumus struktur
Alanin (Ala)
As. 2-amino propanoat
Valin (val)
As. 2-amino-3-metil butanoat
Leusin (Leu)
As.2-amino-4-metil- Pentanoat
CH3-CH-CH2- CH-COOH
NH2
CH3
Isoleusin (Ile)
As.2-amino-4-metil pentanoat
CH3-CH2-CH- CH-COOH
CH3 NH2
Prolin (Pro)
As.Furano metanoat
CH3- CH-COOH
NH2
CH3-CH - CH-COOH
CH3 NH2
N
H
COOH
CH2 - CH-COOH
NH2
Fenilalanin(fen) As. 2-amino-3- fenilpropanoat
CH2 - CH-COOH
NH2
Triptofan(Trip) As. 2-amino-3-(3-idolil)-propanoat
N
H
CH2-CH2 - CH-COOH
S-CH3
NH2
Metionin(Met) As. 2-amino-4-(metil tio) butanoat
H- CH-COOH
NH2
Glisin(Gli)
As. 2 amino etanoat
Serin(Ser)
As. 2 amino-3-hidroksi propanoat
Treonin(Tre)
As. 2-amino-3-hidroksi butanoat
Sistein(Sis)
As. 2-amino-3-merkapto propanoat
CH2 - CH-COOH
SH NH2
Tirosin(Tir)
As.2-amino-3-(p-hidroksi fenil)
Propanoat
CH2 - CH-COOH
NH2
CH3-CH - CH-COOH
OH NH2
HO
NH2-C - CH2- CH-COOH
O
NH2
Aspargin(Asn) As.2-amino suksinat
Glutamin(Gln) As.2-amino glutaramat
As.Aspartat
CH2 - CH-COOH
OH NH2
NH2-C – CH2-CH2- CH-COOH
O
NH2
HO -C - CH2- CH-COOH
O
NH2
As.2-amino suksinamat
XIV-2
(Asp)
HO - C – CH2-CH2- CH-COOH
O
NH2
As. Glutamat
(Glu)
As.2-Glutarat
Liain(Lis)
As.2,6-diamino heksanoat
Arginin(Arg)
As.2-amino-5-guanido valerat
Histidin(His)
As. 2 amino-3-imidazol propanoat
CH2-(CH2) 3 - CH-COOH
NH2
NH3
HN-(CH2) 3 - CH-COOH
H2N-C=NH2
NH2
HN
CH2 - CH-COOH
NH2
N
Ganbar 14.2 Beberapa asam amino penyusun protein
14.1.2. Klasifikasi Asam Amino
Asam amino tersebut di atas dapat diklasifikasi menjadi 4 golongan
berdasarkan relatif gugus R-nya (R = gugus yang terikat pada atom C - α pada asam
amino).
a. Asam amino dengan gugus R non polar (tak mengutub)
Asam amino dengan gugus R non polar, adalah gugus yang mempunyai
sedikit atau tidak mempunyai selisih muatan dari daerah yang satu ke daerah yang
lain. Golongan ini terdiri dari lima asam amino yang mengandung gugus alifatik
(alanin, leusin, isoleusin, valin dan prolin) dua dengan R aromatik (fenil alanin dan
triptopan) dan satu mengandung atom sulfur (metionin). Pada umumnya golongan
asam amino ini bersifat kurang atau tidak larut dalam air.
b. Asam amino dengan gugus R mengutub tak bermuatan
Golongan ini lebih mudah larut dalam air dari pada golongan yang tak
mengutub, karena gugus R mengutup dapat membentuk ikatan hidrogen dengan
molekul air. Termasuk golongan ini adalah serin, treonin dan tirosin yang
kekutubannya disebabkan oleh adanya gugus hidroksil (-OH). Asparagin dan
glutamin yang kekutubannya disebabkan oleh gugus amida (- CONH2) serta sistein
oleh gugus sulfidril ( - SH).
Asparagin dan glutamin, masing-masing merupakan bentuk senyawa amida
dari asam aspartat dan asam glutamat dan mudah terhidrolisis oleh asam atau basa.
Sistein yang mengandung gugus tiol dan tirosin yang mengandung gugus hidroksil
fenol bersifat paling mengutub dalam golongan asam amino ini.
c. Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif (Asam amino asam)
Golongan asam amino ini bermuatan negatif pada pH 6.0 - 7.0 dan terdiri dari
asam aspartat dan asam glutamat yang masing-masing mempunyai dua gugus
karboksil (-COOH).
XIV-3
d. Asam amino dengan gugus R bermuatan positif (Asam amino basa)
Golongan asam amino ini bermuatan positif pada pH 7.0, terdiri dari lisin,
histidin dan arginin.
14.1.3 Stereo Kimia Asam Amino
Semua asam amino yang didapat dari hasil hidrolisa protein, kecuali glisin,
mempunyai sifat aktif optik yaitu dapat memutar bidang polarisasi cahaya bila
diperiksa dengan polarimeter. Sifat optik aktif disebabkan oleh atom karbon yang
asimetris, yaitu atom karbon yang mengikat empat gugus yang berlainan. Jumlah
bentuk stereo isomer yang mungkin terjadai sama dengan 2n dimana n adalah
jumlah atom karbon yang asimetris. Semua asam amino yang umum terdapat dalam
protein kecuali glisin, mempunyai satu atom karbon asimetris, sedangkan tronina dan
isoleusin masing-masing mempunyai dua atom asimetris.
H- CH-COOH
NH2
Glisin
H
*
CH3- C-COOH
NH2
Alanin
* CH-COOH
*
CH3-CH2-CHCH3 NH2
Isoleusin
Gambar 14.3 - Asam amino glisin (tidak punya atom C*assimetri)
- Asam amino Alanin, satu atom asimetri C*
- Isoleusin dengan dua atom karbon asimetri C*
14.1.4 Reaksi Asam Amino dan Pembentukan Protein
Gugus karboksil dan gugus amino asam amino memperlihatkan semua reaksi
yang dapat diharapkan dari fungsi-fungsi ini, misalnya pembentukan garam,
pengesteran dan asilasi. Di samping itu gugus yang terdapat pada rantai samping (R)
juga dapat memberikan reaksi khas asam amino. Beberapa reaksi asam amino yang
umu digunakan anatara lain reaksi Ninhidrin, reaksi Sanger, reaksi Edman. Reaksireaksi tersebut sangat berguna dalam analisis asam amino. Pengetahuan tentang hal
itu dapat dibaca pada buku kimia organik dan biokimia.
Reaksi asam amino yang sangat penting adalah reaksi kondensasi antara asamasam amino membentuk protein. Interaksi asam-asam amino membentuk protein
melalui ikatan kovalen peptida, dalam hubungan ini maka protein disebut juga
polipeptida. Ikatan peptida adalah ikatan antara gugus karboksil dari satu asam amino
dengan gugus amino dari asam amino yang lain.
Bila gugus amino dan gugus hidroksil asam amino bergabung membentuk
ikatan peptida, unsur asam aminonya dinamakan residu asam amino. Suatu peptida
yang terdiri dari 2 residu asam amino disebut dipeptida, tiga residu asam amino
tripeptida dan seterusnya. Bila peptida mengandung banyak (katakan lebih dari 10)
residu asam amino, peptida itu dinamakan polipeptida, banyak hormon atau semua
protein sederhana adalah polipeptida.
Jika protein-protein hanya terhidrolisa sebahagian, maka polimer-polimer
yang lebih kecil yang terbentuk dari asam-asam amino disebut peptida. Sebagai
contoh salah satu hasil hidrolisis sebahagian dari sutra adalah glisil-glisin, merupakan
suatu bentuk amida dari dua asam amino glisin. Di bawah ini situnjukkan suatu
dipeptida alanilserin yang terbentuk dari asam amino alanin dengan serin melalui
ikatan peptida yang ditunjukkan dengan garis yang lebih tebal.
