PENYUSUN PROTOPLASMA SEL

PROTOPLASMA

• Elemen utama sebuah sel adalah protoplasma.
• Protoplasma pada semua sel terdiri atas dua komponen utama, yaitu air dan komponen anorganik / komponen organik.
• Dari reaksi reaksi kimia yang terjadi antara senyawa senyawa inilah yang mengakibatkan adanya gejala gejala kehidupan di protoplasma
• Gejala kehidupan itu misalnya metabolisme , tumbuh , bergerak , berkembang biak , sirkulasi zat dll
• Misalnya yang mudah respirasi , fotosintesis , sintesis lemak dan lain lain OK

• Komponen-komponen anorganik terdiri atas air, garam-garam mineral, gas oksigen, karbon dioksida, nitrogen, dan amonia,
• Komponen organik terutama terdiri atas karbohidrat, lipida, protein, dan beberapa komponen-komponen spesifik seperti enzim, vitamin, dan hormon
• Pada sel hewan dan tumbuhan, protoplasma mengandung sekitar

1. 75-85% air,
2. 10-20% protein
3. 2-3% lipida
4. 1% karbohidrat
5. dan 1% zat-zat anorganik lainnya (De Robertis et al., 1975).

• Jadi air terlihat merupakan komponen utama
• Dan bila semua senyawa senyawa organik itu diurai menjadi unsur unsurnya maka terlihat Carbon ,Hidrogen , Oksigen dan Nitrogen ( CHON) merupakan empat unsur utama yang ada di dalam protoplasma / Unsur Makro.
• Agar jelas prosentasenya ini kami sajikan sampai berapa prosentasinya ,Sachs pernah melakukan experimen dengan cara Analisa abu , dengan membakar Organ daun hingga menjadi abu dengan menghilangkan unsur air yang mendominasi
• Dan kemudian Abu itu dianalisa

Berikut tabel analisis yang ada komponen / unsur unsur penyusun protoplasma
Jadi analisa abu bisa digunakan untuk mengetahui bahwa protoplasma tidak hanya tersusun atas air , namun juga senyawa diluar air , adanya senyawa diluar air , dengan menghilangkan air nya secara otomatis tersisa abu , abu itulah setelah dianalisa tersusun atas unsur unsur diatas , unsur itu dipastikan penyusun Karbohidrat (CHO) , lemak (CHO) dan Protein (CHON) OK 

AIR

• Di dalam sel, air terdapat dalam dua bentuk,
• Dua bentuk itu yaitu bentuk bebas dan bentuk terikat.
• Air dalam bentuk bebas mencakup 95% dari total air di dalam sel.
• Umumnya air berperan sebagai pelarut dan sebagai medium dispersi sistem koloid. Air dalam bentuk terikat mencakup 4-5% dari total air di dalam sel
• Kandungan air pada berbagai jenis sel bervariasi diantara tipe sel yang berbeda.
• Kandungan air (persen dari berat basah total) pada hati tikus 6—72%, otot rangka tikus 76% , telur bintang laut 77%, E. coli 73%, dan biji jagung 13%tentu berbeda beda karena lingkungan dan perannya
• Air merupakan medium tempat berlangsungnya transpor nutrien, reaksi-reaksi enzimatis metabolisme sel dan transpor energi kimia
• Di dalam sel hidup, kebanyakan senyawa biokimia dan sebahagian besar dari reaksi-reaksinya berlangsung dalam lingkungan cair.
• Air berperan aktif dalam banyak reaksi biokimia dan merupakan penentu penting dari sifat-sifat makromolekul seperti protein

• Karena stryktur Air mempunyai produk ionisasinya seperti ion O+ dan H maka sangat mempengaruhi berbagai sifat komponen penting sel seperti enzim, protein, asam nukleat, dan lipida.

• Hal yang sering muncul sebagai contoh, aktivitas katalitik enzim sangat tergantung pada konsentrasi ion H+ dan OH-

• Karena itulah , semua aspek dari struktur dan fungsi sel harus beradaptasi dengan sifat-sifat fisik dan kimia air.

