KOMPOSISI KIMIA SEL

A.  Bahan Anorganis

1.  Air

Di dalam sel, air terdapat dalam dua bentuk, 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 (De Robertis et al., 1975).

Fungsi Air :

a. Pelarut berbagai zat organik dan anorganik, misalnya berbagai jenis ion-ion, glukosa, sukrosa, asam amino, serta berbagai jenis vitamin.

b.  Bahan pengsuspensi zat-zat organik dengan molekul besar seperti protein, lemak, dan pati. Dalam hal tersebut, air merupakan medium dispersi dari sistem koloid protoplasma.

c.  Air merupakan media transpor berbagai zat yang terlarut atau yang tersuspensi  untuk berdifusi atau bergerak dari suatu bagian sel ke bagian sel yang lain.

d.  Air merupakan media berbagai proses reaksi-reaksi enzimatis yang berlangsung di dalam sel.

e.  Air digunakan untuk mengabsorbsi panas dan mencegah perubahan temperatur yang drastis di dalam sel. Ini penting bagi hewan homoterm (berdarah panas, suhu tetap), yakni hewan-hewan yang tak bergantung suhunya kepada suhu lingkungan. Misanya, aves dan mamalia, jika suhu sel naik, misalnya Karena makhluk itu baru mengadakan aktivitas besar  suhu sel memanas,.panas ini kembali diturunkan sehingga suhu tetap seperti semula. Untuk itu perlu membuang panas berlebih dengan  cara berpeluh atau penganginan.

f.  Hidrolisa. Ion-ion H dan OH dari air akan bersenyawa dengan pecahan atau gugusan molekul bahan organis complex, sehingga terjadi bahan yang bersusunan molekul sederhana.

g.  Menciptakan selaput air, selaput air perlu ada pada permukaan berbagai saluran  dan ronggga untuk mempermudah difusi lewat membrane sel.

2.  Gas

Ada 4 macam gas yang terdapat dalam sel :

1.  Oksigen (O₂), masuk ke dalam sel lewat pernafasan. Di udara beas terdapat 21 %, di air sekitar 0,5%. Fungsi air adalah oksidasi zat makanan sehingga timbul energi.

2.  Karbondioksida (CO₂), berupa ampas oksidasi. Kadar kandungan di udara sebesar 0,04%. BAgi tumbuhan, gas ini sebagai bahan mentah bersama air untuk sintesa karbohidrat dalam proses fotosintesis.

3.  Nitrogen ( N₂),   bagi sel, gas ini tak terpakai meskipun masuk bersama gas pernafasan. Unsur nitrogen baru bisa diikat oleh sel kalau sudah dalam ikatan ion nitrat (NO₃^-), meski sebagian kecil  makhluk juga  ada yang memprgunkan dalam bentuk ion ammonium (NH₄^-). Beberapa bakteri tanah dapat mempergunakan gas nitrogen bebas di alam sebagai sumber energy, lalu mengubahnya menjadi nitrit sampai nitrar.

4.  Amonia (NH₃),  ampas metabolism protein dalam sel ini sangat beracun bagi sel, maka dari itu harus dikeluarkan  atau dinetralkan untuk sementara waktu sebelum diekskresikan. Ada sel yang mengubahnya jadi asam urat. Setelah di ekskresikan , bakteri tanah dapat mengubah derivate ammonia ini jadi nitrat kembali yang dapat digunakan oleh tumbuhan untuk mensintesis protein

3.  Garam Mineral

a.  Ca, Paling banyak terdapat dalam sel, terutama pada tulang dan gigi. Ionnya terdapat dalam cairan tubuh, penting untuk koagulasi darah, kegiatan jantung, otot, saraf dan kepermeabelan membran.

b.  Mg, sebanyak 70% bergabung dengan Ca dan P dalam garam tulang. Membina klorofil.

c.  Na, Komponenutama kation cairan interseluler. Bersama C dan HCO₃^- mengatur perimbangan  asam-basa tekanan osmosis cairan tubuh.

d. K, Komponen utama kation cairan intraseluler(plasma sel). Terdapat juga dalam cairan interseluler karena mempengaruhi kegiatan otot, terutama otot jantung. Dalam sel mengatur peimbangan asam-basa dan juga menahan air dalam sel (tekanan osmosis).

