Sesi 23.indd

Se
23
BIOMOLEKUL III LIPID
Lipid adalah senyawa alami yang memiliki kelarutan terbatas dalam air dan dapat diisolasi dari
organisme dengan cara ekstraksi menggunakan pelarut nonpolar. Lemak, minyak, wax (lilin),
beberapa jenis vitamin dan hormon, dan sebagian besar komponen membran sel nonprotein
adalah contoh dari senyawa lipid. Berbeda dengan definisi karbohidrat dan protein, lipid lebih
didefinisikan berdasarkan sifat fisiknya daripada struktur. Secara umum, lipid dikelompokkan
menjadi dua, yaitu lipid ester (lipid terhidrolisis) dan lipid non-ester (lipid tak terhidrolisis).
A.
LIPID ESTER
Lipid ester, seperti namanya, adalah senyawa lipid yang memiliki ikatan ester, sehingga
dapat dihidrolisis. Lipid yang termasuk dalam kelompok ini adalah wax, trigliserida, dan
fosfolipid.
a.
Wax
Wax (lilin) adalah campuran senyawa ester dari asam karboksilat rantai panjang dengan
alkohol rantai panjang. Asam karboksilat pada umumnya memiliki jumlah karbon genap
antara 16 – 36 karbon, sementara itu alkohol juga memiliki jumlah karbon genap antara 24
– 36 karbon. Sebagai contoh, salah satu komponen mayor dari beeswax adalah triakontil
heksadekanoat , yaitu ester dari alkohol dengan C30 triakontanol dengan asam karboksilat
C16 asam heksadekanoat. Senyawa lilin yang merupakan lapisan protektif pada sebagian
besar buah-buahan, beri, daun, dan bulu hewan memiliki struktur sejenis.
1
GAN
KIMIA
BUN
si
AS
A - K U RIKUL
I IP
UM
GA
KEL
XI
O
||
CH3(CH2)14CO(CH2)29CH3
Triakontil heksadekanoat (dari beeswax)
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
b.
Trigliserida
Trigliserida adalah jenis lemak pada hewan dan minyak tumbuhan, yaitu triasilgliserol,
triester dari gliserol dengan tiga asam karboksilat rantai panjang yang disebut asam
lemak. Hewan menggunakan lemak sebagai penyimpanan energi jangka panjang karena
lemak lebih mudah teroksidasi daripada karbohidrat dan menghasilkan energi yang lebih
besar.
Triasilgliserol atau trigliserida, bentuk ester lemak
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
Hidrolisis trigliserida menghasilkan gliserol dan asam lemak bebas. Asam lemak pada
umumnya berupa rantai lurus (tidak bercabang) yang mengandung atom karbon dalam
jumlah genap antara 12 – 20 karbon. Jika terdapat ikatan rangkap dua, maka sebagian
besar merupakan isomer cis-. Ketiga asam lemak pada molekul trigliserida tidak selalu
sama. Suatu lemak atau minyak yang berasal dari sebuah sumber dapat merupakan
campuran dari berbagai jenis trigliserida. Berikut adalah tabel contoh-contoh dari asam
lemak:
Name
No. of
Carbons
Melting
point(°C)
Structure
Saturated
Lauric
12
43.2
CH3(CH2)10CO2H
Myristic
14
53.9
CH3(CH2)12CO2H
Palmitic
16
63.1
CH3(CH2)14CO2H
2
Name
No. of
Carbons
Melting
point(°C)
Structure
Stearic
18
68.8
CH3(CH2)16CO2H
Arachidic
20
76.5
CH3(CH2)18CO2H
Palmitoleic
16
-0.1
(Z)-CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7CO2H
Oleic
18
13.4
(Z)-CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H
Linoleic
18
-12
(Z,Z)-CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6CO2H
Linolenic
18
-11
(all Z)-CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6CO2H
Arachidonic
20
-49.5
(all Z)-CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4CH2CH2CO2H
Unsaturated
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
Asam lemak omega-3 berarti terdapat sebuah ikatan rangkap dua pada posisi tiga karbon
dari ujung nonkarboksil pada rantai. Contoh asam lemak omega-3 adalah asam linolenat.
Asam linolenat, asam lemak tak jenuh omega-3
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
Asam lemak tak jenuh secara umum memiliki titik lebur lebih rendah daripada asam lemak
jenuh dengan jumlah karbon yang sama. Minyak nabati memiliki komposisi asam lemak
tak jenuh yang lebih besar daripada lemak hewan, sehingga minyak nabati memiliki titik
lebur lebih rendah (pada suhu kamar berwujud lebih cair). Hal ini dikarenakan asam lemak
jenuh memiliki bentuk yang seragam sehingga dapat menyatu secara lebih efisien dalam
bentuk kristal. Pada minyak nabati tak jenuh, adanya ikatan rangkap dua menyebabkan
pembengkokan pada rangka karbon, sehingga pembentukan kristal lebih sulit. Semakin
banyak ikatan rangkap dua, semakin sulit asam lemak tersebut untuk dikristalkan.
