KOMPONEN KIMIA SEL

Dari 92 elemen kimia yang ditemukan secara alami, 25 diantaranya dibutuhkan dalam proses kehidupan. akan tetapi hanya 4, yaitu Karbon (C), Oksigen (O), Hidrogen (H), dan Nitrogen (N) yang membangun 96% dari struktur kehidupan.

Struktur atom menentukan perilaku suatu elemen. Elemen adalah suatu subtansi yang tidak dapat diuraikan menjadi substansi yang lebih sederhana melalui reaksi kimia biasa. Atom merupakan struktur terkecil dari elemen. suatu atom memiliki inti yang tersusun dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang bersifat netral dan kulit yang terdiri atas elektron-elektron yang bermuatan negatif. Perilaku kimia atom sangat sangat ditentukan oleh konfigurasi elektron yang dimilikinya.

Molekul terbentuk pada saat elektron dari sebuah atom saling berinteraksi dengan elektron dari atom lain. terdapat dua tipe ikatan antar atom yaitu ikatan kovalen dan ikatan ionik. Ikatan kovalen terbentuk melalui proses penggunaan sepasang elektron oleh dua atom secara bersama-sama. Sementara ikatan ionik terbentuk ketika satu atau lebih elektron berpindah dari satu atom ke atom yang lain, menghasilkan ion yang bermuatan positif (kation) dan ion yang bermuatan negatif (anion) yang saling tarik menarik. sebagian besar proses dalam kehidupan melibatkan ikatan kimia lemah seperti ikatan hidrogen dan interaksi Van Der Waals. Pembentukan dan pemutusan ikatan kimia merupakan dasar dari raksi kimia yang terjadi di alam.

KOMPONEN PENTING DALAM KEHIDUPAN

• AIR

Air merupakan komponen terpenting dalam kehidupan. Sebagian besar sel dikelilingi oleh air dan 70-95% bagian dari sel dibangun oleh air. Mengapa air penting bagi kehidupan? Hal ini berkaitan dengan beberapa sifat air yang mendukung kehidupan seperti:

1. Polaritas pada molekul air memungkinkan terbentuknya ikatan hidrogen
2. Air merupakan pelarut yang baik
3. Air berperan penting dalam menjaga kestabilan pH melalui atom hidrogen yang dimilikinya
4. Makhluk hidup sangat tergantung pada sifat kohesi molekul air
5. selain itu, air juga berperan penting dalam menstabilkan temperatur di bumi

Air merupakan suatu senyawa kimia H2O yang sangat istimewa, yang dalam kandungannya terdiri dari senyawa Hidrogen (H2), dan senyawa Oksigen (O2). Kedua senyawa yang membentuk air ini merupakan komponen pokok dan mendasar dalam memenuhi kebutuhan seluruh makhluk hidup di bumi selain matahari yang merupakan sumber energi. Seperti yang kita ketahui air merupakan hal yang sangat penting, karena segala makhluk hidup di dunia tidak dapat hidup tanpa air. Bahkan di dalam tubuh kita terdiri dari 55% sampai 78% air (tergantung pada ukuran badan).

(Air dalam Kehidupan Sehari-hari)

Komposisi air dalam organ tubuh kita yaitu;

83%  darah terdiri dari air,

75%  otot manusia terdiri dari air,

74% otak manusia terdiri dari air,

22% bagian tulang pun terdiri atas air/cairan.

Permukaan bumi pada dasarnya terdiri dari 71% merupakan air, makanya ketika kita melihat bumi dari luar angkasa, bumi terlihat berwana biru. 96% air di bumi ini bersifat asin sebagai air laut, sedangkan sisanya sekitar 4% yang bersifat tawar. Kurang dari 3% berwujud salju dan es, sedangkan 1% lainnya sebagai besar air tanah, dan sisanya kurang dari 0,1% sebagai air permukaan (sungai dan danau), serta berada di biosfer dan atmosfer.

Fungsi air dalam kehidupan kita tidak hanya memenuhi kebutuhan secara fisik (yang dibutuhkan tubuh manusia), tetapi juga berperan sebagai pemenuh kegiatan manusia sehari-hari. Baik digunakan untuk mencuci pakaian, mandi, dan memenuhi kebutuhan manusia lainnya. Bahkan makhluk hidup lain yang berupa binatang, dan tumbuhan mengkonsumsi air sebagai pemenuh kebutuhannya.

• KARBON

Karbon merupakan komponen dengan jumlah terbesar pad dunia kehidupan. karbon merupakan tulang punggung molekul-molekul makro yang berperan dalam proses kehidupan. Hal ini disebabkan oleh kemampuan atom-atomnya untuk membentuk empat ikatan kovalen. Karbon juga dapat berikatan dengan karbon lainnya untuk membentuk rantai panjang dengan banyak cabang dan cincin.

(Struktur Karbon)

Efek Kesehatan Karbon

Unsur karbon memiliki toksisitas yang sangat rendah. Potensi bahaya kesehatan yang disajikan di sini didasarkan pada eksposur terhadap karbon hitam. Menghirup karbon hitam, seperti di tambang batubara, dapat memicu kerusakan sementara atau permanen paru-paru dan jantung. Pneumoconiosis ditemukan terjadi pada orang yang bekerja dalam lingkungan yang terpapar karbon hitam. 

