ORGANISASI MOLEKUL SEL

Nasihin Saud Irsyad, M.BIOMED

Sel disusun oleh bermacam-macam elemen (unsur).Dialam telah teridentifikasi 103 unsur disusun dalamtabel berkala unsur (Mendeleev, 1913).

35 unsur dapat diuraikan dari 1 sel hidup & diklasifikasikan 1. Unsur mayor (dominan) : H 50% O 25% C 10% N 2,5%

2. Unsur minor (terdapat dalam jumlah/konsentrasi kecil) : P, S, Na, K, Mg, Ca, Cl.

3. Unsur renik / trace elements (terdapat dalam jumlah sangat kecil pg) : Fe++, Mn++, Co+, Zn+++, Cu+++

Di dalam sel unsur-unsur tsb membentuk kombinasi yang memenuhi syarat dan spesifik, membentuk biomolekul sel. Kombinasi unsur & molekul dibentuk dengan ikatan kovalen dan nonkovalen

Ikatan kovalen : - sangat stabil - dibentuk oleh overlapp elektron- elektron atom berdasarkan valensinya - menentukan struktur primer molekul

Ikatan nonkovalen :- bersifat tidak stabil, mudah putus dan terbentuk kembali- menentukan konformasi (struktur 3 dimensi) molekul

ikatan H ikatan antara atom H (dalam molekul) dengan unsur lain yang lebih elektronegatif (N, O, F).

ikatan elektrostatik (ionik) ikatan yang dibentuk oleh interaksi unsur yang berbeda muatan (perbadaan ion).

Ikatan hidrofobik ikatan yang dibentuk oleh interaksi molekul yang bersifat hidrofobik.

Ikatan Van der Walls ikatan antara molekul sejenis yang berinteraksi karena sangat berdekatan.

Komposisi molekul sel : - air (H2O) - ion anorganik - molekul organik

Air merupakan komponen terbesar (70 90%).Interaksi air dengan komponen sel lain sangat penting, karena menentukan struktur & fungsi sel.

Sifat molekul air :Polar dapat berinteraksi membentuk ikatan H dengan molekul polar lain dan ion larut, membentuk satu fase yg tidak terpisah dengan air molekul hidrofilik.

Molekul nonpolar tidak dapat kontak dengan air & membentuk 2 fase terpisah molekul hidrofobik.

Molekul nonpolar berasosiasi satu dg yang lain menghindari air.Kelarutan mol. polar dlm air & interaksi mol hidrofobik penting dlmpembentukan (rekonstruksi) biomolekul sel.

Air penting untuk menjaga stabilitas suhu sel kalor jenis air = 1.

Air menentukan pH larutan H2O (H+) + (OH-)pH = - log (H+) .

Ion anorganik

Ion anorganik seperti Na+, K+, Mg++, Ca++, HPO4-, Cl - &HCO3- mempunyai persentase sangat kecil dalam sel(< 1%).

Berfungsi untuk mengatur bermacam-macam aktifitas & fungsi sel kofaktor keseimbangan asam & basa menjaga/menghasilkan potensial listrik dll.

Molekul organik

Menentukan spesifikasi sel.Disusun oleh rantai hidrokarbon, terdiri dari molekul kecil (50 100 atom) dan makromolekul yang menyusun sebagian besar massa sel diluar air.

Molekul kecil mempunyai struktur dan fungsi spesifik sptvitamin, kovaktor, hormon, dll.

Makromolekul disusun oleh polimer (ikatan) subunit homopolimer polimer dari satu (macam) subunit.heteropolimer polimer lebih dari satu subunit.

Makromolekul yang menyusun sel :protein, lipid, karbohidrat & asam nukleat.

Protein

Polimer subunit (as. amino) yang saling berhubungan melalui ikatan peptida.

As. amino :- Rantai hidrokarbon yang memp. Gugus karboksil (COO -) dan amino (NH3+) pada C.- Rantai hidrokarbon atau H diluar C disebut rantai (gugus) samping. R C COO - l NH3+

Rantai samping R bervariasi & menentukan spesifikasi as. amino (asam, basa, hidrofilik, hidrofobik).

Ada 20 as.amino yang menyusun protein sel.

As. amino berpolimerisasi melalui ikatan peptida membentuk polipeptida (protein).

Polipeptida (protein) memp. NH3+ bebas disalah satu ujungnya (N terminal) dan COO- bebas diujung yang lain (C terminal) protein dibaca dari N ke C terminal.

As. amino adalah - molekul yang amfoter dapat bermuatan (+) atau (-), tergantung pH lingkungan disebut amfolit. - zwitter ion bermuatan ganda pada pH netral.

Bila semua as. amino bersifat zwitter ion pada pH tertentu, pH tsb disebut pH isoelektrik tidak bergerak di medan listrik.

- Molekul protein mempunyai struktur 1 ditentukan oleh jumlah & komposisi as. amino, dideterminasi oleh kodon (kode genetik pada gen / RNA).

Mempunyai struktur 3 dimensi (konformasi) yang menentukan fungsi molekul struktur 2 helix lembaran triple helix struktur 3 struktur 4

- Bila konformasi protein rusak dsbt denaturasi & kehilangan fungsi spesifiknya.

Lipid

Molekul yang tidak larut dlm air.Dalam sel terdapat 2 macam lipid :- complex lipid (lemak majemuk) mengandung asam lemak.- simple lipid (lemak sederhana) tidak mengandung asam lemak.

