Pengantar Biokimia

Pengantar Biokimia

• Biokimia didefinisikan sebagai studi tentang dasar-dasar kimia kehidupan.
• Biokimia mencakup unsur-unsur kimiawi yang membentuk sel hidup, serta reaksi dan proses yang dialami unsur-unsur tersebut.
• Biokimia menerapkan prinsip dan metode kimia pada bidang biologi dan fisiologi.
• Dasar Biokimia digunakan untuk memahami fenomena dalam biologi, pertanian, dan kedokteran.

Cabang Biokimia

• Biokimia mencoba menjelaskan struktur, organisasi, dan fungsi materi hidup dalam istilah molekuler.
• Biokimia dibagi menjadi 3 bagian prinsip, yaitu: kimia struktural, metabolisme, dan kimia genetika molekuler.

Aplikasi Pengetahuan Biokimia

• Aplikasi asam nukleat sebagai sumber genetik termasuk rekayasa genetika dan kloning.
• Rekayasa genetika, atau bioteknologi, menggabungkan prinsip-prinsip biologi dengan ilmu pengetahuan alam dan rekayasa.
• Tujuan bioteknologi yaitu meningkatkan kualitas organisme hidup, sel, bagian organisme, dan biomolekul untuk produksi barang dan jasa.

Kloning

• Kloning merupakan teknologi untuk menghasilkan replika hewan/tanaman dengan materi genetik yang identik tanpa modifikasi yang disengaja.
• Kloning pada hewan yaitu meningkatkan kualitas ternak, telur, susu, dan daging.
• Kloning tanaman merupakan upaya modifikasi genetik tanaman untuk meningkatkan rasa dan hasil panen.

Perbedaan Makhluk Hidup dan Mati

• Organ-organ dalam tubuh makhluk hidup sangat kompleks dan teratur.
• Setiap bagian dari organisme hidup memiliki fungsi yang sangat spesifik.
• Makhluk hidup mengekstrak energi dari lingkungannya.
• Makhluk hidup mereproduksi diri dari generasi ke generasi.
• Makhluk hidup menunjukkan sifat-sifat umum kehidupan.

Biomolekul

• Biomolekul merupakan molekul yang ditemukan pada makhluk hidup.
• Ada 2 jenis biomolekul, yaitu molekul kecil dan makromolekul.
• Makromolekul merupakan struktur penting fundamental kehidupan.
• Biomolekul mengontrol dan mengatur proses kehidupan.
• Biomolekul bertanggung jawab atas metabolisme, iritabilitas, dan pertukaran energi.

Komposisi Kimia Materi Hidup

• Air merupakan 70-90% (air terikat dan air bebas)
• Zat padat merupakan 10-30%
• Zat anorganik berjumlah 1% (Na, K, Ca, Mg, NH4, Cl-, SO4, PO4-3, CO3-2, dll.)
• Jejak Fe, I₂, Cu, Mn, Co, dan Zn hadir dalam kombinasi dengan radikal organik.

Lingkungan Berair Bagi Organisme Hidup

• Air merupakan zat paling melimpah dalam sel, berfungsi sebagai ruang filter.
• Makhluk hidup membutuhkan air dan hujan dari Tuhan untuk kelangsungan hidup.
• Air memiliki momen dipol yang kuat, menghasilkan konstanta dielektrik yang tinggi.
• Air penting bagi struktur dan fungsi biomolekul.
• Air terionisasi menjadi ion H dan OH, mempengaruhi struktur seluler termasuk karbohidrat, protein, dan asam nukleat.

Geometri Air

• Geometri molekul air berbentuk tetrahedral dengan sp3 dan atom pusat oksigen (O).
• Struktur tetrahedral menggambarkan orbital SP3 dengan dua atom hidrogen dan dua pasangan elektron bebas, oksigen sebagai atom pusat.
• Sudut ikatan air (H-O-H) adalah 104,5°.

Sifat Air yang Penting dalam Biologi

• Air merupakan pelarut universal untuk senyawa polar (garam), tetapi tidak untuk senyawa non-polar.
• Air merupakan agen biologis yang ideal untuk ionisasi dan mempercepat reaksi kimia.
• Kalor penguapan air tinggi (9700 kal/mol), berfungsi sebagai pendingin yang baik (keringat).
• Kalor spesifik air kecil (1 kal/der.g), merupakan penahan panas yang baik, namun suhu dapat berubah dengan cepat.
• Titik didih air sangat tinggi (100°C), menjaga air tetap cair pada suhu fisiologis.
• Air merupakan medium untuk proses biologi.

