2 . Sitoplasma dan Organel Sel

1. 2. Sitoplasma dan Organel Sel • Bagian yang cair dalam sel dinamakan Sitoplasma khusus untuk cairan yang berada dalam inti sel dinamakan (nukleoplasma), sedang bagian yang padat dan memiliki fungsi tertentu digunakan Organel Sel. • Penyusun utama dari sitoplasma adalah air (90%), berfungsi sebagai pelarut zat-zat kimia serta sebagai media terjadinya reaksi kimia sel. • Organel sel adalah benda-benda solid yang terdapat di dalam sitoplasma dan bersifat hidup(menjalankan fungsi-fungsi kehidupan).

2. Ciri-ciri: • Terletak diantara membran plasma dan inti • Mrp cairan koloid, homogen,Amorf, translusen • Tdr dr senyawa anorganik (air, garam, elektrolit, logam, non logam, mineral dll) dan senyawa organik ( KH, protein, Lipid, Nukleoprotein, Asam Nukleat dan Enzim) • Lap. luar: Ektoplasma ( relatif non granular, viscous, jernih, rigid) • Lap dalam : Endoplasma ( granular, non viscous), trd dr. struk. mati (paraplasma/ deutoplasma) : sbg cad. makanan , substansi sekretori yg tersuspensi dlm bentuk granula ( tetes2 minyak, granula yolk, pigmen, granula sekretori,granula glikogen • struk. hidup ( organel/ organoid): biosintesis dan metabolisme sel ( biosintesis, respirasi,transportasi, suporting, reproduksi, penyimpanan ( AG, MT, Lisosom )

3. Matriks/protoplasma • Purkinje(1840): bila semua organel dikelurakan dr sitoplasma mk akan tertinggal hanya berupa zat koloid, homogen, transfaran: matriks=protoplasma= hialoplasma=kinoplasma= sitoplasma dasar • Beberapa teori ttg sitoplasma: 1. Teori Retikular 2. Teori Alveolar (Butschili,1892) 3. Teori Granular (Altmann,1893) 4. Teori Fibrilar (Fleming) 5. Teori koloidal ( setelah era ME) : matriks tdr dr solution & sistemkoloid

4. Penyusun Kimia matriks • Secara kimiawi : tersusun atas unsur kimia dlm bentuk atom, ion dan molekul • John dalton (1766-1844): unsur kimia mrp zat dasar yg tdk dpt diurai mjd 2 atau lebih zat yg lebih sederhana • Di alam tdp 104 unsur (90 alami, 14 dibuat dlm reaktor nuklir/laboratorium) • Sitoplasma/matriks: hanya36 unsur dg % berbeda yg punya peran dlm reaksi kimia & biologis penting dlm sel • Berdasar % tdp 3 katagori : a. unsur pokok, b.unsur minor c. Trace elemen • Berdasar bentuk : a. Atom( Proton, Netron, Elektron) b. Senyawa dan molekul c. Elektrolit dan non elektrolit d. Asam basa, garam

5. jenis senyawa: • ANORGANIK : air, garam2 - mrp senyawa yg mati (unsur,logam, non logam, senyawa: air, garam2, berbagai elektrolit&non elektrolit ) - Air : dlm sitoplasma: 65-80% , berupa air bebas(95% sbg pelarut zat organik & 5% terikat dg protein (ik. Hidrgen) sbg air terikat - Kandungan air tgt pada umur, habitat dan aktivitas metabolisme/ laju metabolisme Ex : - Sel embryo = 90-95% air, dewasa<< - Sel hewan air tk. rendah % >> dibanding sel hewan darat tk tinggi %<<< • ORGANIK : Protein, Karbohidrat, Lipid dan Asam Nukleat

6. Fungsi air: • - sebagai pelarut terbaik untuk zat anorganik(mineral, • ion, garam2)& zat organik( protein, KH) • Medium dispersi untuk sistem koloid matriks • Stabilisator suhu ( tidak terjadi perubahan suhu drastis • Pelarut elektrolit • Tegangan permukaan tinggi • Sebagai media cair dalam fungsi metabolisme • Sebagai media transport makanan • Tembus cahaya ( Tumbuhan berfotosintesis) • Air terpisah dg cairan non polar seperti lemak shg mol . • tetap s tabil dan tidak tercampur dg kandungan lemak • pada membran plasma dan membran intraseluler