e.  P, Kebanyakan bergabung dalam tulang dan gigi (80%). 10% lagi bergabung dengan protein, lipid dan karbohidrat, dan 0% tersebar dalam berbagai komponen kimia lain seperti asam inti. Pamat penting sebagai transfer energy dalam ikatan ATP-ADP, sintesa dan lisis bebadai zat.

f.  S, ikut membina protein dalam sel bersama unsur-unsur  pokok lain : C, H, O, N. Membina gugus –SH pada co-enzim A reaksi pernafasan jaringan.  Berbagai bahan yang di produksi sel pun mengandung S, seperti heparin, insulin, vitamin B, asam lipoid dalam tulang tulang rawan.

g.  Cl, Sebagai komponen garam dapur (NaCl). Perlu untuk perimbg kadar air dan tekanan osmosis. Juga untuk perimbangan asam-basa. Dalam lambung untuk membentuk HCl, activator pepsinogen.

h.  Fe, untuk pernafasan seluler. Hemoglobin, myogobin dan cyotochrom mengandung Fe. Terdapt juga dalam berbagai enzim.

i.  Cu, membina beberapa enzim atau  beperan untuk activator. Untuk sintesa Hb perlu kehadiran Cu. Fungsi lainnya adalah, pembentukan tulang.

j.  Mn, Aktivator beberapa enzim.

k.  Zn, berperan atau ikut membina beberapa macam enzim dan hormon. Terdapat dalam insulin.

l.  F, Terdapat pada tulang dan gigi

B.  Bahan Organis

1.  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:
Ribosa=C₆H₁₀O₅
Glukosa=C₆H₁₂O₆
Sukrosa=C₁₂H₂₂O₁₁
Berbagai senyawa yang termasuk kelompok karbohidrat mempunyai molekul yang berbeda-beda ukurannya, yaitu dari senyawa sederhana dengan berat molekul rendah hingga berat molekul besar. Berbagai senyawa tersebut dapat dibagi dalam 3 golongan, yaitu :

a)  Monosakarida

Monosakarida sering disebut gula sederhana adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi bentuk yang lebih sedrhana. Molekulnya hanya terdiri atas beberapa atom karbon saja. Monosakarida dapat dikelompokkan berdasarkan kandungan atom karbonya, yaitu

Triosa=(C₃H₆O₃)
Tetrosa=(C₄H₈O₄)
Pentosa=(C₅H₁₀O₅)
Heksosa=(C₆H₁₂O₆)

Macam-macam monosakarida :

-  Glukosa, dinamakan juga dekstrosa atau gula anggur, terdapat luas di alam dalam jumlah sedikit, yaitu di dalam sayur, buah, sirup jagung, sari pohon, dan bersamaan dengan fruktosa dalam madu. Glukosa memegang peranan sangat penting dalam ilmu gizi. Glukosa merupakan hasil akhir pencernaan pati, sukrosa, maltosa, dan laktosa pada hewan dan manusia. Dalam proses metabolisme, glukosa merupakan bentuk karbohidrat yang beredar di dalam tubuh dan di dalam sel merupakan sumber energi.

-  Fruktosa, dinamakan juga levulosa atau gula buah, adalah gula paling manis. Fruktosa mempunyai rumus kimia yang sama dengan glukosa, C6H12O6, namun strukturnya berbeda.

-  Galaktosa, tidak terdapat bebas di alam seperti halnya glukosa dan fruktosa, akan tetapi terdapat dalam tubuh sebagai hasil pencernaan laktosa.

-  Manosa, jarang terdapat di dalam makanan. Di gurun pasir, seperti di Israel terdapat di dalam manna yang mereka olah untuk membuat roti.

-  Pentosa, merupakan bagian sel-sel semua bahan makanan alami. Jumlahnya sangat kecil, sehingga tidak penting sebagai sumber energi.

b)  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:
Maltosa -------> Glukosa + Glukosa
Laktosa -------> Glukosa + Galaktosa
Sukrosa -------> Glukosa + Fruktosa

c)  Polisakarida

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

Beberapa Contoh polisakarida :

a.  Amilum (pati) terdiri atas 20-30 unit sakarida. Terdapat dalam sel tumbuhan.

b.  Selulosa (zat kayu) terdiri atas 3000 sakarida. 50 % tubuh tumbuhan terdiri atas selulosa yang membentuk dinding sel.

c.  Glikogen, polisakarida yang terdapat khusus pada sel hewan, glikogen pada hewan terdiri atas 8-20 polimer glukosa