XIV-4
CH3- CH-COOH
NH2
+
- H2 O
CH2 - CH-COOH
OH NH2
H2 N
O
CH2OH
C
CH
OH
CH
N
C
CH3
H
O
Ikatan peptida
Alanilserin
Gambar 14.4 Suatu dipeptida alanilserin, terbentuk dari alanin dan serin
Menurut perjanjian, struktur peptida selalu ditulis dengan residu asam amino
N-ujung (residu dengan gugus α-amino bebas) di sebelah kiri dan dengan residu C
ujung (residu dengan gugus α-karboksil bebas) di sebelah kanan. Perhatikan bahwa
peptida ini mempunyai satu gugus α-amino bebas dan satu gugus α-karboksil bebas,
sehingga dengan demikian nama dari suatu peptida diambil dari suatu gabungan nama
atau singkatan nama asam-asam amino pembentuknya, yang dimulai dengan asam
amino N-ujung dan diakhiri dengan asam amino C-ujung. Sebagai contoh (Gambar
14.4), suatu dipeptida yang terdiri dari alanin, serin diberi nama Alanilserin atau nama
singkatnya adalah Ala-ser.
Kalau makin panjang suatu rantai peptida, maka jumlah isomer-isomer
mungkin akan bertambah banyak pula. Oleh karena itu kurang lebih 8000 tripeptida
yang mungkin terbentuk secara teori dari 20 macam asam amino.
Sejumlah peptida kecil ditemukan di dalam beberapa antibiotik seperti
basitrisin yang merupakan suatu peptida dan terdapat pada semua sel hewan dan
tumbuhan. Jenis peptida lain yang mempunyai arti yang khusus yaitu hormon
oksitoksin dan vasopressin
14.2. Karbohidrat
Karbohidrat merupakan salah satu senyawa organik biomakromolekul alam
yang banyak ditemukan dalam mahluk hidup terutama tanaman. Pada tanaman yang
berklorofil, karbohidrat dibentuk melalui reaksi antara karbon dioksida dan molekul
air dengan bantuan sinar matahari, disebut fotosintesis.
sinar
n CO2 + n H2O
(CH2O)n + n O2
matahari
Pati adalah bentuk utama penyimpanan karbohidrat yang digunakan untuk
sumber makanan atau energi, sedangkan sellulosa adalah komponen utama
karbohidrat pada tanaman. Glukosa adalah karbohidrat sederhana yang paling banyak
diperlukan dalam tubuh manusia. Dua macam karbohidrat, yaitu D-ribosa dan 2deoksiribosa adalah merupakan penyusun kerangka inti molekul genetik DNA dan
RNA. Karbohidrat juga merupakan bagian penting dalam koenzim, antibiotika,
tulang rawan, kulit kerang dan dinding sel bakteri.
XIV-5
14.2.1 Penggolongan Karbohidrat
Karbohidrat merupakan persenyawaan antara karbon, hidrogen dan oksigen
yang terbentuk di alam dengan rumus umum Cn(H2O)n. Melihat rumus empiris
tersebut, maka senyawa ini dapat diduga sebagai "hidrat dari karbon", sehingga
disebut karbohidrat. Sejak tahun 1880 telah disadari bahwa gagasan "hidrat dari
karbon" merupakan gagasan yang tidak tepat, karena ternyata ada beberapa senyawa
yang mempunyai rumus empiris seperti itu, tetapi bukan karbohidrat. Misalnya asam
asetat dapat ditulis sebagai C2(H2O)2 dan formaldehid dengan rumus CH2O, nyatanya
keduanya bukan karbohidrat. Dengan demikian suatu senyawa termasuk karbohidrat
tidak hanya ditinjau dari rumus empirisnya saja, tetapi yang paling penting ialah
rumus strukturnya.
Dari rumus struktur akan terlihat bahwa ada gugus fungsi penting yang
terdapat pada molekul karbohidrat yaitu gugus fungsi karbonil (aldehid dan keton).
Gugus-gugus fungsi itulah yang menentukan sifat senyawa tersebut. Berdasarkan
gugus yang ada pada molekul karbohidrat, maka senyawa tersebut
dapat
didefinisikan sebagai polihidroksialdehida dan polihidroksiketon.
Berdasarkan jumlah monomer pembentuk suatu karbohidrat maka dapat dibagi
atas tiga golongan besar yaitu : monosakarida, oligosakarida dan polisakarida. Istilah
sakarida berasal dari bahasa latin (saccharum = gula) dan mengacu pada rasa manis
senyawa karbohidrat sederhana. Hasil hidrolisis ketiga kelas utama karbohidrat
tersebut saling berkaitan :
H2 O
Polisakarida
H2O
Oligosakarida
H+
monosakarida
H+
14.2.2 Monosakarida
Monosakarida adalah karbohidrat yang tak dapat dihidrolisis menjadi senyawa
yang lebih sederhana. Jika didasarkan pada gugus fungsinya, maka monosakarida
secara keseluruhan dibagi atas dua golongan besar, yaitu aldosa jika mengandung
gugus aldehid dan ketosa jika mengandung gugus keton.
H-C=O
H-CHOH
H-C-OH
C=O
H-CHOH
H-CHOH
Gliseraldehid
Dihidroksiaseton
(aldosa)
(ketosa)
Gambar 14.5. Monosakarida paling sederhana aldotriosa dan ketotriosa
Gliseraldehid adalah aldosa yang paling sederhana dan dihidroksiaseton adalah ketosa
yang paling sederhana pula. Aldosa atau ketosa lainnya dapat diturunkan dari
gliseraldehida atau dihidroksiaseton dengan cara menambahkan atom karbon, masingmasing membawa gugus hidroksil.
XIV-6
H-C=O
H-C-OH
H-C-OH
H-CHOH
H-C=O
H-CHOH
H-C=O
H-C-OH
H-C=O
H-C-OH
H-C-OH
H-C-OH
H-C-OH
H-C-OH
H-C-OH
H-C-OH
H-C-OH
H-C-OH
H-CHOH
H-CHOH
H-CHOH
Heksosa
Heksosa
Tetrosa
Pentosa
Aldosa
H-CHOH
H-C=O
H-C-OH
H-C-OH
H-CHOH
Pentosa
Ketosa
H-CHOH
H-C=O
H-C-OH
H-CHOH
Tetrosa
Gambar 14.6. Kelompok aldosa turunan dari gliseraldehid dan ketosa dihidroksiaseton
Konfigurasi gliseraldehida dinyatakan sebagai D apabila gugus hidroksil pada
atom karbon kiral terletak di sebelah kanan, dan L jika gugus hidroksil di sebelah kiri
rumus proyeksi Fischer. Sistem ini juga berlaku untuk monosakarida lain dengan cara
berikut. Jika atom karbon kiral yang terjauh dari gugus aldehida atau keton
mempunyai konfigurasi seperti D-gliseraldehida (hidroksil di sebelah kanan), maka
senyawa itu adalah D-monosakarida. Jika konfigurasi pada atom karbon terjauh
mempunyai konfigurasi yang sama dengan L-gliseraldehida (hidroksil di sebelah kiri),
maka senyawa itu adalah L-monosakarida.