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa air merupakan komponen sel yang dominan dan berfungsi untuk :

1. Pelarut berbagai zat organik dan anorganik, misalnya berbagai jenis ion-ion, glukosa, sukrosa, asam amino, serta berbagai jenis vitamin.
2. Bahan pengsuspensi zat-zat organik dengan molekul besar seperti protein, lemak, dan pati. Dalam hal tersebut, air merupakan medium dispersi dari sistem koloid protoplasma.
3. Air merupakan media transpor berbagai zat yang terlarut atau yang tersuspensi untuk berdifusi atau bergerak dari suatu bagian sel ke bagian sel yang lain.
4. Air merupakan media berbagai proses reaksi-reaksi enzimatis yang berlangsung di dalam sel.
5. Air digunakan untuk mengabsorbsi panas dan mencegah perubahan temperatur yang drastis atau mendadak di dalam sel.
6. air sebagai bahan baku untuk reaksi hidrolisis dan sintesis karbohidat . misal dalam fotosintesis
7. OK

• Air mempunyai titik lebur, titik didih dan panas penguapan yang lebih tinggi dibandingkan dengan hampir semua cairan.
• Kenyataan ini menunjukkan adanya gaya tarik yang kuat diantara molekul-molekul air yang berdekatan yang memberikan air gaya kohesi internal yang tinggi.
• Sebagai contoh, panas penguapan merupakan ukuran langsung dari jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengalahkan gaya tarik menarik diantara molekul air yang berdekatan, sehingga molekul tersebut dapat saling berpisah dan masuk ke dalam fase gas.
  

Tabel Titik lebur, titik didih dan panas penguapan air dan beberapa pelarut lainnya (Lehninger, 1988).

• Besarnya daya tarik antara dua molekul air yang berdekatan disebabkan karena setiap atom hidrogen menggunakan sepasang elektron secara bersama-sama dengan atom oksigen
• Hal inilah yang menyebabkan atom molekul air berbentuk huruf V atau tetrahedral.

• Sisi oksigen yang berhadapan dengan dua hidrogen relatif kaya akan elektron, sedangkan pada sisi lainnya, inti hidrogen yang relatif tidak ditutupi membentuk daerah dengan muatan positif sehingga dikatakan bahwa molekul air bersifat dipolar atau dwikutub (Mayes, 1988; Lehninger, 1988) karena pemisahan muatan tersebut,
  

maka dua molekul air dapat tertarik satu dengan yang lainnya oleh gaya elek-trostatik diantara muatan negatif sebagian pada atom oksigen dari suatu molekul air dan muatan positif sebagian pada atom hidrogen dari molekul air yang lain. Jenis interaksi elektrostatik ini disebut ikatan hidrogen.

• Ikatan hidrogen segera terbentuk antara atom yang bersifat elektronegatif, biasanya atom oksigen atau nitrogen, dan suatu atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan atom elektronegatif lainnya pada molekul yang sama atau molekul lain.
• Atom hidrogen yang berikatan dengan atom elektronegatif kuat seperti oksigen cenderung mempunyai muatan positif kuat sebagian.
• Akan tetapi, atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan atom karbon yang tidak bersifat elektronegatif tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan hidrogen.
  

Garam-garam Mineral

• Kandungan garam-garam mineral pada berbagai tipe sel sangat bervariasi
• Di dalam sel, garam-garam mineral dapat mengalami disosiasi menjadi aniondan kation.
• Bentuk-bentuk anion dan kation tersebut dinamakan ion.
• Ion-ion dapat terlarut di dalam cairan sel atau terikat secara khusus pada molekul-molekul lain seperti protein dan lipida.
• Secara umum, garam-garam mineral memiliki dua fungsi yaitu :
  

1. Fungsi osmosis, dalam arti bahwa konsentrasi total garam-garam terlarut berpengaruh terhadap pelaluan air melintasi membran sel
2. Fungsi yang lebih spesifik, yaitu peran seluler setiap ion terhadap struktur dan fungsi dari partikel-partikel seluler dan makromolekul.
   

• Berbagai jenis garam-garam mineral sangat penting untuk kelangsungan aktivitas metabolisme sel, misal-nya ion Na+ dan K+,
• ion Na+ dan K+, berperan dalam memelihara tekanan osmosis dan keseimbangan asam basa cairan sel.
• Retensi ion-ion menghasilkan peningkatan tekanan osmosis sebagai akibat masuknya air ke dalam sel.

• Beberapa ion-ion anorganik berperan sebagai kofaktor dalam aktivitas enzim, misalnya ion magnesium , ferrum
• Fosfat anorganik digunakan dalam sintesis ATP yang mengsuplai energi kimia untuk proses kehidupan dari sel melalui proses fosforilasi oksidatif.
• Ion-ion kalsium dijumpai dalam sirkulasi darah dan di dalam sel.
• Di dalam tulang, ion-ion kalsium berkombinasi dengan ion-ion fosfat dan karbonat membentuk kristalin.
• Fosfat dijumpai di dalam darah dan di dalam cairan jaringan sebagai ion-ion bebas, tetapi fosfat di dalam tubuh banyak terikat dalam bentuk fosfolipida, nukleotida, fosfoprotein, dan gula-gula terfosforilasi (De Robertis et al., 1975).
  