Fungsi Karbohidrat adalah :

a.  Sumber Energi

Fungsi utama karbohidrat adalah menyediakan energi bagi tubuh. Karbohidrat merupakan sumber utama energi bagi penduduk di seluruh dunia, karena banyak didapat di alam dan harganya relatif murah. Satu gram karbohidrat menghasilkan 4 kkalori.

b.  Pemberi rasa manis pada makanan

Karbohidrat memberi rasa manis pada makanan, khususnya mono dan disakarida. Gula tidak mempunyai rasa manis yang sama. Fruktosa adalah gula yang paling manis. Bila tingkat kemanisan sakarosa diberi nilai 1, maka tingkat kemanisan fruktosa adalah 1,7; glukosa 0,7; maltosa 0,4; laktosa 0,2

c.  Penghemat Protein

Bila karbohidrat makanan tidak mencukupi, maka protein akan digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi, dengan mengalahkan fungsi utamanya sebagai zat pembangun. Sebaliknya, bila karbohidrat makanan mencukupi, protein terutama akan digunakan sebagai zat pembangun.

d.  Pengatur Metabolisme Lemak

Karbohidrat mencegah terjadinya oksidasi lemak yang tidak sempurna, sehingga menghasilkan bahan-bahan keton berupa asam asetoasetat, aseton, dan asam beta-hidroksi-butirat. Bahan-bahan ini dibentuk menyebabkan ketidakseimbangan natrium dan dehidrasi. pH cairan menurun. Keadaan ini menimbulkan ketosis atau asidosis yang dapat merugikan tubuh.

2.  Lemak

Lemak adalah ester dari gliserol dengan asam-asam karboksilat suku tinggi. Asam penyusun lemak disebut asam lemak. Asam lemak yang terdapat di alam adalah asam palmitat (C₁₅H₃₁COOH), asam stearat (C₁₇H₃₅COOH), asam oleat (C₁₇H₃₃COOH), dan asam linoleat (C₁₇H₂₉COOH). Pada lemak, satu molekul gliserol mengikat tiga molekul asam lemak, oleh karena itu lemak adalah suatu trigliserida.

Pada rumus struktur lemak di atas, R1–COOH, R2–COOH, dan R3–COOH adalah molekul asam lemak yang terikat pada gliserol. Nama lazim dari lemak adalah trigliserida. Penamaan lemak dimulai dengan kata gliseril yang diikuti oleh nama asam lemak.

Molekul lemak terbentuk dari gliserol dan tiga asam lemak. Oleh karena itu, penggolongan lemak lebih didasarkan pada jenis asam lemak penyusunnya. Berdasarkan jenis ikatannya, asam lemak dikelompokkan menjadi dua, yaitu:

1.  Asam lemak jenuh

Asam lemak jenuh, yaitu asam lemak yang semua ikatan atom karbon pada rantai karbonnya berupa ikatan tunggal (jenuh). Contoh: asam laurat, asam palmitat, dan asam stearat.

2.  Asam lemak tak jenuh

Asam lemak tak jenuh, yaitu asam lemak yang mengandung ikatan rangkap pada rantai karbonnya.

Contoh: asam oleat, asam linoleat, dan asam linolenat

Penggunaan Lemak dan Minyak dalam Kehidupan Sehari-hari

Lemak atau minyak dapat dimanfaatkan untuk beberapa tujuan, di antaranya sebagai berikut.

a.  Sumber energi bagi tubuh Lemak dalam tubuh berfungsi sebagai cadangan makanan atau sumber energi. Lemak adalah bahan makanan yang kaya energi. Pembakaran 1 gram lemak menghasilkan sekitar 9 kilokalori.

b.  Bahan pembuatan mentega atau margarinLemak atau minyak dapat diubah menjadi mentega atau margarin dengan cara hidrogenasi.

c.  Bahan pembuatan sabun

3.  Protein

Protein adalah makromolekul yang terdiri atas asam-asam amino yang saling berikatan dengan ikatan kovalen diantara gugus a-karboksil asam amino dengan gugus 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.

Ada 3 golongan protein :

a.  Protein sederhana, mengandung asam-asam amino atau derivatnya dan jika dihidrolisis menghasilkan asam amino saja, contoh : Albumin, globulin, albuminoid.

b.  Protein gabungan, selain asam-asam amin mengandung golngan prsthetis, contoh : casein, hemoglobin lipoprotein.

c.  Protein tambahan, berasal dari perombakan sebagaian (tak sempurna) protein, contoh : protesa, pepetida dan pepton.