H-C=O
H-C=O
(H-C-OH)n
(H-C-OH)n
HO*C-H
H-C*-OH
H-CHOH
H-CHOH
D-Aldosa
L-Aldosa
14.7. D-aldosa (OH) pada C*seblah kanan L-aldosa (OH) pada C* seblah kiri
14.2.3. Cincin Piranosa dan Puranosa
Suatu monosakarida dalam bentuk hemiasetal cincin segi lima disebut
furanosa. Furan berarti senyawa heterosiklik oksigen bercincin lima. Demikian pula
piranosa berasal dari kata piran yang berarti senyawa heterosiklik oksigen bercincin
segi enam.
O
O
puran
piran
Gambar 14.8 Heteroklik oksigen, piran cincin segi enam dan furan cincin segi lima
Istilah piranosa dan furanosa seringkali digabung dengan nama monosakaridanya,
misalnya, D-glukopiranosa untuk cincin segi enam dari D-glukosa, atau Dfruktofuranosa untuk cincin segi lima dari fruktosa.
XIV-7
14.2.4 Rumus Haworth dan Rumus Konformasi
Dalam larutan air, hanya sekitar 0,02 % glukosa berada dalam bentuk aldehid
rantai
terbuka,
sisanya
berada
dalam
bentuk
hemiasetal
siklik.
CH2OH
H
OH
H
5
O
OH
4
HO
OH
H
1
OH
O
H
OH
OH
2
3
OH
α-D-Glukopiranosa Haworth
H
Fischer
CH 2 OH
Gambar 14.9 Struktur α-D-glukopiranosa menurut proyeksi Fischer dan Haworth
Meskipun proyeksi Fischer cocok untuk menunjukkan konformasi atom-atom
di sekeliling karbon-karbon kiral suatu karbohidrat dalam rantai terbuka, proyeksi ini
tidak sesuai untuk menyatakan suatu struktur siklik. Penggambaran struktur siklik
dengan baik, dikembangkan dengan menggunakan rumus perspektif Haworth. Dengan
rumus Haworth, akan terlihat bahwa gugus-gugus yang terikat pada karbon-karbon
kiral benar-benar berada dalam kedudukan cis dan trans terhadap yang lain pada
cincin itu. Juga rumus Haworth menghilangkan ikatan-ikatan melengkung yang
terkesan dibuat-buat pada oksigen cincin.
Menurut perjanjian, suatu rumus Haworth digambar dengan oksigen cincin
berada pada sisi terjauh dari cincin, dan karbon anomerik berada di sebelah kanan.
Gugus CH2OH ujung diletakkan di atas bidang cincin untuk deret D, dan di bawah
bidang cincin untuk deret L. Konfigurasi α- bila gugus hidroksil (OH) terletak di
bawah bidang dan β- jika gugus hidroksil (OH) di atas bidang cincin.
CH2OH
O
ke atas=D
O
HOH2C
ke bawah=L
CH2OH
CH2OH
O
O
H
O
ke atas=β
OH
ke bawah=α
Gambar 14.10. Struktur Haworth dari hemiasetal siklik, untuk monosakarida seri D
dan L, konfigurasi α- dan βPerhatikan bahwa gugus yang berada di kanan dalam proyeksi Fischer akan
terletak di bawah bidang pada rumus Haworth, dan gugus yang berada di kiri dalam
proyeksi Fischer, akan terletak di atas bidang dalam rumus Haworth.
Rumus Haworth yang datar itu, belum cukup menggambarkan kestabilan
cincin piranosa. Suatu piranosa, seperti sikloheksana dapat mengalami tekukan cincin
agar mencapai keadaan yang stabil, keadaan ini dapat ditunjukkan oleh rumus
konformasi.
XIV-8
C H2O H
H
O
H
CH2OH
H
O
HO
HO
OH
OH
OH
OH
H
OH
H
Gambar 14.11 Hemiasetal siklik piranosa dalam rumus Haworth dan Konformasi
Jika pada rumus Haworth gugus hidroksi (OH) terletak di bawah bidang, maka
rumus konformasi gugus hidroksi (OH) tersebut juga terletak di bawah bidang.
Begitupun sebaliknya, jika gugus hidroksi (OH) pada rumus Haworth terletak di atas
bidang, maka pada rumus konformasi pun terletak di atas bidang. Sebagaimana
lazimnya bahwa pada gugus-gugus yang besar cenderung berada pada posisi
ekuatorial.
14.2.5 Beberapa reaksi Penting Karbohidrat
a. Oksidasi menjadi asam-asam aldonat dan aldarat
Gugus aldehid dapat dengan mudah mengalami oksidasi, demikian halnya
dengan aldosa dapat dioksidasi menjadi asam aldonat dengan mudah sehingga dapat
dilakukan oleh pereaksi-pereaksi seperti Ag+ dan Cu2+. Oleh sebab itu, aldosa dapat
memberikan uji positif dalam uji Tollens, Fehling dan Benedict. Juga oksidator ringan
sekalipun, seperti larutan brom yang dibuffer sudah mampu mengoksidasi aldosa.
O
C
H
HO
O
C
H
OH
H
H
OH
H
OH
H
Ag+ atau Cu++
CH 2 OH
HO
OH
OH
H
H
OH
H
OH
CH 2 OH
D-glukosa
Asam D-glukonat
Gambar 14.12 Oksidasi glukosa menjadi asam aldonat
Pengoksidasi kuat seperti larutan asam nitrat dapat mengoksidasi gugus
aldehida dan gugus hidroksi ujung (suatu alkohol primer) menjadi asam
polihidroksidikarboksilat, yang dikenal sebagai asam-asam aldarat.
XIV-9
O
C
H
H
COOH
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H
HNO3
OH
HO
H
kalor
CH 2OH
D-glukosa
H
OH
H
OH
COOH
asam D-glukarat
Gambar 14.13 Oksidasi aldosa dengan asam nitrat
menjadi D-glukorat (suatu aldarat).
b. Reduksi menjadi alditol
Gugus aldehida dari aldosa dan gugus keto dari ketosa dapat direduks oleh
berbagai zat pereduksi, seperti hidrogen katalitik atau suatu hidrida logam,
menghasilkan polialkohol yang disebut alditol
O
C
H
HO
H
CH 2OH
OH
H
H
OH
H
OH
H
H 2, katalisis
HO
OH
H
atau NaBHy
CH 2 OH
D-glukosa
H
OH
H
OH
CH 2OH
D-glusitol (sorbitol)
Gambar 14. 14 Reduksi aldosa menjadi D-glusitol
D-glusitol alamiah telah diisolasi dari berbagai buah, lumut dan rumput laut.
Molekul D-glusitol digunakan sebagai pemanis makanan penderita diabetes.
c. Esterifikasi
Gugus-gugus hidroksi dalam karbohidrat bersifat seperti gugus hidroksi pada
alkohol lain, dapat diesterifikasi. Misalnya dapat diubah menjadi ester melalui reaksi
dengan turunan asam. Contoh, perubahan β-D-glukosa menjadi penta asetat dengan
anhidrida asam.
XIV-10
O
CH2OH
CH2OAc
O
O
OH
H3C
OH
C
O
O
Ac=CH3C
O
C
OAc
CH3
OoC
OAc
OH
OH
OAc
OH
OAc
β -D-glukosa pentaasetat
β -D-glukosa
Gambar 14.15 Esterifikasi β-D-glukosa dengan asetat anhidrat menjadi β-D-glukosa
pentaasetat, dalam rumus Haworth dan konfirmasi.
d.Glukosidasi
Pengolahan lebih lanjut suatu hemiasetal dengan alkohol akan menghasilkan
suatu asetal. Asetal monosakarida disebut glikosida.