• Di dalam sel juga terkandung berbagai jenis gas yang berasal dari lingkungan atau dihasilkan oleh metabolisme sel.
• Beberapa gas yang terdapat di atmosfer dapat masuk ke dalam sel misalnya gas oksigen (O2), karbon dioksida (CO2), dan gas nitrogen (N2).
• Di dalam sel, oksigen berperan untuk mengoksidasi bahan-bahan makanan.
• Karbon dioksida selain berasal dari lingkungan luar, juga dihasilkan dalam oksidasi bahan makanan sebagai hasil sampingan.
• CO2 dapat bereaksi dengan air membentuk asam karbonat yang selanjutnya mengalami disosiasi membentuk ion hidrogen dan bikarbonat dengan reaksi sebagai berikut :
  

• C6H12O6 + 6 CO2 --------> 6 H2O + 6 CO2 + Energi

• CO2 + H2O -------> H2CO3

• H2CO3 ---------> H+ + HCO3-

• Umumnya karbon dioksida di dalam sel berada dalam bentuk bikarbonat atau karbonat

Komponen Organik

• Komponen-komponen organik sel terdiri atas protein, lipid, karbohidrat, dan beberapa komponen-komponen spesifik lainnya seperti enzim, vitamin, danhormon.
• Lebih kurang 10-20% isi sel terdiri atas protein.
• Protein merupakan makromolekul dengan berat molekul berkisar antara 10.000-10.000.000.
• Sedangkan karbohidrat di dalam sel kurang lebih 1% dan umumnya dalam bentuk monosakarida, disakarida, dan oligosakarida
• Lipida berkisar 2-3%.
• Masing-masing komponen organik sel tersebut akan dibahas secara terpisah pada uraian selanjutnya.
  

Protein

• Protein adalah makromolekul yang terdiri atas asam-asam a-amino yang saling berikatan dengan ikatan kovalen diantara gugus a-karboksil asam amino dengan gugus a-amino dari asam amino yang lain.
• Ikatan di antara asam amino disebut ikatan peptida.
• Beberapa unit asam amino yang berikatan dengan ikatan peptida disebut polipeptida.
• Molekul protein dapat terdiri atas satu atau sejumlah rantai polipeptida dan setiap rantai dapat terdiri atas ratusan hingga jutaan residu asam amino.
  

Klasifikasi
Hingga saat ini belum ada klasifikasi protein yang secara umum memuaskan.
Klasifikasi protein yang menonjol didasarkan pada antara lain:

1. Kelarutan
2. Bentuk keseluruhan
3. Peranan biologis
   

• Pembagian protein juga dapat dilakukan berdasarkan fungsi dan strukturnya.
• Berdasarkan fungsinya, protein diklasifikasikan menjadi

1. Protein enzim, berperan dalam mempercepat reaksi-reaksi biokimia,
2. Protein sruktural, membentuk struktur-struktur biologis,
3. Protein transpor, berperan sebagai pengangkut subtansi-subtansi penting,
4. Protein pertahanan, melindungi tubuh dari invasi benda-benda asing.

• Berdasarkan strukturnya, protein diklasifikasikan menjadi:

1. Protein globular, memiliki pelipatan-pelipatan yang kompleks, struktur tertier dengan bentuk yang tidak teratur.
2. Protein serabut ( Protein fibrosa ) memanjang, lipatan sederhana,umum dijumpai pada protein struktural.
   

• Dalam uraian berikut ini hanya dibahas klasifikasi berdasarkan bentuk dan peranan biologisnya.

Berdasarkan bentuknya, protein dibagi menjadi :

1. Protein globular Rantai polipeptida mengandung banyak lipatan dan berbelit. Rasio aksial kurang dari 10, misalnya insulin, albumin, globulin plasma, dan kebanyakan enzim.
2. Protein fibrosa Rantai polipeptida atau kelompok rantai yang membelit dalam bentuk spiral atau heliks, dan dihubungkan oleh ikatan disulfida dan hidrogen.

• Rasio aksial lebih besar dari 10, misalnya keratin dan miosin.
  