4.  Asam Inti

Molekul yang lebih besar dari protein, polimer nukleotida. Nukleotida terdiri atas rangkaian gula, fosfat dan basa N. Satu nukleotida terdiri atas 3 untaian gula, fosfat dan basa N. Ada 2 macam asam inti :

a.  DNA(deoxyribose nucleic acid)

Pada DNA unsur  fosfatnya, PO₄^-3, gulanya deoxyribose dan basa-Nnya adalah adenin, tiamin, guanin, dan citosin. Pada makhluk tak berinti dan jamur, DNA itu tunggal, tak berpasangan. Pada makhuk berinti kecuali jamur, sepasang.

DNA membina sebagian besar gen. Sisanya gen itu terdiri dari protein. Dapat dsebut bahan genetis (sifat keturunan) gen itu ialah DNA sendiri. DNA dibina atas puluhan sampai ribuan nukleotida.

b.  RNA (ribose nuclec acid)

Pada DNA unsur  fosfatnya, PO₄^-3, gulanya ribose dan basa-Nnya adalah adenin, uracil, guanin, dan citosin.Terdapat bantak pada plasma, sedikit dalam nukleotida. RNA selalu tunggal, tak berpasangan.

RNA ada 3 macam :

1)  RNA-m (m = messenger)

RNA-m terbentuk saat diperlukan, untuk mensintesa sejenis protein. Disebut messenger karena ia pembawa perintah, kabar, dari gen untuk melakukan sintesis protein itu.

2)  RNA-t (t = transfer)

RNA-t terdapat selalu dalam plasma, dan larut. Disebut juga RNA larut. Terdiri dar polimer nukleotida yang pendek, berpilin, sehingga Nampak seperti double helix. Pada waktu sintesa protein, RNA-t berjabatan dengan 3 titik basa RNA-m dalam ribosom. Dalam berjabatan itu basa-basanya berpsaangan, seperi perpasangan basa itu pada DNA double helix, hanya T diganti U. jadi A-U, G-C. Ujung lain RNA-t itu melekat asam amino. Karena ada 20 macam asam amino untuk mensintesa protein, RNA-t pun ada 20 macam, masing-masing membawa asam amino tertentu, yang ditandai oleh susunan 3 titik basa.

3)  RNA-r ( r = ribosam)

Terdapat dalam ribosom. Jika sintesa protein berlangsung, RNA-m melekat stengkup dengan RNA-r itu dalam ribosom. RNA-r, seperti RNA-t sudah selalu berda dalam ribosom.

5.  Enzim

Komponen Penyusun Enzim

Berdasarkan komponen penyusunnya, enzim dibedakan menjadi :

a.  Enzim protein sederhana terdiri atas protein

b.  Enzim protein konjugasi, terdiri atas protein dan non protein

Enzim terdiri atas :

a.  Apoenzim (protein), yaitu bagian yang relatif tidak tahan panas (termolabil) atau mudah berubah serta bersifat nonaktif

b.  Non protein = kofaktor  yaitu bagian yang relatif tahan panas (100^oC) sampai beberapa lama (termostabil)

Kofaktor terdiri atas :

-  Metaloenzim (ion anorganik) seperti Zn, Fe, Mn, Ca, Co, Cu, K

-  Koenzim (senyawa organik) seperti tiamin, riboflavin, piridoksin, niasi, biotin, NAD, FAD, NADP

Sifat-sifat Enzim :

1)  Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi

2)  Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil

3)  Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat pada enzim

4)  Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang

5)  Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase

6)  Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun adajuga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-katalisis pembentukan dan penguraian lemak.

                            lipase
Lemak + H2O —————> Asam lemak + Gliserol

7)  Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu

8)  Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan yang disebut kofaktor

6.  Vitamin

Vitamin (bahasa Inggris: vital amine, vitamin) adalah sekelompok senyawa organik amina berbobot molekul kecil yang memiliki fungsi vital dalam metabolisme setiap organisme, yang tidak dapat dihasilkan oleh tubuh.