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
OCH3
+
+ CH3OH
OH
H
OH
+
OH
H2O
OH
OH
OH
Gambar 14.16 Reaksi β-D-glukosa (suatu hemiasetal) dengan metanol akan
menghasilkan metil- β -D-glikosida (suatu asetal)
Perhatikan bahwa hanya satu-satunya gugus hidroksil anomerik yang
digantikan oleh gugus -OCH3. Asetal ini disebut glikosida, dan ikatan yang terbentuk
antara karbon anomerik dengan gugus -OCH3 disebut ikatan glikosida. Penamaan
glokosida diturunkan dari nama monosakarida-nya dengan mengubah akhiran - a
menjadi - ida, sehingga glukosa menjadi glukosida, mannosa menjadi mannosida dan
seterusnya.
14.2.6 Oligosakarida
Oligosakarida yang paling banyak ditemukan adalah disakarida. Disakarida
adalah karbohidrat yang terbentuk dari dua satuan monosakarida., yang terikat antara
satu dengan lainnya melalui ikatan glikosida dalam posisi 1,4- α (alfa) atau 1,4-β
(beta).
Dalam bagian ini akan diuraikan empat macam disakarida yang penting, yaitu
maltosa, selobiosa, laktosa dan sukrosa.
a. Maltosa
Maltosa adalah disakarida yang diperoleh sebagai hasil hidrolisispati.
Hidrolisis maltosa selanjutnya menghasilkan glukosa. Oleh karena itu, maltosa terdiri
dari dua satuan glukosa, terikat antara satu dengan yang lain melalui ikatan α-1,4
glikosida.
XIV-11
CH2OH
CH2OH
O
O
H
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
Maltosa
4-0-(α -D-galukopiranosil)-D-glukopiranosa)
Gambar 14.17. Maltosa, terbentuk dari ikatan α-1,4-glikosida
Karbon anomerik dari unit glukosa yang kedua berbentuk hemiasetal yang
dapat berada dalam kesetimbangan dengan aldehida rantai terbuka. Oleh karena itu,
maltosa dapat mengalami oksidasi, sebagaimana gula reduksi yang telah dibahas
terdahulu.
b. Selubiosa
Selubiosa adalah disakarida yang diperoleh dari hidrolisis parsial selulosa.
Hidrolisis lebih lanjut dari selulosa menghasilkan D-glukosa. Oleh karena itu,
selubiosa merupakan perpaduan dua molekul D-glukosa melalui ikatan β-1,4glikosida, jadi merupakan isomer maltosa.
CH OH
2
O
OH
CH2OH
OH
O
O
OH
OH
OH
OH
Selobiosa
4-0-(β -D-galukopiranosil)-D-glukopiranosa)
.Gambar 14.18. Selubiosa terbentuk dari ikatan β -1,4-glikosida
c. Laktosa
Laktosa adalah gula utama yang terdapat dalam susu sapi dan manusia (4-8%
laktosa). Hidrolisis laktosa menghasilkan D-glukosa dan D-galaktosa dalam jumlah
yang sama. Karbon anomerik unit galaktosa mempunyai konfigurasi b pada atom C-1
yang dihubungkan dengan gugus hidroksil atom C-4 dari unit glukosa.
C H2O H
O
OH
C H2O H
OH
OH
O
O
OH
OH
Laktosa
4-0-(β -D-galaktopiranosil)-D-glukopiranosa)
Gambar 14.19 Laktosa, terbentuk dari ikatan β-1,4-glikosida antara galaktosa dengan
glukosa
OH
XIV-12
Dalam metabolisme tubuh manusia yang normal, laktosa dihidrolisis secara
enzimatis menjadi D-galaktosa dan D-glukosa, selanjutnya galaktosa tersebut diubah
menjadi glukosa tidak berfungsi, sehingga akan mengakibatkan penyakit galaktosemia
yang sering menyerang pada bayi dan dapat mengakibatkan kematian. Laktosa masih
memiliki atom karbon anomerik hemiasetal yang dapat mereduksi pereaksi Fehling,
Benedik dan Tollen. Oleh sebab itu masih tergolong sebagai gula pereduksi.
d. Sukrosa
Sukrosa lebih populer disebut gula pasir. Sukrosa terdapat pada semua
tanaman yang mengalami fotosintesis dan berfungsi sebagai sumber energi. Gula ini
diperoleh dari tanaman tebu dan bit, terdiri dari satu satuan glukosa dan satu satuan
fruktosa. Ikatan antara unit glukosa dengan unit fruktosa melalui ikatan glikosida,
dengan menggunakan atom karbon anomerik, yaitu atom C-1 dari unit glukosa terikat
melalui oksigen ke atom C-2 pada unit fruktosa dan fruktosa merupakan bentuk
furanosa.
CH2 OH
O
OH
OH
OH
CH2OH
O
O
CH2OH
OH
OH
Sukrosa
α -D-galaktopiranosil- β D-Fruktofuranosil
Gambar 14.20 Sukrosa, terbentuk dari ikatan 1,2 glikosida antara glukosa dengan
fruktosa
Oleh karena karbon anomerik dari kedua unit sudah saling berikatan, sehingga
setiap unit monosakarida tidak lagi memiliki gugus hemiasetal. Karena itu, sukrosa di
dalam air tidak berada dalam kesetimbangan dengan suatu bentuk aldehida atau keton,
sukrosa tidak menunjukkan mutarotasi dan bukanlah gula pereduksi atau disebut gula
non reduksi, berbeda dengan monosakarida dan disakarida yang telah diuraikan
sebelumnya.
Hidrolisis sukrosa oleh asam atau enzim invertase, menghasilkan campuran Dglukosa dan D-fruktosa disebut gula inversi. Invertase terdapat dalam ragi beberapa
serangga terutama lebah madu. Karena adanya fruktosa bebas maka gula inversi lebih
manis dari gula sukrosa. Suatu gula inversi sintetik disebut isomerase yang dibuat
dengan isomerisasi enzimatik dari glukosa dalam sirup jagung, digunakan pada
pembuatan es krim, minuman ringan dan permen.
14.2.7 Polisakarida
Polisakarida tersusun dari banyak unit monosakarida yang terikat antara satu
dengan yang lain melalui ikatan glikosida. Hidrolisis total dari polisakarida
XIV-13
menghasilkan monosakarida. Dalam bagian ini akan diuraikan secara singkat tentang
polisakarida selengkapnya dapat dibaca pada buku biokimia. Beberapa polisakarida
yang terpenting, yaitu selulosa, pati (amilosa dan amilopektin), glikogen, kitin akan
dikemukakan berikut ini.
a. Selulosa
Selulosa adalah polimer tak bercabang dari glukosa yang dihubungkan
melalui ikatan 1,4--β-glikosida 300-15000 unit D-glukosa membentuk rantai lurus,
terikat sebagai unit-unit selulosa. Makromolekul selulosa dapat beragregasi
membentuk fibril yang terikat melalui ikatan hidrogen antara gugus hidroksil pada
rantai yang bersebelahan. Serat selulosa yang mempunyai kekuatan fisik yang tinggi
terbentuk dari fibril-fibril ini, tergulung seperti spiral dengan arah yang berlawanan
menurut sumbu. Diperkirakan sekitar 1011 ton selulosa dibiosintesis tiap tahun, sekitar
50% karbon di alam ini terikat dalam bentuk selulosa, kayu mengandung sekitar
50%, kapas 90%, daun kering 20%.
Manusia tidak dapat mencerna selulosa, sekalipun dapat mencerna pati dan
glikogen. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan stereokimia ikatan glikosida
pada atom C-1 setiap unit glukosa. Sistem pencernaan manusia mengandung enzim
yang dapat membantu mengkatalisis hidrolisis ikatan α-glikosida, tetapi tidak
mempunyai enzim yang diperlukan untuk menghidrolisis β-glikosida. Namun banyak
bakteri yang mempunyai β-glukosidase dan dapat menghidrolisis selulosa. Rayap
misalnya memiliki bakteri semacam ini dalam ususnya sehingga dapat hidup dengan
memakan pokok kayu.