Asam lemak : 1. Asam lemak jenuh tidak mgdg ikatan rangkap CH3 (CH2)n COOH C 10 laurat C 14 miristat C 16 palmitat C 18 stearat C 20 arachidat C 24 lignoserat

2. Asam lemak tidak jenuh mgdg ikatan rangkap & mbtk struktur cis. Sebagian besar merupakan asam lemak esensial & tdpt pada minyak tumbuhan.

Complex lipid : - asil gliserol (trigliserida) - fosfolipid - spingolipid fosfolipid dan spingolipid dapat bersifat amfifatik membentuk misel dalam air.

Simple lipid 1. Terpenoid poliisoprenoid CH2 = CH CH = CH2 l CH3 Prekursor dari : minyak tumbuhan pigmen karotenoid vitamin yg larut dlm lemak (A, E, K).

Steroid

Mempunyai gugus inti karbon polisiklik.Mempunyai fungsi & fisiologi sangat bervariasi. - Vitamin D - Hormon steroid androgen, estrogen, progesteron - Kholesterol

Karbohidrat - (CH2O)n

Sangat penting bagi sel, karena dapat berfungsi sebagaikomponen struktural pada organel tertentu & sebagai bahan metabolik yang menghasilkan energi.

Golongan karbohidrat :- monosakharida (gula sederhana) karbohidrat yang tidak dapat diuraikan/dihidrolisis menjadi sakharida yang lebih sederhana.- oligosakharida polimer dari 2 atau 3 monosakharida.- polisakharida polimer dari banyak sekali monosakharida.

KH disusun oleh atom C, H, O; beberapa diantaranya mengandung substituen N & S.

Monosakharida

Aldehid atau keton yang mempunyai 2 atau lebih gugushidroksil.

Monosakharida yang banyak tdpt dalam sel :5C glukosa, fruktosa4C ribosa3C gliseraldehid, dihidroksi aseton

dalam larutan kh mempunyai konformasi terbuka & tertutup (siklik) konformasi siklik lebih dominan.

Contoh : glukosa fruktosa ribosa

Oligosakaharida

Yang umum tdpt dalam sel : disakharida dimer 2 monosakha- rida dengan ikatan glikosidik.

Maltosa : dimer glukosa dengan ikatan 1,4 hasil hidrolisis starch oleh enzim-enzim pencernaan.

Sellobiosa : dimer glukosa dengan ikatan 1,4 hasil hidrolisis selulosa dalam saluran pencernaan ruminan.

Laktosa : dimer galaktosa dan glukosa dengan ikatan 1,4; tdpt dalam susu.

Sukrosa : dimer glukosa dan fruktosa dengan ikatan 1,4; tdpt dalam gula tebu & bit.

Polisakharida

Polimer dari banyak sekali monosakharida dengan ikatan glikosidik 1,4 atau 1,4. Beberapa diantaranya ada yang mbtkrantai cabang dengan iktan 1,6 pada percabangannya. Polimerisasi polisakharida umumnya berulang (repeating) secarakontinu.

Amilosa : polimer glukosa tanpa cabang dengan ikatan glikosidik 1,4 kh pada umbi kentang, cassava, beras, wheat, dll

Amilopektin : polimer glukosa dengan ikatan 1,4 dg beberapa cabang 1,6 memberi textur yelly yg lengket bila dipanaskan.

Glikogen : spt amilopektin dengan banyak sekali cabang polisakharida cadangan pada sel hewan (otot, hati).

Selulose : polimer glukosa rantai lurus dengan ikatan glikosidik 1,4 bahan pembangun pada dinding sel tumbuh-tumbuhan.

Khitin : Polimer N-asetilglukosamin dengan ikatan glikosidik 1,4 polisakharida struktural pada sel hewan tdpt pada kulit artropoda & krustasea.

Asam nukleat

Asam nukleat di dalam sel adalah DNA dan RNA.Merupakan polimer subunit nukleotida.Membentuk konformasi double helix pada DNA atau nonhelix untai tunggal pada RNA.

Satu nukleotida merupakan ikatan dari :1 basa N1 gula pentosa1 asam monofosfat

Basa N yang menyusun asam nukleat :

Purin mempunyai turunan adenin (A) 6, amino purin guanin (G) 2 amino, 6 oxipurin

Pirimidin - mempunyai turunan sitosin (C) 6 amino, 2 oxipirimidin timin (T) 2,6 dioxi, 5 metilpirimidin urasil (U) 2,6 dioxi pirimidin

Gula pentosa : ribosa pada RNA deoksi ribosa pada DNA

Ikatan basa N dan gula pentosa menghasilkan nukleosida jumlahnya sedikit sekali dalam sel.

Asam fosfat : terikat pada pentosa 5.

Basa NNukleosidaNukleotidaAGCTU adenosin guanosin sitidin timidin uridin adenilat guanilat sitidilat timidilat uridilat

Polimerisasi nukleotida : Gugus fosfat 5 nukleotida satu direduksi oleh OH 3 nukleotidaberikutnya terbentuk ikatan diester fosfat 5 3. Hasil polimerisasi tsb adalah satu untai polinukleotida.

Pada molekul DNA 2 untai polinukleotida berkomplementasi membentuk konformasi double helix (untai ganda).

Komplementasi kedua polinukleotida terjadi antara basa N dari masing-masing untai polinukleotida melalui ikatan HA berkomplementasi dg T melalui 2 ikatan H G berkomplementasi dg C melalui 3 ikatan H

Kedua polinukleotida berkomplementasi antiparalel ujung 5untai satu berkomplementasi dg ujung 3 untai pasangannya.

Kedua polinukleotida berputar searah jarum jam mengelilingi sumbu tengah dengan R = 10 A. Satu putaran = 10 nukleotida