Ikatan-ikatan pada Struktur Protein
Struktur protein umumnya dipertahankan oleh dua ikatan sangat kuat yaitu

1. ikatan peptida
2. ikatan disulfida;
3. ikatan yang lemah, yaitu ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik dan interaksi elektrostatif.

Ikatan peptida

• Ikatan peptida adalah ikatan yang menghubungkan atom a-karboksil dari suatu asam amino dan atom a nitrogen dari asam amino yang lain.

• Peptida yang dibentuk oleh dua molekul asam amino disebut dipeptida
• Bila dibentuk oleh 3 molekul asam amino disebut tripeptida
• Bila dibentuk oleh banyak molekul asam amino disebut polipeptida.
  

Ikatan disulfida

• Terbentuk antara 2 residu sistein yang saling berhubungan 2 bagian rantai polipetida melalui residu sistein.

Ikatan hidrogen

• Terbentuk antara gugus NH- atau -OH dan gugus C=O dalam ikatan peptida atau -COO- dalam gugus R, misalnya dua peptida mungkin membentuk ikatanhidrogen.
  

Interaksi hidrofobik

• Rantai samping non polar asam amino netral pada protein cenderung bersekutu.

Interaksi elektrostatik

• Merupakan ikatan garam antara gugus yang bermuatan berlawanan pada rantai samping asam amino.

Sifat-sifat Protein

1. Membentuk ion Protein dalam air mampu membentuk ion + dan -, dalam suasana asam membentuk ion positif dan dalam suasana basa membentuk ion negatif.
2. Denaturasi Denaturasi adalah perubahan konformasi alamiah menjadi suatu konformasi yang tidak menentu. Hal ini dapat terjadi karena terjadinya perubahan suhu, pH, atau terjadinya suatu reaksi dengan senyawa-senyawa lain misalnya ion-ion logam.
   

Asam Amino

• Asam amino adalah asam karboksilat yang mempunyai gugus amino. Asam amino yang terdapat sebagai komponen protein mempunyai gugus NH2 padaatom karbon a dari posisi gugus -COOH.
• Atom karbon a dari asam amino kecuali glisin masing-masing dihubungkan pada empat gugus kimia yang berlainan
• Sehingga atom karbon a bersifat asimetris. Oleh karena itu, molekul asam amino mempunyai dua konfigurasi yaitu D dan L.
  

• Molekul asam amino dikatakan mempunyai konfigurasi L, apabila gugus NH2 di sebelah kiri atom karbon
• Bila gugus NH2 di sebelah kanan atom karbon , maka asam amino tersebut mempunyai konfigurasi D.
  

Struktur umum asam amino adalah:

Klasifikasi asam amino didasarkan atas:

• pembentukannya di dalam tubuh dan strukturnya.

Klasifikasi asam amino berdasarkan pembentukannya di dalam tubuh ditunjukkan pada tabel 

• Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak dapat dibuat dalam tubuh.
• Sedangkan asam amino non esensial adalah asam amino yang dapat dibuatdalam tubuh.
  

Berdasarkan strukturnya, asam amino dikelompokkan menjadi 7 yaitu asam amino dengan rantai samping yang :

1. Merupakan rantai karbon yang alifatik, misalnya glisin, alanin, valin, leusin dan isoleusin.
2. Mengandung gugus hidroksil, misalnya serin dan threonin
3. Mengandung atom belerang, misalnya sistein, dan metionin
4. Mengandung gugus asam atau amidanya, misalnya asam aspartat, aspargin, asam glutamate, dan glutamine.
5. Mengandung gugus basa, misalnya arginin, lisin, hidroksilisin dan histidin
6. Mengandung cincin aromatic, misalnya fenilalanin, tirosin dan triptofan.
7. Membentuk ikatan dengan atom N pada gugus amino, misalnya prolin dan hidroksi prolin
   

• Uraian klasifikasi asam amino berdasarkan strukturnya diuraikan lebih detail pada pembahasan berikut. Beberapa rumus kimia asam amino adalah sebagai berikut:
  

Karbohidrat

• Molekul karbohidrat adalah substansi yang terdiri atas atom-atom C, H, dan O.
• Perbandingan antara molekul H dan O adalah 2:1.
• Jadi memiliki rasio yang sama dengan molekul air (H2O), misalnya:

1. Ribosa = C6H10O5
2. Glukosa = C6H12O6
3. Sukrosa = C12H24O11
   

Rumusa empiris dari karbohidrat adalah Cn(H2O)n.