7. Senyawa organik • Zat kimia dg unsur C yg berkombinasi dg satu/lebih unsur seperti H.N,S dll • Ciri-ciri: - Senyawa organik: tdp mol besar yg terbentuk atas unit struktur yg sama/beda= monomer (unit paling kecil/ sederhana yg bebas, monomer+monomer= oligomer, polimer - Tersusun atas monomer yg sama= Homopolimer - Tersusun atas monomer yg beda= Heteropolimer Ex: A. Karbohidrat B. Protein( Enzim, Vitamin, Hormon) C. Lipid (sederhana, majemuk) D. Asam nukleat (RNA,DNA)

8. A. karbohidrat • Ciri-ciri: - Tersusunn atas unsur: C,H,O - Mrp sumber utama energi, hanya diproduksi oleh tumbuhan hijau dan mikroba tertentu( fotosintesis) - Karbohidrat : polihidroksi Aldehid atau Keton - Klasifikasi : a. Monosakarida (monomer) b. Disakarida ( Oligomer) c. Polisakarida (Polimer) • Rumus : Cn(H2O)n a. Monosakarida : Triosa, tetrosa, pentosa, hexosa,pentosa Pentosa dan hexosa: melimpah dalam matriks

9. b. Oligosakarida : - tdr dr 2-10 monosakarida, dg ikatan glikosida Ex: Disakarida (2), Trisakarida (3), Tetrasakarida(4), Pentasakarida(5) - Pada hewan: disakarida (laktosa) - Pada tumbuhan : disakarida (Sukrosa, maltosa) • c. Polisakarida: tdr dr 10-ribuan monosakarida, BM tinggi, dapat dihidrolisis mjd gula sederhana - Homopolisakarida ( sama) ex: pati, glikogen,selulosa - Heteropolisakarida (beda) +S, PO4 Ex: - netral : Chitin - Asam : as.hialuronat, heparin,kondritin sulfat - mukoprotein&glikoprotein : glukosamin+ monosakarida+ protein ( darah merah, saliva dll)

11. Polisakarida • Polisakaridamerupakanpolimerbeberapagulasederhana yang satusama lain secarakovalendihubungkanmelaluiikatanglikosidik. Makromolekuliniterutamaberfungsisebagaicadanganmakanandanmateristruktural. • Selulosadanpati (amilum)sangatbanyakdijumpaipadatumbuhan. Kedua-duanyaadalahpolimerglukosa, tetapiberbedamacamikatanglikosidiknya. • Padaselulosa monomer-monomer glukosasatusama lain dihubungkansecara linier olehikatan 1,4 glikosidik, sedangkanpadaamilumadaduamacamikatanglikosidikkarenaamilummempunyaiduakomponen, yaitu-amilosadanamilopektin. • Monomer-monomer glukosapada-amilosadihubungkanolehikatan 1,4 glikosidik, sedangkanpadaamilopektin, yang merupakanrantaicabangamilum, ikatannyaadalah 1,6 glikosidik.

12. Pada tumbuhan, selulosa merupakan komponen utama penyusun struktur dinding sel. • Sekitar 40 rantai molekul selulosa tersusun paralel membentuk lembaran-lembaran horizontal yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen sehingga menghasilkan serabut-serabut tak larut yang sangat kuat. • Sementara itu, amilum berguna sebagai cadangan makanan yang dapat dijumpai dalam bentuk butiran-butiran besar di dalam sel. • Adanya dua macam ikatan glikosidik pada amilum menjadikan molekul ini tidak dapat dikemas dengan konformasi yang kompak. Oleh karena itu, amilum mudah larut di dalam air. • Fungi dan beberapa jaringan hewan menyimpan cadangan makanan glukosa dalam bentuk glikogen, yang mempunyai ikatan glikosidik seperti pada amilopektin.

13. Polisakarida lainnya, kitin merupakan komponen utama penyusun dinding sel fungi dan eksoskeleton pada serangga dan Crustacea. • Kitin mempunyai struktur molekul menyerupai selulosa, hanya saja monomernya berupa N-asetilglukosamin. • Mukopolisakarida (glikosaminoglikan) membentuk larutan seperti gel yang di dalamnya terdapat protein-protein serabut pada jaringan ikat. • Penentuan struktur polisakarida berukuran besar sangatlah rumit karena ukuran dan komposisinya sangat bervariasi. • Selain itu, berbeda dengan protein dan asam nukleat, makromolekul ini tidak dapat dipelajari secara genetik. Perbedaanikatanglikosidikantaraamilumdanselulosa