3
Ikatan rangkap dua pada minyak tumbuhan dapat dikurangi melalui reaksi hidrogenasi
katalitik, yang dilakukan pada suhu tinggi menggunakan katalis nikel untuk menghasilkan
lemak jenuh dengan konsistensi yang lebih tinggi. Mentega dan margarin diproduksi
dengan cara menghidrogenasi minyak nabati hingga konsistensi yang diinginkan
tercapai. Akan tetapi, proses penjenuhan ini diikuti dengan isomerisasi cis-trans dari
ikatan rangkap dua yang tersisa, menghasilkan lemak dengan 10-15% asam lemak tak
jenuh trans. Konsumsi asam lemak tak jenuh trans meningkatkan kadar kolesterol darah,
yang juga meningkatkan resiko masalah jantung.
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
c.
Fosfolipid
Fosfolipid adalah ester dari asam fosfat, H3PO4. Fosfolipid terdiri dari dua kelompok umum,
yaitu gliserofosfolipid dan sfingomielin. Gliserofosfolipid didasarkan pada asam fosfat yang
mengandung rangka gliserol yang terikat dengan dua residu asam lemak dan satu asam
fosfat. Walaupun residu asam lemak dapat berupa asam lemak dengan 12 – 20 karbon,
gugus asil pada C1 pada umumnya adalah asam lemak jenuh dan C2 adalah asam lemak
tak jenuh. Gugus fosfat pada C3 juga terikat pada suatu senyawa aminoalkohol seperti
kolin, etanolamin, atau serin. Senyawa ini bersifat optis aktif karena memiliki pusat khiral
pada C2.
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
4
Sfingomielin adalah grup mayor kedua dari fosfolipid. Senyawa ini memiliki sfingosin
atau struktur dihidroksiamin sejenis sebagai rangka utama. Kelompok ini ditemukan
dalam jumlah besar di otak dan jaringan saraf, karena merupakan konstituen mayor dari
selubung saraf.
Fosfolipid ditemukan secara luas pada hewan dan tumbuhan, dan merupakan 50 – 60%
komponen membran sel.
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
B.
LIPID NONESTER
Lipid nonester merupakan senyawa alami yang tidak larut air dan tidak terhidrolisis.
Senyawa yang termasuk kelompok lipid nonester adalah senyawa kelompok terpenoid,
eikosanoid, dan steroid.
a.
Terpenoid
Terpenoid adalah senyawa yang terdiri dari rangka karbon kelipatan lima yang
diturunkan secara biosintesis dari senyawa prekursor C5 isopentenil difosfat. Terpenoid
dikelompokkan berdasarkan jumlah C kelipatan lima yang terkandung dalam rangkanya.
Monoterpenoid mengandung 10 karbon dan diturunkan dari dua senyawa isopentenil
difosfat. Seskuiterpenoid diturunkan dari tiga isopentenil pirofosfat dan mengandung
15 atom karbon. Diterpenoid mengandung 20 atom karbon, diturunkan dari empat
isopentenil difosfat, dan seterusnya hingga triterpenoid dan tetraterpenoid. Misalnya,
lanosterol adalah contoh triterpenoid yang menjadi senyawa asal untuk membuat hormon
steroid, β-karoten adalah contoh tetraterpenoid yang merupakan sumber vitamin A dari
makanan.
5
β-Carotene
(a tetraterpenoid-C40)
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
b.
Eikosanoid
Prostaglandin adalah sekelompok senyawa C20 yang mengandung cincin lima karbon
dengan dua rantai samping yang panjang. Nama prostaglandin diambil dari penemuan
bahwa senyawa tersebut pertama kali diisolasi dari kelenjar prostat, akan tetapi kemudian
ditemukan bahwa senyawa tersebut terdapat dalam jumlah kecil dalam semua jaringan
dan cairan tubuh.
Sejumlah senyawa prostaglandin yang diketahui memiliki efek biologis yang luas.
Kelompok senyawa ini dapat menurunkan tekanan darah, memengaruhi agregasi platelet
selama pembekuan darah, menurunkan sekresi gastrik, mengontrol radang, memengaruhi
fungsi ginjal dan sistem reproduksi, dan merangsang kontraksi uterus selama persalinan.
Prostaglandin dan senyawa lain yang disebut tromboksan dan leukotrien membentuk
kelompok senyawa eikosanoid karena senyawa-senyawa tersebut secara biologis
merupakan turunan dari asam 5,8,11,14-eikosatetraenoat, atau asam arakhidonat.
