XIV-1

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-2

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

Isoleusin (Ile) As.2-amino-4-metil pentanoat

Prolin (Pro) As.Furano metanoat

Fenilalanin(fen) As. 2-amino-3- fenilpropanoat

Triptofan(Trip) As. 2-amino-3-(3-idolil)-propanoat

Metionin(Met) As. 2-amino-4-(metil tio) butanoat

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

Tirosin(Tir) As.2-amino-3-(p-hidroksi fenil)

Propanoat

Aspargin(Asn) As.2-amino suksinat

Glutamin(Gln) As.2-amino glutaramat

As.Aspartat As.2-amino suksinamat

CH3-CH - CH-COOH

CH3 NH2

CH3-CH-CH2- CH-COOH

CH3 NH2

CH3-CH2-CH- CH-COOH

CH3 NH2

COOH N

H

CH2 - CH-COOH

NH2

N

H

CH2-CH2 - CH-COOH

S-CH3 NH2

CH2 - CH-COOH

SH NH2

CH3-CH - CH-COOH

OH NH2

CH2 - CH-COOH

OH NH2

HO CH2 - CH-COOH

NH2

NH2-C - CH2- CH-COOH

O NH2

NH2-C – CH2-CH2- CH-COOH

O NH2

HO -C - CH2- CH-COOH

O NH2

CH2 - CH-COOH

NH2

H- CH-COOH

NH2

CH3- CH-COOH

NH2

XIV-3

(Asp)

As. Glutamat As.2-Glutarat

(Glu)

Liain(Lis) As.2,6-diamino heksanoat

Arginin(Arg) As.2-amino-5-guanido valerat

Histidin(His) As. 2 amino-3-imidazol propanoat

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).

HO - C – CH2-CH2- CH-COOH

O NH2

CH2-(CH2) 3 - CH-COOH

NH3 NH2

HN-(CH2) 3 - CH-COOH

H2N-C=NH2 NH2

CH2 - CH-COOH

NH2 HN N

XIV-4

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.

Glisin Alanin 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. Reaksi-

reaksi 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 asam-

asam 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.

H- CH-COOH

NH2

H

CH3- C-COOH

NH2

* * CH3-CH2-CH- CH-COOH

CH3 NH2

*

* *

*

XIV-5

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 2-

deoksiribosa 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.

CH3- CH-COOH

NH2

+ CH2 - CH-COOH

OH NH2

O CH2OH

H2N C CH OH

CH N C

CH3 H O

Alanilserin

- H2O

Ikatan peptida

XIV-6

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 :

H2O H2O

Polisakarida Oligosakarida monosakarida

H+ 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.

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, masing-

masing membawa gugus hidroksil.

H-C=O

H-C-OH

H-CHOH

Gliseraldehid

(aldosa)

H-CHOH

C=O

H-CHOH

Dihidroksiaseton

(ketosa)

XIV-7

Aldosa Ketosa

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.

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.

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 D-

fruktofuranosa untuk cincin segi lima dari fruktosa.

H-C=O

(H-C-OH)n

HO*C-H

H-CHOH

L-Aldosa

O

piran

O

puran

H-C=O

(H-C-OH)n

H-C*-OH

H-CHOH

D-Aldosa

H-C=O

H-C-OH

H-C-OH

H-CHOH

Tetrosa

H-CHOH

H-C=O

H-C-OH

H-C-OH

H-CHOH

Pentosa

H-C=O

H-C-OH

H-C-OH

H-C-OH

H-C-OH

H-CHOH

Heksosa

H-CHOH

H-C=O

H-C-OH

H-C-OH

H-C-OH

H-CHOH

Heksosa

H-C=O

H-C-OH

H-C-OH

H-C-OH

H-CHOH

Pentosa

H-CHOH

H-C=O

H-C-OH

H-CHOH

Tetrosa

XIV-8

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.

α-D-Glukopiranosa

Fischer

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.

Gambar 14.10. Struktur Haworth dari hemiasetal siklik, untuk monosakarida seri D

dan L, konfigurasi α- dan β-

Perhatikan 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.

OHH

OHH

HHO

OHH

H

CH 2OH

O

O

OH OH

OH

OH

CH2OH

1

23

4

5

Haworth

O

CH2OH

ke atas=DO

HOH2Cke bawah=L

β

O

CH2OH

HO

ke atas=

O

CH2OH

OH

ke bawah=α

XIV-9

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.