14. B .LIPID • Ciri-ciri: • Mrp senyawa organik yg tidak larut dlmair tetapi larut dlm pelarut polar ( eter,kloroform,petroleum eter, alkohol panas) • Terdiri dr rantai panjang hidrokarbon alipatik atau cincin benzen, non polar dan hidropobik • Penting terdapat dlm membran sel,hormon, vitamin dan sebagai sumber energi • Kelompok: - lemak sederhana : ester alkohol, trigliserida (asam lemak dan alkohol) yi: lemak,lilin/wax - lemak majemuk : as.lemak, alkohol + senyawa lain spt: P, NH4, N2, KH dll. Ex: steroid, fosfolipid,spingolipid, lipoprotein, glikolipid, karotenoid

15. LIPID • berukuranbesarterutamaberupahidrokarbon yang sukarlarutdalam air. • Beberapadiantaranyaterlibatdalampenyimpanandantransporenergi, sementaraadajuga yang menjadikomponenutamamembran, lapisanpelindung, danstruktursellainnya. • Strukturumumlemakadalahgliseridadengansatu, dua, atautigaasamlemakrantaipanjang yang mengalamiesterifikasipadasuatumolekulgliserol. • Padatrigliseridahewan, asamlemaknyajenuh (tanpaikatanrangkap) sehinggarantaimolekulnyaberbentuk linier dandapatdikemasdengankompakmenghasilkanlemakberwujudpadatpadasuhuruang. • Sebaliknya, minyaktumbuhanmengandungasamlemaktakjenuhdengansatuataulebihikatanrangkapsehinggarantaimolekulnyasulituntukdikemasdengankompak, membuatlemak yang dihasilkanberwujudcairpadasuhuruang.

16. Membran plasma dan membran organel subseluler mengandung fosfolipid, berupa gliserol yang teresterifikasi pada dua asam lemak dan satu asam fosfat. Biasanya, fosfat ini juga teresterifikasi pada suatu molekul kecil seperti serin, etanolamin, inositol, atau kolin • Membran juga mengandung sfingolipid, misalnya seramid, yang salah satu asam lemaknya dihubungkan oleh ikatan amida. Pengikatan fosfokolin pada seramid akan menghasilkan sfingomielin.

17. C. PROTEIN • Ciri-ciri: • Tersusun atas C,H,O,dan N • Polimer asam amino ( senyawa organik yg tdr dr satu atau lebih gugus amin (-NH2)dan satuatau lebih gugus karboxil (-COOH) • Tdp 22 jenis asam amino, bebas dlm sitoplasma • Krn mengandung (-NH2)dan (-COOH), maka dapat bersifat asamatau basa ( senyawa amfiterik) • Dapat bersatu menjadi mol. yg lebih besar dg ikatan peptida (dipeptida,tripeptida.... dst menjadi polipeptida yg bergabung menjadi pepton,proteosa dan protein ( polimer asam amino dg BM tinggi • Ex: insulin BM 12000 • tripsin BM 23000 , dst

18. Jenis protein : a. protein sederhana : mengandung asam amino saja ex: ( albumin) b. Protein konjugasi : mengandung asam amino+ senyawa lain. ex: glikoprotein, lipoprotein dll. • Berdasarkan struktur molekul dan susunan rantai polipeptida : a. Protein primer b. Protein sekunder c. Protein tertier d. Protein quartener • Jenis ikatan pd protein (ikatan peptida): - ikatan peptida, - ikatan kovalen, - ikatan ion dan - ikatan hidrogen

19. Manfaat protein: a. Protein struktural: membentuk berbagai struktur sel b. Protein fungsional / enzim : katalis spesifik pada biosintesis dan metabolisme • Enzim Khune(1878): protein khusus yg berperan sbg katalis pada reaksi kimia pada suatu substrat. Ex: biosintesis ( sintesis DNA,RNA, protein, metabolisme KH, lipid dll) • Klasifikasi enzim : • oxireduktase • transferase • hidrolase • lisase • isomerase • ligase/sintetase • dekarboxilase

20. Gugus prostetik dan koenzim • Enzim tertentu seperti :sitokrom (protein konjugasi) punya gugus prostetik berupa kompleks metaloforfirin • Enzim tertentu tdak dapat berfungsi tunggal dan perlu penambahan mol kecil dari zat kimia tertentu= koenzim • Enzim yang bersifat inaktif= apoenzim • Apoenzim + koenzim= Holoenzim • Ex: Hidrogenase + NAD/NADP • (apoenzim) (koenzim) • Ex: koenzim dan kofaktor : NAD/DPN, NADP/TPN, • FAM,FAD, dll • Isoenzim: dari hasil pengamatan thd bbrp enzim yg punya aktifitas dan struktur molekul mirip • Mrp faktor keturunan ( Latner dkk, 1969) • ada 100 isoenzim ( ex. LDH- lactic dehidrogenase)