Selulosa tidak termasuk gula pereduksi, karena relatif tidak lagi memiliki
atom karbon hemiasetal. Walaupun selulosa memiliki karbon hemiasetal pada ujung
ranting, tetapi pengaruhnya tidaklah nyata, karena sangat kecil jika dibandingkan
dengan molekulnya yang besar.
b. Pati
Pati merupakan polisakarida yang melimpah setelah selulosa. Berfungsi
sebagai penyimpan energi. Pati banyak terdapat pada padi-padian, kentang, jagung
dan lain-lain. Pati dapat dipisahkan menjadi dua komponen utama berdasarkan
kelarutan bila dibubur dalam air panas. Sekitar 20% pati adalah amilosa (larut) dan
80% adalah amilopektin (tidak larut)
Amilosa, adalah polimer linier dari α-D-glukosa, sekitar 50 sampai 300 unitunit glukosa yang dihubungkan antara satu dengan lainnya melalui ikatan 1,4- α glikosida. Dalam larutan, rantai amilosa berbentuk heliks menyerupai kumparan,
karena adanya ikatan dengan konfigurasi α pada setiap unit glukosa. Kumparan yang
berbentuk tabung ini memungkinkan terbentuknya senyawa kompleks dengan
molekul lain, terutama molekul-molekul kecil yang dapat masuk ke dalam
kumparannya. Warna biru tua yang ditimbulkan pada penambahan yodium pada pati
adalah contoh pembentukan kompleks tersebut. Hidrolisis lengkap dari amilosa
menghasilkan hanya D-glukosa, hidrolisis parsial menghasilkan maltosa sebagai satusatunya disakarida.
Amilopektin, adalah suatu polisakarida yang jauh lebih besar daripada
amilosa, mengandung kurang lebih 1000 satuan glukosa per molekul. Sebagaimana
rantai amilosa, amilopektin pun memiliki rantai utama yang terdiri dari rantai glukosa
dengan ikatan 1,4-α-D-glikosida. Perbedaan antara amilosa dengan amilopektin
adalah amilopektin memeliki percabangan. Setiap percabangan memiliki kira-kira 2430 unit glukosa ikatan pada titik percabangan adalah 1,6-α-glikosida. Hidrolisis
lengkap terhadap amilopektin menghasilkan hanya glukosa. Namun hidrolisis parsial
XIV-14
akan menghasilkan maltosa dan isomaltosa. Isomaltosa tersebut berasal dari
percabangan α-1,6. Campuran oligosakarida yang diperoleh dari hidrolisis parsial
amilopektin, dikenal sebagai dekstrin yang dipergunakan sebagai lem, pasta dan kanji
tekstil.
c. Glikogen
Glikogen adalah polisakarida yang berfungsi sebagai penyimpan glukosa
dalam hewan (terutama dalam hati dan otot). Struktur glikogen mirip amilopektin,
yaitu mengandung rantai glukosa yang terikat 1,4-α-dengan percabangan 1,6-α.
Molekul glikogen jauh lebih besar dan lebih bercabang dibanding amilopektin.
Glikogen mempunyai bobot molekul tinggi, memiliki sekitar 100.000 unit glukosa,
dengan percabangan terdapat pada setiap 8-12 unit glukosa. Glikogen dihasilkan jika
glukosa diserap ke dalam darah dan diangkut ke hati, otot, lalu membentuk polimer
dengan bantuan enzim. Glikogen membantu mempertahankan keseimbangan gula
dalam tubuh, dengan jalan menyimpan kelebihan gula yang dicerna dari makanan dan
mensuplainya ke dalam darah jika diperlukan.
d. Kitin
Kitin adalah polisakarida linier yang mengandung N-asetil-D-glukosamin
terikat. Hidrolisis kita menghasilkan 2-amino-2 deoksi-D-glukosa. Kitin banyak
terikat dalam protein dan lipida, merupakan komponen utama dalam bangunan
serangga.
14.3. Lipida
Lipid (Yunani, lipos=lemak) adalah sekelompok besar senyawa alam yang
tak larut dalam air, tetapi larut dalam perut organik non polar seperti n-heksan,
kloroporm dan dietil eter. Sifat inilah yang membedakan lipid dari karbohidrat,
protein, asam nukleat dan kebanyakan molekul hayati lainnya. Struktur molekul lipid
sangat beragam, sehingga kita harus mengingat banyak gugus fungsi yang telah kita
pelajari sebelumnya. Senyawa organik yang termasuk kelompok lipid adalah
trigliserida, lilin, fosfolipid, glikolipid, steroid, terpen, prostaglandin.
14.3.1 Lilin
Lilin atau malam adalah sebagian dari kelompok lipid. Secara kimiawi,
lilin merupakan ester dari alkohol berantai panjang dengan asam lemak berantai
panjang. Panjang rantai hidrokarbon asam maupun alkohol pada lilin biasanya
berkisar dari 10 sampai dengan 30 karbon. Bedanya dengan trigliserida adalah, bahwa
alkohol pada lilin ialah alkohol monohidrat. Lilin adalah padatan mantap bertitik leleh
rendah dapat ditemui pada tumbuhan dan hewan. Lilin lebah yang sebagian besar
berupa mirisil palmiat, adalah ester dari milirisil alkohol dan asam palmitat. Lilin
berguna untuk melindungi permukaan daun dari penguapan air dan serangan mikroba.
Lilin juga melipisi kulit, rambut dan bulu unggas, sehingga tetap lentur dan kedap air.
O
CH3(CH2)14-C-O-(CH2)29CH3
14.21. Mirisil palmitat ester dari mirisil alkohol dengan asam palmitat.
Banyak lilin alami telah digantikan oleh bahan tiruan, terutama dari
golongan polimer. Salah satu di antaranya adalah Carbowax, yakni polimer dari etilen
XIV-15
glikol. Lilin tiruan ini sering digunakan dalam kosmetik dan bahan-bahan baku
industri.
14.3.2 Trigliserida
Trigliserida adalah triester dari asam lemak dan gliserol. Asam lemak
adalah karboksilat berantai panjang, yang umumnya memiliki jumlah atom karbon
genap, dan dapat memiliki satu atau lebih ikatan rangkap dua (tidak jenuh). Tabel
14.1 memuat daftar beberapa asam lemak dan sumbernya. Sifat fisik maupun sifat
kimia dari trigliserida sangat ditentukan oleh jenis asam lemak pembentuknya.
Tingkat kejenuhan dan ketidak jenuhan dari asam lemak menentukan titik leleh dari
trigliserida yang dibentuknya. Asam lemak jenuh umumnya rantainya memanjang dan
lebih teratur. Jika terdapat ikatan ganda dua cis dalam rantai asam lemak, maka
rantainya akan membelok dan tidak teratur. Semakin banyak terdapat ikatan ganda
dua dalam rantai asam lemak, semakin tidak teratur strukturnya dan semakin rendah
titik lelehnya.
Tabel 14.1. Beberapa asam lemak jenuh dan tidak jenuh
Jum.