Peradangan pada folikel rambut dan lesi mukosa mulut juga telah dilaporkan akibat karbon hitam yang terpapar pada kulit. Beberapa senyawa karbon sederhana bisa sangat beracun, seperti karbon monoksida (CO) atau sianida (CN-). Karbon 14 adalah salah satu radionuklida yang dihasilkan dalam pengujian senjata nuklir. Karbon 14 adalah salah satu radionuklida berumur panjang yang bisa meningkatkan resiko kanker selama puluhan tahun hingga berabad-abad yang akan datang.

MAKROMOLEKUL 1: KARBOHIDRAT

Karbohidrat adalah senyawa organik yang mengandung atom Karbon, Hidrogen dan Oksigen, dan pada umumnya unsur Hidrogen clan oksigen dalam komposisi menghasilkan H2O. Di dalam tubuh karbohidrat dapat dibentuk dari beberapa asam amino dan sebagian dari gliserol lemak. Akan tetapi sebagian besar karbohidrat diperoleh dari bahan makanan yang dikonsumsi sehari-hari, terutama sumber bahan makan yang berasal dari tumbuh-tumbuhan.

Sumber karbohidrat nabati dalam glikogen bentuk glikogen, hanya dijumpai pada otot dan hati dan karbohidrat dalam bentuk laktosa hanya dijumpai di dalam susu. Pada tumbuh-tumbuhan, karbohidrat di bentuk dari basil reaksi CO2 dan H2O melalui proses foto sintese di dalam sel-sel tumbuh-tumbuhan yang mengandung hijau daun (klorofil). Matahari merupakan sumber dari seluruh kehidupan, tanpa matahari tanda-tanda dari kehidupan tidak akan dijumpai.

Karbohidrat atau Hidrat Arang adalah suatu zat gizi yang fungsi utamanya sebagai penghasil energi, dimana setiap gramnya menghasilkan 4 kalori. Walaupun lemak menghasilkan enersi lebih besar, namun karbohidrat lebih banyak di konsumsi sehari-hari sebagai bahan makanan pokok, terutama pada negara sedang berkembang. Di negara sedang berkembang karbohidrat dikonsumsi sekitar 70-80% dari total kalori, bahkan pada daerah-daerah miskin bisa mencapai 90%. Sedangkan pada negara maju karbohidrat dikonsumsi hanya sekitar 40-60%. Hal ini disebabkan sumber bahan makanan yang mengandung karbohidrat lebih murah harganya dibandingkan sumber bahan makanan kaya lemak maupun protein.

Karbohidrat banyak ditemukan pada serealia (beras, gandum, jagung, kentang dan sebagainya), serta pada biji-bijian yang tersebar luas di alam.

• Monosakarida (monos = tunggal, sacchar = gula)

Monosakarida adalah unit yang paling sederhana dari karbohidrat dan bentuk sederhana dari gula. Monosakarida adalah blok bangunan karbohidrat yang lebih kompleks seperti disakarida dan polisakarida. Secara fisik, monosakarida biasanya tidak berwarna, dapat larut dalam air dan memiliki penampilan kristal seperti substansi.

Struktur Monosakarida:

(Rumus Karbohidrat)

Nilai yang mungkin untuk n bilangan bulat positif sama atau lebih besar dari 3. Jika, misalnya, n = 3, yang berarti bahwa ada tiga atom karbon dan monosakarida ini disebut triosa. Jika n = 4, ada empat atom karbon, sehingga monosakarida ini disebut tetroses. Tabel berikut menunjukkan klasifikasi monosakarida berdasarkan jumlah atom karbon mereka & struktur umumnya.

(Klasifikasi Monosakarida)

(Struktur dan Klasifikasi Beberapa Monosakarida)

• Disakarida

Gula ganda dibentuk oleh dua molekul gula sederhana yang saling berikatan. Ikatan atar kedua gula sederhana ini dikenal sebagai ikatan glikosidi yang merupakan ikatan kovalen yang terbentuk melalui proses dehidrasi. Disakarida yang umum ditemukan adalah:

• Maltosa (glukosa & glukosa)
• Suktosa (glukosa & fruktosa), dan
• Laktosa (glukosa & galaktosa).

(Contoh Disakarida)

• Polisakarida

Polisakarida adalah makromolekul, polimer yang tersusun dari ratusan atau bahkan ribuan monosakarida yang terikat elalui ikatan glikosidik. Beberapa polisakarida memiliki fungsi sebagai cadangan makanan dan ada pula yang berperan sebagai struktur yang melindungi sel atau tubuh suatu organisme secara keseluruhan. Conto dari polisakarida adalah pati, selulosa & glikogen.