Air Sebagai Agen Biologis Ideal

• Air memiliki momen dipol dan bersifat polar.
• Biomolekul organik yang membentuk ikatan hidrogen larut dalam air.
• Ikatan hidrogen menentukan viskositas, tegangan permukaan, keadaan cair pada suhu kamar, dan tenaga pelarut air.
• Senyawa yang mengandung O, N, dan S berfungsi sebagai donor dan akseptor ikatan hidrogen.

Sistem Aqueous

• Ikatan hidrogen menyebabkan perubahan fase air (gas, cair, padat).
• Air berbentuk gas di atas titik didih (100°C).
• Air berbentuk cair pada suhu kamar.
• Air berbentuk kristal padat (es) di bawah titik beku (0°C).
• Biomolekul polar larut dalam air.
• Biomolekul nonpolar sulit larut dalam air.
• Biomolekul hidrofobik memiliki karakter "takut air" dan tidak suka air.

Pembentukan Ikatan Hidrogen

• Atom oksigen (O) lebih elektronegatif daripada atom hidrogen (H); oksigen menarik elektron lebih kuat daripada hidrogen.
• Akibatnya, atom hidrogen bermuatan parsial positif dan atom oksigen bermuatan parsial negatif.
• Tarikan elektrostatik terjadi antara atom oksigen pada satu molekul air dan atom hidrogen pada molekul air lainnya, membentuk ikatan hidrogen.

Larutan

• Larutan merupakan campuran homogen yang terdiri dari pelarut dan zat terlarut.
• Contoh: larutan gula pasir atau larutan garam dapur, dengan gula pasir/garam dapur sebagai zat terlarut dan air sebagai pelarut.
• Larutan homogen yaitu campuran yang bercampur sempurna antara zat terlarut dan pelarut.
• Campuran heterogen merupakan campuran yang tidak bercampur sempurna.

Konstanta Kesetimbangan Air (Kw), Asam (Ka), dan Basa Lemah (Kb)

• Konstanta hasilkali ion air (Kw) adalah hasilkali antara konsentrasi molar ion H+ dan OH pada suhu tertentu.
• Pada suhu 25°C, Kw = [H+][OH-] = 1,0 x 10-14.
• Netral: [H+] = [OH-]
• Asam: [H+] > [OH-]
• Basa: [H+] < [OH-]

Asam Lemah dan Konstanta Ionisasi Asam

• Persamaan reaksi asam lemah (HA) dalam air: HA (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + A- (aq)
• Konstanta ionisasi asam didefinisikan sebagai Kₐ = [H+][A-]/[HA].

Basa Lemah dan Konstanta Ionisasi Basa

• Reaksi basa lemah (NH3) dalam air: NH3 (aq) + H2O (l) ⇌ NH4+ (aq) + OH- (aq)
• Konstanta ionisasi basa dapat didefinisikan sebagai Kb = [NH4+][OH-]/[NH3].

pH

• pH merupakan logaritma negatif dari konsentrasi molar ion hidrogen (H+).
• Formula perhitungan yaitu pH = -log (H+).
• Semakin rendah nilai pH, semakin tinggi konsentrasi H+; semakin tinggi nilai pH, semakin rendah konsentrasi H+.
• Asam yaitu donor proton dan basa yaitu akseptor proton.
• Asam kuat terionisasi sempurna dalam air untuk membentuk anion dan kation.
• Basa kuat akan terionisasi sempurna pada pH tinggi.
• Banyak bahan biokimia merupakan asam lemah.

pH Skala

• pH dihitung dengan pH = -log[H+].
• pKw = pH + pOH, dengan pKw = 14.
• Pada suhu 25°C, Kw = [H+][OH-] = 1,0 x 10-14.
• Pada kondisi netral [H+] = [OH−] = 1 x 10-7
• Asam [H+] > [OH−]
• Basa [H+] < [OH−]

Larutan Buffer dan Perubahan pH dalam Sistem Biologis

• Larutan buffer mengandung asam lemah dan basa konjugatnya, atau basa lemah dan asam konjugatnya.
• Larutan buffer mempunyai kemampuan mempertahankan pH.

Larutan Buffer

• Larutan buffer merupakan larutan yang terdiri dari: campuran asam lemah dengan garam asam lemah atau campuran basa lemah dengan garam basa lemah.
• Contohnya campuran asam asetat (CH3COOH) dan garam natrium asetat (CH3COONa) dengan molar yang sama.