AtoC
4
6
8
10
12
14
16
18
16
18
18
18
Struktur Karbon
Asam lemak jenuh
CH3CH2CH2COOH
CH3(CH2)4COOH
CH3(CH2)6COOH
CH3(CH2)8COOH
CH3(CH2)10COOH
CH3(CH2)12COOH
CH3(CH2)14COOH
CH3(CH2)16COOH
Asam Lemak tak jenuh
CH3(CH2)5CH=CH(CH3)3COOH
CH3(CH2)3CH=CH(CH2)3COOH
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
CH3CH2(CH-CHCH2)3(CH3)6COOH
kapas
Nama
Sumber
Asam butirat
Asam kaproat
Asam kaprilat
Asam kaprat
Asam laurat
Asam miristat
Asam palmitat
Asam stearat
Mentega
Mentega
Minyak kelapa
Minyak kelapa
Minyak sawit
Minyakbiji pala
Minyak kelapa
Lemak hewan
Asam palmitoleat Mentega
Asam oleat
Minyak zaitun
Asam linoleat
Minyak kedele
Asamlinolenat
Minyak biji
Trigliserida tergolong sebagai lipid sederhana, dan merupakan bentuk
cadangan lemak dalam tubuh manusia. Persamaan umum pembentukan trigliserida
adalah. Bila ketiga asam lemak yang menyusun trigliserida semua sama maka
O
hasilnya
R1-COOH
CH2-OH
CH-OH
+
CH2
R3-COOH
Gliserol
3 mol.asam lemak
R1
O
R2-COOH
CH2-OH
C
O
+ 3H2O
CH
O
C
R2
CH2
O
C
R3
O
Trigliserida
Gambar 14.22. Trigliserida, ester dari gliserol dan tiga asam lemak
XIV-16
disebut trigliserida sederhana. Misalnya dari gliserol dan tiga molekul asam stearat
akan diperoleh trigliserida sederhana yang disebut gliseril tristearat, atau tristearin.
Trigliserida sederhana jarang dijumpai, yang lebih lazim adalah trigliserida campuran,
yakni triester dari asam lemak yang tak sejenis. Lemak hewan dan minyak nabati
merupakan beberapa trigliserida campuran. Trigliserida campuran dalam lemak
mentega misalnya, mengandung paling sedikit 14 macam asam karboksilat. Ukuran
kuantitatif yang dapat digunakan untuk menyatakan banyaknya ikatan ester ialah
bilangan penyabunan.
Lemak dan minyak dapat dibedakan berdasarkan pada titik lelehnya. pada
suhu kamar lemak berwujud padat, sedangkan minyak berwujud cair. Titik leleh dari
lemak dan minyak tergantung pada strukturnya, umumnya meningkat dengan
bertambahnya jumlah atom karbon. Banyaknya ikatan ganda dua karbon-karbon
dalam komponen asam lemak juga sangat berpengaruh. Trigliserida yang
mengandung banyak asam lemak tak jenuh, seperti asam olet dan linoleat akan
berwujud minyak (cair), sedangkan trigliserida yang mengandung asam lemak jenuh
berwujud padat (lemak), contohnya lemak sapi. Reaksi hidrogenasi mengubah minyak
nabati menjadi lemak, misalnya pada industri margarin. Serbuk logam nikel (sebagai
katalis) didispersikan ke dalam minyak panas selanjutnya diadisi dengan hidrogen
sehingga ikatan ganda dua dari asam lemak tak jenuh 17oC) menghasilkan tristearin
(titik leleh 55oC).
O
O
CH2
C
O
CH2
(CH 2)7CH=CH(CH 2)7CH3
O
C
(CH2)16CH3
O
O
CH
O
C
(CH 2)7CH=CH(CH 2)7CH3
CH2
O
C
(CH 2)7CH=CH(CH 2)7CH3
O
H2
CH
O
C
(CH2)16CH3
CH2
O
C
(CH2)16CH3
O
Triolein (minyak)
Tristearin (lemak)
Gambar. 14.23 Hidrogenasi triolein (tak jenuh) menjadi tristearin (jenuh)
Trigliserida dapat menjadi tengik dan menimbulkan bau dan cita rasa yang tak
enak bila dibiarkan pada udara lembab. Lepasnya asam lemak yang mudah menguap
akan menyebabkan bau tengik. Asam-asam ini terbentuk melalui hidrolis ikatan ester
atau oksidasi ikatan ganda dua. Hidrolisis lemak atau minyak sering dikatalis oleh
enzim lipase yang ada di udara. Bau keringat timbul apabila lipase bakteri
mengatalisis hindrolisis minyak dan lemak pada kulit. Ketengikan hidrolitik dapat
dicegah atau ditunda dengan menyimpan bahan pangan dalam lemari pendingin.
Ketengikan oksidatif, lebih banyak mengakibatkan ketengikan bahan pangan. Ikatan
ganda dua dalam komponen asam lemak tak jenuh dari trigliserida terputus dan membentuk aldehid berbobot molekul rendah dan bau tak sedap. Aldehid kemudian
dioksidasi menjadi asam lemak berbobot molekul rendah dengan bau yang tak enak.
Ketengikan oksidatif memperpendek masa simpan biskuit dan makanan sejenisnya.
Antioksidan adalah senyawa yang dapat menunda ketengikan oksidatif. Dua senyawa
alami yang sering digunakan sebagai antioksidan ialah asam askorbat (vitamin C) dan
α-tokoferol (vitamin E).
Sebagaimana ester lainnya, trigliserida mudah dihidrolisis dengan bantuan
asam atau basa. Hidrolisis minyak atau lemak dengan jalan mendidihkannya dalam
XIV-17
larutan natrium hidroksida, disebut penyabunan. Proses ini digunakan dalam
pembuatan sabun dan reaksinya disebut reaksi saponifikasi. Sabun adalah garam
logam alkali (Na, K, Li) dari asam lemak.
O
CH2
(CH 2)16CH 3
C
O
O
O
CH
O
C
(CH 2)16CH 3
CH 2
O
C
(CH 2)16CH3
NaOH
CH2
OH
CH
OH + 3CH3(CH2)16-C-O Na
CH2
OH
Garam (Sabun )
Gliserol
O
Tristearin (lemak)
Gambar 14.24 Reaksi penyabunan stearin dengan sodium hidroksida
Gliserol adalah hasil samping yang penting dari reaksi tersebut di atas.
Gliserol diperoleh dengan menguapkan lapisan air, sabun kasar kemudian dimurnikan
dan diberi warna dan wewangian sesuai permintaan pasar.
14.3.3 Fosfolipid
Fosfolipid adalah lipid berupa ester asam posfat. Dalam membran sel
terdapat dua jenis utama fofolifid, yaitu fosfogliserida dan sfingomyelin. Molekul
fosfogliserida terbentuk dari asam lemak berantai panjang(14 sampai 24 karbon),
gliserol dan asam fosfat. Ikatan ester fosfat terjadi pada satu gugus hidroksi sedangkan
hidroksi lainya membentuk ester dengan dua asam lemak. Pada umumnya bagian
ester fosfat tidak terdapat dalam keadaan bebas, melainkan membentuk senyawa yang
lebih kompleks dengan fungsi fiologis tertentu. Contohnya ikatan ester fosfat
(fosfotidat) dengan kolin menghasilkan fosfotidilkolin yang lebih dikenal sebagai
lesitin yang berfungsi sebagai bahan pelumas sel syaraf dan otak.
O
O
CH 2
C
O
O
CH
O
C
C H2
R1
O
P
R1
O
+
R2
HOCH2CH2-N(CH3)3
CH
O
C
R2 +
O
O
CH 2
C
O
CH2
OH
OH
Asam fosfatidat
O CH2-CH2 -N CH
3
CH3
OH
Lesitin
a o a dt
O
P
Gambar 14.25 Pembentukan lesitin dari fosfotidat dengan kolin
XIV-18
CH3
4.3.4. Glikolipid
Glikolipid ialah molekul lipid yang mengandung unit gula (karbohidrat)
biasanya dari gula sederhana seperti glukosa atau galaktosa. Serebrosida adalah salah
satu dari glikopid. yang tersusun atas satu sfingosin, asam lemak dan gula. Serebrosida terdapat milimpah dalam jaringan otak.
