Biokimia adalah ilmu yang mempelajari mengenai berbagai molekul di dalam sel hidup dan organisme hidup, termasuk juga reaksi kimia yang terjadi. Secara lebih formal, Murray dkk. (2003) mendefinisikan biokimia sebagai “ilmu pengetahuan yang mempelajari dasar kimia kehidupan”. Dalam hal ini bios berarti kehidupan menurut Bahasa Yunani.
Mengingat sel merupakan unit struktural kehidupan, maka biokimia memiliki definisi fungsional yaitu ilmu pengetahuan yang mempelajari unsur-unsur kimia pembentuk sel hidup dan dengan reaksi serta proses yang dijalaninya. Oleh karena itu cakupan biokimia sangat luas meliputi biologi sel, biologi molekuler serta genetika molekuler.
Unsur-unsur penyusun tubuh
Unsur-unsur utama penyusun tubuh adalah karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) dan nitrogen (N). Selain itu masih terdapat beberapa unsur lain yaitu: kalsium (Ca), fosfor (P), kalium (K), sulfur (S), natrium (Na), klor (Cl), magnesium (Mg), besi (Fe), mangan (Mn) dan iodium (I). Rincian dari unsur-unsur tersebut tercantum pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Perkiraan Komposisi Dasar Tubuh Manusia (Berdasarkan Berat Kering)
| No | Unsur | Persentase | No | Unsur | Persentase |
| 1 2 3 4 5 6 7 | Karbon Oksigen Hidrogen Nitrogen Kalsium Fosfor Kalium | 50 20 10 8,5 4 2,5 1 | 8 9 10 11 12 13 14 | Sulfur Natrium Klor Magnesium Besi Mangan Iodium | 0,8 0,4 0,4 0,1 0,01 0,001 0,00005 |
Biomolekul-biomolekul kompleks utama penyusun tubuh
Unsur-unsur penyusun tubuh sebagaimana disebutkan di atas banyak yang membentuk molekul-molekul besar yang kompleks di dalam tubuh. Di antara biomolekul-biomolekul kompleks tersebut yang merupakan biomolekul kompleks utama adalah DNA, RNA, protein, polisakarida dan lipid. Biomolekul kompleks tersusun atas molekul-molekul sederhana, seperti terinci pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Biomolekul-Biomolekul Utama di dalam Tubuh Manusia
| No | Biomolekul | Molekul Pembangun | Fungsi Utama |
| 1 2 3 4 5 | DNA RNA Protein Polisakarida berupa glikogen Lipid | Deoksiribonukleotida Ribonukleotida Asam amino Glukosa Asam lemak | Materi genetik Sintesis protein Sangat banyak, umumnya menjadi bagian dari sel yang melangsungkan kerja (enzim, unsur kontraktilitas dll.) Simpanan energi jangka pendek Sangat banyak, misalnya simpanan energi jangka panjang, komponen membran sel dll. |
Komponen utama penyusun tubuh
Anda telah memahami mengenai unsur-unsur serta molekul-molekul kompleks utama penyusun tubuh. Selanjutnya komponen-komponen utama penyusun tubuh terdiri atas air, protein, lemak, mineral serta karbohidrat. Rincian komponen tersebut tertera pada Tabel 1.3.
Tabel 1.3 Komposisi Kimiawi Normal (Pria dengan Berat Badan 65 kg)
| No | Komponen | Berat (kg) | Persentase |
| 1 2 3 4 5 | Air Protein Lemak Mineral Karbohidrat | 40 11 9 4 1 | 61,6 17,0 13,8 6,1 1,5 |
Ikatan kimia
Molekul di dalam tubuh baik yang sederhana sampai dengan yang kompleks dapat terbentuk karena adanya ikatan kimia. Ikatan kimia digolongkan menjadi 2 yaitu ikatan kovalen dan ikatan non kovalen. Selanjutnya ikatan non kovalen terdiri atas ikatan ionik, ikatan hidrogen dan ikatan Van Der Waals.
1. Ikatan kovalen
Ikatan kovalen adalah ikatan yang terbentuk oleh valensi dari masing-masing atom. Anda dapat mempelajari lagi tentang valensi dengan membaca buku-buku kimia umum, atau pelajaran kimia di SMA. Contoh dari ikatan kovalen adalah CO2. Dalam hal ini valensi C adalah 4 dan valensi O adalah 2.