6
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
c.
Steroid
Selain lemak, fosfolipid, eikosanoid, dan terpenoid, lipid yang diekstraksi dari tumbuhan
dan hewan juga mengandung steroid, yaitu senyawa yang diturunkan dari triterpenoid
lanosterol dengan struktur dasar tetrasiklik.
A steroid
(R = various side chains)
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
Contoh dari senyawa golongan steroid adalah kolesterol. Hormon seks seperti estrogen,
progesteron, testosteron, dan androsteron di dalam tubuh juga merupakan senyawa
golongan steroid. Beberapa senyawa kelompok steroid seperti prednison digunakan
sebagai obat antinyeri dan antiradang.
7
Testosteron dan androsteron merupakan dua hormon seks terpenting pada pria, yang
dikenal dengan androgen. Androgen bertanggung jawab dalam perkembangan ciri
kelamin sekunder pria selama pubertas dan untuk mendorong pertumbuhan jaringan dan
otot. Keduanya disintesis di dalam testis dari kolesterol. Androstendion adalah hormon
minor lain yang mendapat perhatian khusus karena digunakan oleh atlet.
Testosterone
Androsterone
Androstenedione
Androgens
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
Estron dan estradiol adalah dua hormon seks terpenting wanita, yang dikenal dengan
estrogen. Kedua senyawa tersebut disintesis di ovarium dari testosteron, bertanggung
jawab dalam perkembangan ciri kelamin sekunder wanita dan mengatur siklus menstruasi.
Hormon seks lain yang disebut progestin penting dalam persiapan rahim untuk implantasi
ovum yang terfertilisasi selama kehamilan. Progesteron adalah progestin yang paling
penting.
Estrone
Estradiol
Progesterone (a progestin)
Estrogens
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
Hormon adrenokortik disekresi oleh kelenjar adrenal. Ada dua jenis hormon adrenokortik,
yaitu mineralokortikoid dan glukokortikoid. Mineralokortikoid seperti aldosteron
mengontrol pembengkakan jaringan dengan mengatur keseimbangan garam sel antara
Na+ dan K+. Glukokortikoid seperti hidrokortison terlibat dalam pengaturan metabolisme
glukosa dan mengontrol inflamasi (radang).
8
Aldosterone
Hydrocortisone
(a mineralocorticoid)
(a glucocorticoid)
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
C.
SABUN
Secara kimiawi, sabun adalah campuran garam natrium atau kalium dari asam lemak
rantai panjang, dihasilkan melalui reaksi hidrolisis asam lemak oleh alkali yang disebut
reaksi saponifikasi (penyabunan).
Reaksi saponifikasi trigliserida lemak menghasilkan sabun dan gliserol
(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)
Lemak sabun mentah yang mengandung gliserol dan kelebihan alkali kemudian
dimurnikan dengan mendidihkan lemak tersebut dengan air dan penambahan NaCl atau
KCl untuk mengendapkan garam karboksilat murni. Sabun lembut yang mengendap
kemudian dikeringkan, diberi parfum, dan diberi tekanan untuk membentuk sabun
batangan yang digunakan sehari-hari. Pewarna ditambahkan untuk membuat sabun
yang berwarna dan antiseptik ditambahkan untuk sabun medis.
Sabun bekerja sebagai pembersih karena kedua ujung molekul sabun memiliki sifat yang
sangat berbeda. Ujung karboksilat pada rantai panjang molekul bersifat ionik sehinga
bersifat hidrofilik, sedangkan bagian hidrokarbon panjang pada molekul bersifat nonpolar
dan hidrofobik, yang tidak bercampur dengan air dan larut dalam minyak. Dengan
9
demikian, sabun bereaksi baik dengan air maupun minyak, sehingga dapat digunakan
sebagai pembersih.
Ketika sabun didispersikan ke dalam air, rantai panjang hidrokarbon berkumpul bersama
ke arah dalam membentuk bola hidrofobik, dengan gugus hidrofil berada di luar. Minyak
dan kotoran diikat oleh rantai hidrofobik pada sabun, sehingga kotoran dan minyak
dapat dicuci oleh air. Akan tetapi, pada air sadah, konsentrasi ion magnesium dan kalsium
yang tinggi dapat bereaksi dengan molekul sabun, mengubah garam natrium yang larut
menjadi garam magnesium dan kalsium yang tak larut dan meninggalkan kerak pada
dasar wadah serta mengusamkan warna pakaian. Masalah ini membuat para ahli kimia
mengembangkan sabun sintetis dari garam alkilbenzensulfonat rantai panjang. Gugus
alkilbenzena yang nonpolar berinteraksi dengan minyak dan kotoran, dan gugus sulfonat
yang polar berinteraksi dengan air.
10