CH2OH
H
C
H
C
H
C
(CH2)12
CH3
HC
H
N
C
(CH2)12
CH3
OH
O
OH
O
OH
O
CH 2
OH
Gambar 14.26 Serebrosida suatu glikolipid
4.3.5 Steroid
Steroid adalah kelompok lipid yang banyak dijumpai dalam tumbuhan dan
hewan. steroid tak tersabunkan, karena tak dapat dihidrolisis dalam media basa,
berbeda dengan trigliserida dan lipid kompleks. Hubungan kesamaan steroid dengan
lipid lainnya terletak pada kelarutannya, steroid tidak larut dalam air tetapi larut dalam
pelarut organik. Beberapa senyawa steroid yang sangat penting dalam kelansungan
hidup mahluk hidup, yaitu hormon, garam empedu, kolesterol dan sejenisnya. Steroid
dianggap turunan dari fenanteren, dimana terdapat tiga cincin sikloheksana dan satu
cincin siklopentana terpadu membentuk siklopentanahidropenantren yang merupakan
kerangka inti dari senyawa steroid.
12
17
13
11
D
C
1
10
2
16
15
14
9
8
A
B
3
7
5
4
6
Gambar 14.27. Siklopentanoperhidrofenantren (kerangka inti steroid)
Kolesterol adalah salah satu steroid yang mengandung gugus fungsi
hidroksil. Kolesterol banyak terdapat dalam jaringan hewan,10% dari bobot kering
otak adalah koleterol merupakan komponen utama batu empedu. Berbagai macam
hormon merupakan kelompok steroi, misalnya hormon testosteron (hormon seks
jantan), progesteron (hormon seks betina). Demikian juga banyak obat sintetik adalah
turunan steroid, misalnya noretindron (kontraseptik), narankolan (anabolik).
1
11
CH 3
A
16
25
27
CH 3
D
15
B
7
5
4
14
23
26
CH 3
8
10
3
OH
C
9
2
20
17
13
24
22
H 3 C 21
18
12 CH 3
6
Gambar 14.28 Kerangka molekul kolesterol
XIV-19
4.3.6 Terpen
Salah satu senyawa organik bahan alam yang banyak dijumpai dalam
mahluk hidup terutama tumbuhan adalah kelompok terpen. Terpen yang lebih
sederhana dikenal sebagai minyak atsiri. Kelompok senyawa ini banyak digunakan
sebagai bahan baku farfun dan obat. Terpen terbentuk dari satuan-satuan isopren yang
terkondensasi membentuk senyawa terpen yang sederhana monoterpen hingga
politerpen seperti karet alam. Isopren mempunyai jumlah atom C adalah 5 (lima) dan
mempunyai struktur kimia adalah 2-menit-1,3-butadiena.
Gambar.14.29 2-metil-1,3-butadiena
Tergantung dari banyaknya satuan isopren yang bergabung, maka terpen
dikelompokkan atas :
a. monoterpen
= dua satuan isopren
b. seskuiterpen
= tiga satuan isopren
c. diterpen
= empat satuan isopren
d. triterpen
= enam satuan isopren
e. tetraterpen
= delapan satuan isopren
Kebanyakan mono dan seskuiterpen terdapat dalam tumbuhan dan sebagian besar
mempunyai ciri khas mnyak yang berbau khusus (banyak digunakan sebagai parfum).
Molekul terpen yang terbentuk dari satuan-satuan isopren dapat berupa rantai terbuka
(asiklik) dan tertutup (siklik).
Dengan struktur yang hanya terdiri dari satuan isopren, monoterpen merupakan
terpen yang paling sederhana, namun demikian monoterpen menunjukkan aneka
ragam struktur. Beberapa contoh senyawa monoterpen dan sumbernya ditunjukkan di
bawah ini.
CH 2 OH
OH
Graniol
Limonen
mentol
(dalam Mawar)
(dlm.buah jeruk)
(dlm. Mint)
Gambar. 14.30. Kerangka monoterpen asiklik dan monosiklik
Beberapa contoh terpen tingkat tinggi yang penting antara lain skualen
dan lanosterol. Kedua senyawa ini merupakan zat antara dalam biosintesis steroid.
Skualen terdapat dalam ragi, kecambah gandum dan minyak hati ikan hiu. Sedangkan
lanosterol (suatu komponen lanolin) diperoleh dari lemak wool.
XIV-20
Wortel mengandung tertraterpen berwarna jingga yang disebut karoten. Karoten dapat
diuraikan secara enzimatik mrnjadi dua satuan vitamin A yang berperan dalam indra
penglihatan.
CH2OH
Fitamin A
Gambar 14.31. Kerangka fitamin A, suatu ditrepen (empat isopren)
14.4. Asam Nukleat
Salah satu bidang penelitian modern yang paling menarik dewasa adalah
mengenai asam nukleat (nucleic acid). Asam nukleat berperan sebagai pengemban
kode genetik bagi mahluk hidup. Harapan para peneliti semakin besar ketika
ditemukannya teknik rekayasa genetik. Dengan menggunakan teknik tersebut maka
aspek genetika suatu mahkluk hidup dapat dimodifikasi. Tonggak kemajuan era
bioteknologi yang muncul sebagai teknologi handal masa kini dan akan datang
ditandai oleh penemuan-penemuan di bidang rekayasa genetik, terutama kemajuan
dibidang kloning gen.
Rekayasa genetik merupakan teknik pengubahan gen organisme dengan jalan
manipulasi DNA. Rekayasa genetika dikenal pula sebagai teknik DNA rekombinan
yang didefenisikan sebagai: Pembentukan rekombinan baru dari material yang dapat
diturunkan dengan cara penyisipan suatu molekul asam nukleat yang dihasilkan di
luar sel ke dalam suatu vektor, sehingga memungkinkan penggabungan dan
selanjutnya berkembang dalam host yang baru. Proses tersebut dikenal juga sebagai
Gene Cloning, oleh karena organisme yang secara genetik terbentuk adalah identik
dan membawa seluruh potongan DNA yang telah disisipkan.
Sejak tahun 1978 telah ditemukan bahwa gen-gen yang mengarahkan sintesis
insulin manusia, telah diurai ke dalam DNA dari bakteri Escherichia coli, yang
selanjutnya berkembang biak dan menjadi pabrik insulin, yang memproduksi insulin
manusia. Hormon pertumbuhan manusia (HGH, Human Growth Hormone) juga telah
diproduksi dengan teknik genetik. Pada hal sebelumnya, satu-satunya sumber hormon
ini adalah kelenjar lendir yang diambil dari mayat. Pada tahun 1980, ditemukan
produksi zat anti virus oleh bakteri yang disebut interveron manusia. DNA juga dapat
digunakan untuk melacak suatu penyakit keturunan maupun penyakit yang
disebabkan oleh infeksi, juga dapat mendeteksi adanya mikroorganisme patogen
dalam bahan pangan.
14.4.1 Struktur dan Fungsi Asam Nukleat
Asam nukleat adalah suatu makromolekul yang mempunyai fungsi esensial
dalam kelangsungan hidup organisme. Asam nukleat terbentuk dari satuan-satuan
mononukleotida yang tersusun secara beraturan dalam untaian polimer nukleotida.