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.

O H

O H

H

O H

H

O H

C H 2 O H

O

H

H O

H

O

C

OHH

HHO

OHH

OHH

CH 2OH

O

H C

OHH

HHO

OHH

OHH

CH 2OH

O

OH

D-glukosa Asam D-glukonat

Ag+ atau Cu

++

O

H

H

O

H

CH2OH

XIV-10

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

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.

C

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

O

H COOH

OHH

HHO

OHH

OHH

COOH

HNO3

kalor

D-glukosa asam D-glukarat

C

OHH

HHO

OHH

OHH

CH 2OH

O

H CH2OH

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

H2, katalisis

atau NaBHy

D-glukosa D-glusitol (sorbitol)

XIV-11

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.

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.

O

OH

OH

OH

OH

CH2OH

H3C C

O

O C

O

CH3

OoC

O

OAc

OAc

OH

OAc

OAc

CH2OAc Ac=CH3C

O

β -D-glukosa β -D-glukosa pentaasetat

O

OH

OH

OH

OH

CH2OH

+ CH3OHH

+

O

OH

OCH3

OH

OH

CH2OH

+ H2O

XIV-12

O

O H

O H

O H

C H 2 O H O O H

O H

O H

C H 2 O H

O

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-1,4-

glikosida, jadi merupakan isomer maltosa.

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.

Laktosa

4-0-(β -D-galaktopiranosil)-D-glukopiranosa)

Gambar 14.19 Laktosa, terbentuk dari ikatan β-1,4-glikosida antara galaktosa dengan

glukosa

O

OH

H

OH

OH

CH2OH

O

OH

OH

OH

CH2OH

O

O

OH

OH

OH

CH2OHO OH

OH

OH

CH2OH

O

Selobiosa

XIV-13

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.

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 D-

glukosa 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

O H

H

H O C 2 H

O H

CH2OH

O H

O

O O

OH

O

CH2OH

XIV-14

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 unit-

unit 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 satu-

satunya 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 24-

30 unit glukosa ikatan pada titik percabangan adalah 1,6-α-glikosida. Hidrolisis

lengkap terhadap amilopektin menghasilkan hanya glukosa. Namun hidrolisis parsial

XIV-15

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-16

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. Struktur Karbon Nama Sumber

AtoC

Asam lemak jenuh 4 CH3CH2CH2COOH Asam butirat Mentega

6 CH3(CH2)4COOH Asam kaproat Mentega 8 CH3(CH2)6COOH Asam kaprilat Minyak kelapa

10 CH3(CH2)8COOH Asam kaprat Minyak kelapa

12 CH3(CH2)10COOH Asam laurat Minyak sawit

14 CH3(CH2)12COOH Asam miristat Minyakbiji pala

16 CH3(CH2)14COOH Asam palmitat Minyak kelapa

18 CH3(CH2)16COOH Asam stearat Lemak hewan

Asam Lemak tak jenuh

16 CH3(CH2)5CH=CH(CH3)3COOH Asam palmitoleat Mentega

18 CH3(CH2)3CH=CH(CH2)3COOH Asam oleat Minyak zaitun 18 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH Asam linoleat Minyak kedele

18 CH3CH2(CH-CHCH2)3(CH3)6COOH Asamlinolenat Minyak biji

kapas

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

hasilnya

Gambar 14.22. Trigliserida, ester dari gliserol dan tiga asam lemak

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

O

O

O

R1

R2

R3

Trigliserida

CH2-OH

CH-OH +

CH2-OH

R1-COOH

R2-COOH

R3-COOH

+ 3H2O

Gliserol 3 mol.asam lemak

XIV-17

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).

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 mem-

bentuk 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

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

O

O

O

(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3

Triolein (minyak)

(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3

(CH2)7CH=CH(CH2)7CH3

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

O

O

O

(CH2)16CH3

(CH2)16CH3

(CH2)16CH3

Tristearin (lemak)

H2

XIV-18

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.

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.