• Dengan dasar perbandingan tersebut, orang pada mulanya berkesimpulan bahwa dalam karbohidrat terdapat air, sehingga digunakan kata karbohidrat yang

berasal dari kata karbon dan hidrat atau air. 

• Karbohidrat sering disebut sakarida.
• Ada beberapa senyawa yang memiliki rumus empiris seperti karbohidrat tetapi bukan karbohidrat, misalnya C2H4O2 (asam asetat), CH2O (formaldehida).
• Dengan demikian, senyawa yang termasuk karbohidrat tidak hanya ditinjau dari rumus empirisnya saja, tetapi yang penting adalah rumus strukturnya.
• Dari rumus struktur, akan terlihat bahwa ada gugus fungsi penting yang terdapat pada molekul karbohidrat.
• Gugus fungsi itulah yang menentukan sifat senyawa tersebut.
• Berdasarkan gugus molekul yang ada pada karbohidrat, maka karbohidrat dapat didefenisikan secara kimia sebagai plohidroksialdehid atau polihidroksiketon serta yang menghasilkannya pada proses hidrolisis.
• Berbagai senyawa yang termasuk kelompok karbohidrat mempunyai molekul yang berbeda-beda ukurannya, yaitu dari senyawa sederhana dengan berat molekul ren-dah hingga berat molekul besar.
• Berbagai senyawa terse-but dapat dibagi dalam empat golongan, yaitu

1. monosakarida
2. disakarida/ oligosakarida
3. polisakarida.
   

Monosakarida

• Monosakarida sering disebut gula sederhana (simple sugars) adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sederhana lagi.
• Molekulnya hanya terdiri atas beberapa atom karbon saja.
• Monosakarida dapat dikelompokkan berdasarkan kandungan atom karbonnya, yaitu triosa, tetrosa, pentosa, dan heksosa atau heptosa.
• Misalnya :
  

1. Triosa = (C3H6O3)
2. Tetrosa = (C4H8O4)
3. Pentosa = (C5H10O5)
4. Heksosa = (C6H12O6)
   

• Monosakarida atau gula sederhana hanya terdiri atas satu unit polihidroksialdehida atau keton atau hanya terdiri atas satu molekul sakarida.
• Monosakarida yang umum dikenal mempunyai rumus empiris (CH2O)n, dimana n = 3 atau jumlah yang lebih besar lainnya.
• Kerangka monosakarida adalah rantai karbon berikatan tunggal yang tidak bercabang.
• Satu diantara atom karbon berikatan ganda terhadap suatu atom oksigen membentuk gugus karbonil, masing-masing atom karbon lainnya berikatan dengan gugus hidroksil.
• Jika gugus karbonil berada pada ujung rantai karbon, monosakarida tersebut adalah suatu aldosa, dan jika gugus karbonil berada pada posisi lain, monosakarida tersebut adalah suatu ketosa.
• Berbagai jenis monosakarida aldosa dan ketosa ditunjukkan pada gambar
  

Gambar Berbagai jenis monosakarida dalam bentuk aldosa (Frisell, 1982)
Disakarida.

• Disakarida terdiri atas dua monosakarida yang berikatan kovalen terhadap sesamanya.
• Pada kebanyakan disakarida, ikatan kimia yang menggabungkan kedua unit monosakarida disebut ikatan glikosida, dan dibentuk jika gugus hidroksil pada salah satu gula bereaksi dengan karbon pada gula yang kedua.
• Disakarida menghasilkan dua molekul monosakarida yang sama atau berbeda bila mengalami hidrolisis, misalnya:
  

1. Maltosa -------> Glukosa + Glukosa
2. Laktosa -------> Glukosa + Galaktosa
3. Sukrosa -------> Glukosa + Fruktosa
   

Oligosakarida menghasilkan 3-6 molekul monosakarida bila mengalami hidrolisis, misalnya :

1. Maltotriosa -------> 3 residu Glukosa
2. Rafinosa ---------> Galaktosa+ galaktosa + Fruktosa
3. Stakiosa ---------> Galaktosa + Glukosa + Fruktosa
   

Polisakarida

• Polisakarida atau glikan tersusun atas unit-unit gula yang panjang. P
• olisakarida dapat dibagi menjadi dua kelas utama yaitu homopolisakarida danheteropolisakarida.
• Homopolisakarida yang mengalami hidrolisis hanya menghasilkan satu jenis monosakarida, sedangkan heteropolisakarida bila mengalami hidrolisis sempurna menghasilkan lebih dari satu jenis monosakarida.