21. Protein • Secaragarisbesardapatdibedakanduakelompok protein, yaituprotein globulerdanprotein serabut(fibrous protein). • Protein globulerdapatdilipatdengankompakdandidalamlarutanlebihkurangberbentuksepertipartikel-partikelbulat. • Kebanyakanenzimmerupakan protein globuler. • Sementaraitu, protein serabutmempunyainisbahaksial (panjangberbandinglebar) yang sangattinggidanseringkalimerupakan protein struktural yang penting, misalnya fibroin padasuteradan keratin padarambutdanbuludomba. • Ukuran protein berkisardaribeberaparibu Dalton (Da), misalnyahormon insulin yang mempunyaiberatmolekul 5.734 Da, hinggasekitar 5 jutaDasepertipadakompleksenzimpiruvatdehidrogenase.

22. Beberapa protein berikatan dengan materi nonprotein, baik dalam bentuk gugus prostetik yang dapat bekerja sebagai kofaktor enzim maupun dalam asosiasi dengan molekul berukuran besar seperti pada lipoprotein (dengan lemak) atau glikoprotein (dengan karbohidrat). • Protein tersusun dari sejumlah asam amino yang satu sama lain dihubungkan secara kovalen oleh ikatan peptida. • Ikatan ini menghubungkan gugus -karboksil pada suatu asam amino dengan gugus -amino pada asam amino berikutnya sehingga menghasilkan suatu rantai molekul polipeptida linier yang mempunyai ujung N dan ujung C. • Tiap polipeptida biasanya terdiri atas 100 hingga 1.500 asam amino. Struktur molekul protein seperti ini dinamakan struktur primer. • Polaritas yang tinggi pada gugus C=O dan N-H di dalam tiap ikatan peptida, selain menjadikan ikatan tersebut sangat kuat, juga memungkinkan terbentuknya sejumlah ikatan hidrogen di antara asam-asam amino pada jarak tertentu.

23. Dengan demikian, rantai polipeptida dapat mengalami pelipatan menjadi suatu struktur yang dipersatukan oleh ikatan-ikatan hidrogen tersebut. Struktur semacam ini merupakan struktur sekunder molekul protein. • Struktur sekunder yang paling dikenal adalah -heliks. • Rantai polipeptida membentuk heliks (spiral) putar kanan dengan 3,6 asam amino per putaran sebagai akibat terjadinya ikatan hidrogen antara gugus N-H pada suatu residu asam amino (n) dan gugus C=O pada asam amino yang berjarak tiga residu dengannya (n+3). • Struktur -heliks banyak dijumpai terutama pada protein-protein globuler. • Di samping -heliks, terdapat juga struktur sekunder yang dinamakan lembaran (-sheet). • Struktur ini terbentuk karena gugus N-H dan C=O pada suatu rantai polipeptida dihubungkan oleh ikatan hidrogen dengan gugus-gugus yang komplementer pada rantai polipeptida lainnya.

24. Jadi, gugus N-H berikatan dengan C=O dan gugus C=O berikatan dengan N-H sehingga kedua rantai polipeptida tersebut membentuk struktur seperti lembaran dengan rantai samping (R) mengarah ke atas dan ke bawah lembaran. • Jika kedua rantai polipeptida mempunyai arah yang sama, misalnya dari ujung N ke ujung C, maka lembarannya dikatakan bersifat paralel. • Sebaliknya, jika kedua rantai polipeptida mempunyai arah berlawanan, maka lembarannya dikatakan bersifat antiparalel. • Lembaran merupakan struktur yang sangat kuat dan banyak dijumpai pada protein-protein struktural, misalnya fibroin sutera. • Kolagen, suatu protein penyusun jaringan ikat, mempunyai struktur sekunder yang tidak lazim, yaitu heliks rangkap tiga. Tiga rantai polipeptida saling berpilin sehingga membuat molekul tersebut sangat kuat.

25. Penampang rantai polipeptida, yang menunjukkan bahwa struktur -heliks terbentuk karena gugus C=O pada asam amino ke-n berikatan dengan gugus N-H pada asam amino ke-(n+3). Beberapa bagian struktur sekunder dapat mengalami pelipatan sehingga terbentuk struktur tiga dimensi yang merupakan struktur tersier molekul protein. Sifat yang menentukan struktur tersier suatu molekul protein telah ada di dalam struktur primernya.