Gambar 14.25 Pembentukan lesitin dari fosfotidat dengan kolin

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

C

O

O

O

(CH2)16CH3

(CH2)16CH3

(CH2)16CH3

Tristearin (lemak)

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH

+ 3CH3(CH2)16-C-O Na

O

NaOH

Gliserol

Garam (Sabun )

O

2

C

O 2 H

C H

H

C

O

O C

C

O

O

H

R 1

R 2

O

a o a d t

+

P

3

C O 2 - C H 3

C H 3

CH2 N - H

C H

Lesitin

+ HOCH2CH2-N(CH3)3

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

C

P

O

O

OH

R1

R2

OH

O

Asam fosfatidat

XIV-19

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. Sere-

brosida terdapat milimpah dalam jaringan otak.

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.

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).

Gambar 14.28 Kerangka molekul kolesterol

O

OH O

OH

OH

CH2OH

CH2

HC

HC

HN C (CH2)12

O

CH3

HC

HC (CH2)12 CH3OH

1

2

3

45

6

7

8910

11

12

1317

16

14 15

A B

C D

1

2

3

45

6

7

89

10

11

12

1317 16

14 15

A B

C D

CH 3H3C

CH 3

OH

CH 3

CH 3

18 20

21 22 24 26

23 2527

XIV-20

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.

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.

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.

Gambar.14.29 2-metil-1,3-butadiena

CH 2OH

OH

XIV-21

Wortel mengandung tertraterpen berwarna jingga yang disebut karoten. Karoten dapat

diuraikan secara enzimatik mrnjadi dua satuan vitamin A yang berperan dalam indra

penglihatan.

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

CH2OH

Fitamin A

XIV-22

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).

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 5-

metilsitosin dan 5-hidroksimetilsitosin. Basa purin lainnya yang tidak umum adalah 2-

metiladenin dan 1-metilguanin.

Selain komponen karbohidrat dan basa nitrogen, nukleotida juga disusun oleh

komponen Pospat (H2PO4).

H – C– OH

H – C– OH

H – C– OH

CHO

CH2OH

atau

O

H

HO–CH2

H H H

OH OH

OH

β-D-2-ribosa

H – C– OH

H – C– OH

H – C– OH

CHO

CH2OH

atau

O

H

HO–CH2

H H H

OH OH

OH

β-D-2-deoksiribosa

XIV-23

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.

Sitosin, C

(2-oksi-4-amino –

pirimidin )

Urasil, U

(2,4-dioksi –

pirimidin )

Timin, T

(5-metil-2,4-dioksi–

pirimidin )

(2-Metiladenin)

CH

N

N

H

C

C

N

H3C

C

NH2

N

C

(1-Metilguanin)

CH

N

N

H

C

C

N

H2N

C

O

N

C

H3C

CH

O

N

NH2

N

C

H

C

C

CH3

5-Metilsitosin

CH

O

N

NH2

N

C

H

C

C

CH2OH

5-hidroksimetilsitosin

8 CH

N

7

N

H

9

C

C

4

5

N

3

C

NH2

6

N

HC

2

1

Adenin, A

(6-aminopurin)

CH

N

N

H

C

C

N

H2N

C

O

HN

C

Guanin, G

(2-amino-6-oksipurin)

Purin Utama

CH

O

N

NH2

N

CH

H

C

C

1

2

3 4

5

6 CH

O

N

O

HN

CH

H

C

C

CH

O

N

O

HN

C

H

C

C

CH3

XIV-24

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.

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.

(9-β-D-ribofuranosiladenin –

5’-monofosfat) (AMP)

CH

N

N

C

C

N

C

NH2

N

HC

O

H

O–CH2

H H H

OH OH

C

HO – P –

HO

O

Ester fosfat

(9-β-2’ Deoksi-D-ribofuranosiladenin –

5’-monofosfat) (dAMP)

CH

N

N

C

C

N

C

NH2

N

HC

O

H

O–CH2

H H

OH

CH2

C

HO – P –

HO

O

RO – P – OR

OH

O

RO – P – OR

O

O

+ H⊕

Adenosin

CH

N

N

C

C

N

C

NH2

N

HC

O

H

HO–CH2

H H H

OH OH

C

2’-Deoksiadenosin

CH

N

N

C

C

N

C

NH2

N

HC

O

H

HO–CH2

H H

OH CH2

C

XIV-25

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.