Nama ini berasal dari gabungan kata bahasa Latin vita yang artinya "hidup" dan amina (amine) yang mengacu pada suatu gugus organik yang memiliki atom nitrogen (N), karena pada awalnya vitamin dianggap demikian. Kelak diketahui bahwa banyak vitamin yang sama sekali tidak memiliki atom N. Dipandang dari sisi enzimologi (ilmu tentang enzim), vitamin adalah kofaktor dalam reaksi kimia yang dikatalisasi oleh enzim. Pada dasarnya, senyawa vitamin ini digunakan tubuh untuk dapat bertumbuh dan berkembang secara normal.

Terdapat 13 jenis vitamin yang dibutuhkan oleh tubuh untuk dapat bertumbuh dan berkembang dengan baik. Vitamin tersebut antara lain vitamin A, C, D, E, K, dan B (tiamin, riboflavin, niasin, asam pantotenat, biotin, vitamin B6, vitamin B12, dan folat). Walau memiliki peranan yang sangat penting, tubuh hanya dapat memproduksi vitamin D dan vitamin K dalam bentuk provitamin yang tidak aktif. Oleh karena itu, tubuh memerlukan asupan vitamin yang berasal dari makanan yang kita konsumsi. Buah-buahan dan sayuran terkenal memiliki kandungan vitamin yang tinggi dan hal tersebut sangatlah baik untuk tubuh. Asupan vitamin lain dapat diperoleh melalui suplemen makanan.

Vitamin memiliki peranan spesifik di dalam tubuh dan dapat pula memberikan manfaat kesehatan. Bila kadar senyawa ini tidak mencukupi, tubuh dapat mengalami suatu penyakit. Tubuh hanya memerlukan vitamin dalam jumlah sedikit, tetapi jika kebutuhan ini diabaikan maka metabolisme di dalam tubuh kita akan terganggu karena fungsinya tidak dapat digantikan oleh senyawa lain. Gangguan kesehatan ini dikenal dengan istilah avitaminosis. Contohnya adalah bila kita kekurangan vitamin A maka kita akan mengalami kerabunan. Di samping itu, asupan vitamin juga tidak boleh berlebihan karena dapat menyebabkan gangguan metabolisme pada tubuh

7.  Hormon

hormon adalah zat  kimia yang dilepaskan oleh sel atau kelenjar di salah satu bagian tubuh yang mengirimkan pesan yang mempengaruhi sel-sel di bagian lain dari organisme. Hanya sejumlah kecil hormon diperlukan untuk mengubah metabolisme sel. Pada intinya, itu adalah utusan kimia yang mengangkut sinyal dari satu sel ke sel lainnya. Semua organisme multiselular memproduksi hormon.

Hormon beredar di dalam sirkulasi darah dan fluida sell untuk mencari sel target. Ketika hormon menemukan sel target, hormon akan mengikat protein reseptor tertentu pada permukaan sel tersebut dan mengirimkan sinyal. Reseptor protein akan menerima sinyal tersebut dan bereaksi baik dengan memengaruhi ekspresi genetik sel atau mengubah aktivitas protein selular, termasuk di antaranya adalah perangsangan atau penghambatan pertumbuhan serta apoptosis (kematian sel terprogram), pengaktifan atau penonaktifan sistem kekebalan, pengaturan metabolisme dan persiapan aktivitas baru (misalnya terbang, kawin, dan perawatan anak), atau fase kehidupan (misalnya pubertas dan menopause). Pada banyak kasus, satu hormon dapat mengatur produksi dan pelepasan hormon lainnya. Hormon juga mengatur siklus reproduksi pada hampir semua organisme multiselular.

8.  Antibodi

Antibodi (bahasa Inggris: antibody, gamma globulin) adalah glikoprotein dengan struktur tertentu yang disekresi dari pencerap limfosit-B yang telah teraktivasi menjadi sel plasma, sebagai respon dari antigen tertentu dan reaktif terhadap antigen tersebut. Sistem imunitas manusia ditentukan oleh kemampuan tubuh untuk memproduksi antibodi untuk melawan antigen. Antibodi dapat ditemukan pada darah atau kelenjar tubuh vertebrata lainnya, dan digunakan oleh sistem kekebalan tubuh untuk mengidentifikasikan dan menetralisasikan benda asing seperti bakteri dan virus. Molekul antibodi beredar di dalam pembuluh darah dan memasuki jaringan tubuh melalui proses peradangan. Mereka terbuat dari sedikit struktur dasar yang disebut rantai. Tiap antibodi memiliki dua rantai berat besar dan dua rantai ringan.