Gambar 1.1
Ikatan kovalen antara sebuah atom C yang bervalensi 4 dan dua buah atom O yang masing-masing bervalensi 2 membentuk karbondioksida (CO2)
Tugas:
Carilah valensi dari masing-masing unsur yang terdapat pada Tabel 1.1. dilengkapi dengan mencantum sumber kepustakaan yang digunakan. Kumpulkan kepada Dosen secara langsung atau lebih baik melalui e-mail!
2. Ikatan ionik
Ikatan ionik adalah ikatan antara dua gugus dengan muatan berlawanan. Contohnya adalah ikatan antara substrat dan enzim. Jarak optimal ikatan ini adalah 28 Angstrom.
Gugus bermuatan negatif pada substrat Gugus bermuatan positif pada enzim
Gambar 1.2
Ikatan ionik antara gugus karboksil bermuatan negatif pada substrat dan gugus amina bermuatan positif pada enzim
3. Ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen adalah pengikatan satu atom hidrogen oleh dua atom lain yang berbeda. Ikatan ini dapat dibentuk di antara molekul-molekul tidak bermuatan maupun molekul-molekul bermuatan. Atom yang mengikat hidrogen lebih kuat disebut donor hidrogen sedang lainnya dinamakan akseptor hidrogen.
Gambar 1.3
Ikatan hidrogen antara gugus amida (-NH) dan karbonil (-CO) pada asam-asam amino penyusun protein.
4. Ikatan Van Der Waals
Iakatan Van Der Waals adalah daya tarik non spesifik, yang berperan pada saat dua atom berjarak 3-4 Angstrom.
Air
Air merupakan produk akhir utama dari metabolisme oksidatif makanan. Dalam reaksi-reaksi metabolik, air berfungsi sebagai reaktan tetapi juga sebagai produk. Air juga menjadi pelarut biologis yang ideal. Air sangat mempengaruhi semua interaksi molekuler dalam sistem biologi. Air mempunyai 2 sifat penting secara biologis yaitu sifat polar dan sifat kohesif.
1. Air merupakan molekul polar
Secara tiga dimensi, air merupakan molekul tetrahedron tak beraturan dengan oksigen pada bagian pusatnya. Dua buah ikatan dengan hidrogen diarahkan ke dua sudut tetrahedron, sementara elektron-elektron yang tidak dipakai bersama pada kedua orbital terhibridasi sp3 menempati 2 sudut sisanya. Molekul air membentuk molekul bipolar (dua kutub). Sisi oksigen yang berlawanan dengan dua atom hidrogen cenderung bermuatan negatif karena mengandung lebih banyak elektron. Sedangkan disisi hidrogen cenderung bermuatan negatif.
Gambar 1.1
Molekul air. Sisi oksigen adalah kutub negatif dan sisi hidrogen adalah kutub positif.
2. Air bersifat sangat kohesif
Molekul-molekul air yang berdekatan memiliki afinitas yang tinggi satu sama lainnya. Daerah bermuatan positif dan satu molekul air cenderung akan mengarahkan diri kepada daerah bermuatan negatif pada salah satu molekul didekatnya. Air beku mempunyai struktur kristal yang sangat teratur di mana seluruh ikatan hidrogen potensial memang terbentuk. Air cair mempunyai struktur yang setengah teratur dengan kelompok-kelompok molekul berikatan hidrogen yang secara terus menerus terbentuk dan terpecah.
Gambar 1.2
Afinitas yang tinggi antar molekul air.
Air merupakan pelarut yang sangat baik bagi molekul-molekul polar. Air sangat memperlemah iakatan ionik dan ikatan hidrogen antara molekul-molekul polar dengan cara bersaing daya tarik. Perhatikan contoh pada Gambar 1.3. Atom-atom hidrogen air mengantikan atom hidrogen amida (-NH) sebagai donor ikatan hidrogen, dan atom oksigen air menggantikan atom oksigen karbonil (-CO) sebagai akseptor. Maka ikatan hidrogen yang kuat antara –NH dan –CO terjadi jika tidak ada air.
Gambar 1.3
Air bersaing dalam pembentukan hidrogen, sehingga menjadi pelarut yang baik