26. Begitu diperoleh kondisi yang sesuai, kebanyakan polipeptida akan segera melipat menjadi struktur tersier yang tepat karena biasanya struktur tersier ini merupakan konformasi dengan energi yang paling rendah. • Akan tetapi, secara in vivo pelipatan yang tepat seringkali dibantu oleh protein-protein tertentu yang disebut kaperon. • Ketika pelipatan terjadi, asam-asam amino dengan rantai samping hidrofilik akan berada di bagian luar struktur dan asam-asam amino dengan rantai samping hidrofobik berada di dalam struktur. • Hal ini menjadikan struktur tersier sangat stabil. • Di antara sejumlah rantai samping asam-asam amino dapat terjadi berbagai macam interaksi nonkovalen seperti gaya van der Waals, ikatan hidrogen, jembatan garam elektrostatik antara gugus-gugus yang muatannya berlawanan, dan interaksi hidrofobik antara rantai samping nonpolar pada asam amino alifatik dan asam amino aromatik. • Selain itu, ikatan disulfida (jembatan belerang) kovalen dapat terjadi antara dua residu sistein yang di dalam struktur primernya terpisah jauh satu sama lain.

27. Banyak molekul protein yang tersusun dari dua rantai polipeptida (subunit) atau lebih. • Subunit-subunit ini dapat sama atau berbeda. • Sebagai contoh, molekul hemoglobin mempunyai dua rantai -globin dan dua rantai -globin. • Interaksi nonkovalen dan ikatan disulfida seperti yang dijumpai pada struktur tersier terjadi pula di antara subunit-subunit tersebut, menghasilkan struktur yang dinamakan struktur kuaterner molekul protein. • Dengan struktur kuaterner dimungkinkan terbentuknya molekul protein yang sangat besar ukurannya. • Selain itu, fungsionalitas yang lebih besar juga dapat diperoleh karena adanya penggabungan sejumlah aktivitas yang berbeda. • Modifikasi interaksi di antara subunit-subunit oleh pengikatan molekul-molekul kecil dapat mengarah kepada efek alosterik seperti yang terlihat pada regulasi enzim.

28. Di dalam suatu rantai polipeptida dapat dijumpai adanya unit-unit struktural dan fungsional yang semi-independen. • Unit-unit ini dikenal sebagai domain. • Apabila dipisahkan dari rantai polipeptida, misalnya melalui proteolisis yang terbatas, domain dapat bertindak sebagai protein globuler tersendiri. • Sejumlah protein baru diduga telah berkembang melalui kombinasi baru di antara domain-domain. • Sementara itu, pengelompokan elemen-elemen struktural sekunder yang sering dijumpai pada protein globuler dikenal sebagai motif (struktur supersekunder). • Contoh yang umum dijumpai adalah motif , yang terdiri atas dua struktur sekunder berupa lembaran  yang dihubungkan oleh sebuah -heliks. • Selain domain dan motif, ada pula famili protein, yang dihasilkan dari duplikasi dan evolusi gen seasal. • Sebagai contoh, mioglobin, rantai - dan -globin pada hemoglobin orang dewasa, serta rantai -, -, dan -globin pada hemoglobin janin merupakan polipeptida-polipeptida yang berkerabat di dalam famili globin.

29. Telah dijelaskan bahwa protein merupakan polimer sejumlah asam amino. • Kecuali prolin, dari 20 macam asam amino yang menyusun protein terdapat struktur molekul umum berupa sebuah atom karbon (-karbon) yang keempat tangannya masing-masing berikatan dengan gugus karboksil (COO-), gugus amino (NH3+), proton (H), dan rantai samping (R). • Selain pada glisin, atom -karbon bersifat khiral (asimetrik) karena keempat tangannya mengikat gugus yang berbeda-beda. • Pada glisin gugus R-nya berupa proton sehingga dua tangan pada atom -karbon mengikat gugus yang sama. • Perbedaan antara asam amino yang satu dan lainnya ditentukan oleh gugus R-nya. • Gugus R ini dapat bermuatan positif, negatif, atau netral sehingga asam amino yang membawanya dapat bersifat asam, basa, atau netral. Pengelompokan asam amino atas dasar muatan dan struktur gugus R-nya dapat dilihat pada Tabel

32. VITAMIN • Mrp senyawa organik yg dibutuhkan dlm jml sedikit untuk pertumbuhan normal: fungsi dan reproduksi sel • Berperan penting pada : metabolisme sel (sebagai enzim/katalisator aktivitas kimia sel) • Vitamin (vital-amin), tidak disintesa dari makanan standar, sehingga harus diberikan dg makanan tertentu • Defisiensi vitamin akan menyebabkan kegagalan metabolisme dan timbul berbagai penyakit • Vitamin larut lemak : A,D,E dan K • Vitamin larut air : B1, B2, Niasin , B6, asam pantotenat, Biotin (H), asam polat, B12, protogen, C dan P