(Perbandingan Struktur Pati, Glikogen & Zat Kitin)

• Makromolekul 2: Lipid

Lipid adalah senyawa organik yang sangat sukar larut di dalam air. Hal ini disebabkan karena struktur molekul yang dimilikinya. Walaupun lipid memiliki beberapa ikatan polar yang berasosiasi dengan oksigen, sebagian besar lipid tersusun oleh hidrokarbon. Seluruh lipid (lemak & minyak) tersusun dari karbon, hidrogen dan oksige, dengan rasio atom hidrogen dan oksigenlebih besar dari 2:1. Molekul lipid yang netral tersusun dari satu gliserol dan dua asam lemak (trigliserida. Lipi memiliki bentuk dan fungsi yang sangat beragam. Kelompok terpenting dari lipid antara lain lemak, fosfolipid dan steroid.

Lemak

Walaupun lemak bukan polimer, tetapi lemak merupakan molekul terbesar yang tersusun dari molekul yang lebih kecil melalui reaksi dehidrasi. Lemak disusun oleh 2 jenis molekul yaitu gliserol dan asam lemak. Gliserol adalah alkohol yang terdiri dari 3 atom karbon dengan setiap atom karbon mengikat satu gugus hidroksil. Asam lemak memiliki rangka karbon panjang, biasanya 16 atau 18 karbon, dengan gugus karboksil pada bagian ujungnya. Lemak terbentuk bila asam lemak berikatan dengan setiap gugus karboksil pada gliserol dan menghasilkan ikatan ester. Hasil dari reaksi ini adalah triasilgliserol. Seringkali dalam pembahasan nutrisi kita mengenal istilah lemak jenuh dan tak jenuh. Kondisi tersebut dibentuk oleh jumlah ikatan rangkap yang terdapat pada asam lemak. Lemak tak jenuh memiliki satu atau lebih ikatan rangkap pada asam lemaknya. 

(Sintesis dan Struktur Lemak)

Fospolipid

Merupakan molekul yang mirip dengan lemak, tetapi molekulnya hanya memiliki dua ekor asam lemak. Selain itu, gugus hidroksil ketiganya berikatan dengan gugus fosfat bermuatan negatif. Dalam kaitannya degan air, fosfolipid memiliki perilaku yang unik. Ekor yang dimiliki oleh molekul ini memiliki sifat hidrofobik (takut air) sementara itu gugus fosfat yang membentuk kepala memiliki sifat hidrofilik (senang air).

(Struktur Fosfolipid)

Steroid

Steroid adalah lipod yang dicirikan dengan rangka karbon berupa gabungan empat cincin karbon. Salah satu steroid yang terpenting adalah kolesterol, yang menjadi komponen penting pada dinding sel hewan dan juga merupakan prekursor dari steroid lainnya. Banyak hormon , termasuk hormon seks hewan vetebrata, adalah steroid yang dihasilkan dari kolesterol.

(Contoh Steroid : Kolesterol)

• Makromolekul 3: Protein

Protein mebentuk 50% dari berat kering sel dan merupakan komponen penting dalam hampir seluruh kegiatan makhluk hidup. Protein digunakan sebagai strukur penyokong, sebagai senyawa yang menyampaikan informasi ke bagian lain, untuk membantu pergerakan, dan jga untuk pertahanan dalam menghadapi benda asing. Seluruh protein tersusun dari karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadangkala fosfor dan sulfur. Protein merupakan polimer yang disusun olrh kombinasi dari 20 asam amino. Polimer asam amino dikenal dengan istilah polipeptida. Satu protein tersusu dari satu atau lebih polipeptida yang terlipat dan membentuk kumparan dalam konformasi tertentu.

(Struktur Protein)

Asam amino

Terdapat 20 asam amino yang berperan dalam membangun protein.

(Struktur 20 Asam Amino)

Polpetida

Polipeptida dibentuk oleh asam amino yang berikatan satu sama lain melalui ikatan peptida. Dua asam amino berikatan melalui reaksi kondensasi antara gugus COOH (karboksil) dan gugus NH2 (ammonia).

Protein memiliki 4 struktur utama, yaitu:

• Struktur primer

• Struktur sekunder

• Struktur tersier

• Struktur kuartener

• Makromolekul 4: Asam Nukleat

Asam nukleat adalah polimer nukleotida panjang yang berperan besar dalam proses penurunan sifat dan pembentukan berbagai protein. Terdapat dua macam asam nukleat penting yaitu asam deoksiribonukleat (deoxytibonucleic acid - DNA) dan asam ribonukleotida (ribonucleic acid - RNA). Nukleotida adalah molekul kompleks yang tersusun dari basa nitrogen, sebuah gula yang mengandung lima karbon dan gugus fosfat.

(Struktur Nukleotida)

Asam Deoksiribonukleotida (Deoxyribunucleic acid - DNA)

DNA merupakan penyusun utama kromosom dan gen. Molekul ini tersusun dari deoksiribos, basa nitrogen dan gugus fosfat.

(Struktur DNA)

Asam Ribonukleotida (Ribonucleic acid - RNA)

RNA berperan penting dalam proses sintesis protein. Tidak seperti DNA, RNA tersusun dari gula ribosa dan basa nitrogen urasil (bukan timin seperti pada DNA). 

(Struktur RNA)