Fungsi asam nukleat yang amat penting adalah, peranan asam nukleat dalam
mekanisme molekular, yaitu menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi
genetika. Dalam sel asam nukleat juga berperan dalam hubungannya dengan
metabolisme antara dan reaksi-reaksi transformasi energi. Selain itu, ditemukan pula
beberapa nukleotida yang berperan sebagai ko-enzim, antara lain sebagai ko-enzim
XIV-21
pembawa energi, perpindahan asam asetat, zat gula, senyawa amina dan biomolekul
lainnya, juga sebagai ko-enzim dalam oksidasi reduksi.
Nukleotida mengandung satu basa nitrogen, satu unit gula (pentosa), dan satu
gugus fosfat yang berikatan dengan gula. Jika satu basa nitrogen hanya berikatan
dengan unit gula saja tanpa adanya gugus fosfat, disebut nukleosida.
Di bawah ini akan dijelaskan struktur tiap-tiap unit pembentuk nukleotida.
4.1.1. Struktur Karbohidrat
Ada dua macam asam nukleat DNA dan RNA. Perbedaan kedua asam nukleat
tersebut terletak pada unit karbohidratnya. Karbohidrat yang terdapat pada asam
nukleat di dalam inti sel adalah β-D-2-deoksiribosa, sehingga asam nukleatnya disebut
Deoksiribonucleic acid (DNA). Sedangkan gula yang terdapat pada asam nukleat
dalam sitoplasma adalah β-D-2-ribosa dan asam nukleatnya dikenal dengan
Ribonucleic acid (RNA).
CHO
CHO
H – C– OH
H – C– OH
H – C– OH
HO–CH2
atau
O
H H
OH
OH
HH
OH
H – C– OH
H – C– OH
HO–CH2
atau
H – C– OH
CH2OH
O
H H
OH
OH
HH
OH
CH2OH
β-D-2-ribosa
β-D-2-deoksiribosa
Gambar 14.32. Struktur unit karbohidrat
4.1.2. Struktur Basa Nitrogen
Ada empat macam basa nitrogen yang terdapat pada DNA, dua diantaranya
merupakan derivat basa nitrogen purin yakni adenin dan guanin disingkat (A) dan (G),
dan dua adalah derivat basa nitrogen pirimidin yakni sitosin (C) dan timin (T).
Dalam RNA juga dijumpai empat macam basa yaitu adenin, guanin, sitosin,
dan urasil, masing-masing disingkat (A), (G), (C), dan (U). Urasil derivat dari basa
nitrogen pirimidin. Selain itu dikenal pula basa pirimidin lainnya yang tidak umum 5metilsitosin dan 5-hidroksimetilsitosin. Basa purin lainnya yang tidak umum adalah 2metiladenin dan 1-metilguanin.
Selain komponen karbohidrat dan basa nitrogen, nukleotida juga disusun oleh
komponen Pospat (H2PO4).
XIV-22
Purin Utama
O
NH2
N
C
6
4
C
1
C
N
7
N
3
C
5
N
9
H
(2-amino-6-oksipurin)
O
C
4
1
N
O
C
5
2
N
H
N
Guanin, G
(6-aminopurin)
C
C
H2N
NH2
O
C
CH
Adenin, A
3
C
8 CH
2
HC
N
N
HN
CH
HN
6 CH
C
O
C
CH
HN
C
CH
O
N
CH3
C
CH
N
H
H
H
Sitosin, C
Urasil, U
Timin, T
(2-oksi-4-amino –
pirimidin )
(2,4-dioksi –
pirimidin )
(5-metil-2,4-dioksi–
pirimidin )
O
NH2
C
N
N
C
C
C
C
H3C
N
N
C
C
C
CH
H3C
CH
N
H
N
H2N
(2-Metiladenin)
N
N
H
(1-Metilguanin)
NH2
NH2
C
N
C
CH3
C
N
C
O
C
CH2OH
CH
N
C
O
H
CH
N
H
5-Metilsitosin
5-hidroksimetilsitosin
Gambar 14.33. Struktur beberapa senyawa purin dan pirimidin
14.2.3. Struktur Nukleosida
Nukleosida terbentuk akibat pengikatan secara kovalen antara unit karbohidrat
dengan derivat basa nitrogen purin atau pirimidin. Pengikatan tersebut terjadi pada
posisi C-1 karbohidrat dengan N-1 derivat basa pirimidin atau posisi N-9 derivat basa
purin.
Nuklesida dapat diperoleh dari hasil hidrolisis nukleotida dengan jalan
pelepasan gugus fosfat.
XIV-23
NH2
NH2
C
C
N
N
C
HC
C
N
N
C
HC
C
CH
CH
N
N
O
HO–CH2
OH
O
HO–CH2
C
H H
H H
N
N
C
H
H H
CH2
OH
OH
Adenosin
2’-Deoksiadenosin
Gambar 14.34. Salah satu struktur Nukleosida
14.3.3. Struktur Nukleotida
Nukleotida (nukleosida fosfat) merupakan ester asam fosfat dari nukleosida.
Asam fosfat terikat pada gugus hidroksil dari salah satu atom karbon dalam cincin
pentosa. Nukleotida terdapat bebas di dalam sel, dan dapat terbentuk dari hidrolisis
bertahap asam nukleat dengan enzim nuklease. Nukleotida juga terdiri dari dua
golongan yakni ribonukleotida dan deoksiribonukleotida.
NH2
NH2
C
N
N
C
HC
C
C
N
N
C
HC
C
CH
N
N
O
HO – P – O–CH2
O
O
HO
Ester fosfat
CH
H H
OH
HO – P – O–CH2
HO
H H
C
H H
O
C
H
CH2
OH
(9-β-D-ribofuranosiladenin –
5’-monofosfat) (AMP)
N
N
OH
(9-β-2’ Deoksi-D-ribofuranosiladenin –
5’-monofosfat) (dAMP)
Gambar 14.35. Suatu Nukleotida
Bagian ester fosfat mempunyai fungsi sebagai jembatan pertautan antara
nukleotida yang satu dengan nukleotida lainnya, dikenal sebagai fosfodiester.
Pertautan itu terjadi antara gugus 5’-hidroksi dari suatu nukleotida dengan gugus
3’-hidroksil nukleotida berikutnya dalam rantai. Pertumbuhan rantai suatu
polinukleotida dimulai dari ujung molekul yang mempunyai ujung 5’ bebas, dan
bergerak ke ujung molekul yang mempunyai gugus 3’ hidroksi bebas. Dapat
dikatakan pertumbuhan rantai mengikuti pola dari 5’ ke 3’. Perhatikan bahwa
meskipun dua dari empat oksigen yang melekat pada fosfor setiap jembatan diikat
sebagai ester fosfat, dan satu oksigen dalam kondisi ikatan ganda dengan fosfor,
namun masih terdapat satu oksigen yang bebas dapat melepaskan protonnya.
O
RO – P – OR
O
RO – P – OR + H⊕

OH
O
XIV-24
Banyaknya gugus yang dapat mengurai semacam ini, menandakan ciri keasaman yang
tinggi pada DNA dan RNA.
14.3.4 Struktur Primer Polinukleotida DNA dan RNA
Asam nukleat merupakan polimer dari nukleotida. Unit-unit nukleotida
tersebut berhubungan satu sama lain melalui jembatan ester fosfat antara gugus
hidroksil C-3’ pada nukleotida yang satu dengan gugus hidroksil C-5’ pada nukleotida
yang lain. Karena jembatan ester fosfat antara dua nukelotida itu mengandung dua
ikatan ester fosfat maka disebut dengan jembatan fosfodiester.
Polinukleotida terdiri dari dua golongan, yaitu deoksi asam ribonukleat
(DNA), yang terdiri dari unit-unit deoksiribonukleotida, dan asam ribonukleat (RNA)
yang terdiri dari unit-unit ribonukleotida.
XIV-25