PERANAN KIMIA SEL MIKROORGANISME

PERANAN KIMIA SEL MIKROORGANISME

Sel hidup sangat tergantung pada berbagai interaksi kimia yang dilakukan  oleh komponen kimia sel. Interaksi tersebut sangat terkoordinasi dengan baik oleh intruksi gen dan lingkungan sel.

Hasil interaksi komponen kimia sel tersebut  dapat menjawab berbagai pertanyaan seputar sel seperti berikut ini. Bagaimana energi hasil interaksi komponen kimia sel, dapat dihasilkan sehingga aktivitas sel berlangsung ? Bagaimana interaksi komponen kimia sel memiliki kemampuan mengubah nutrisi menjadi substansi struktural yang diperlukan untuk kelangsungan hidup sel? Bagaimana interaksi komponen kimia sel dapat membentuk suatu struktur yang berfungsi sebagai alat komunikasi sehingga memperlihatkan fungsi organisme secara utuh?

Untuk menjawab pertanyaan- pertanyaan tersebut perlu diketahui macam dan sifat komponen kimia sel. Empat unsur komponen kimia yang paling banyak terdapat dalam sel adalah hidrogen, oksigen, karbon, dan nitrogen. Keempat unsur ini menyusun sampai 99% masa dalam sel. Karbon menyusun 50-60%, nitrogen 8-10%, oksigen 25- 30% dan hidrogen 3-4%, sedangkan unsur Ca, P, K, S,Na, Cl dan Mg yang terdapat dalam sel sebesar 4%. Dari susunan tersebut tampak bahwa sel mengandung komponen organik dan anorganik. Sekitar 7 persen dari berat hidup materi  adalah terdiri  dari ion anorganik dan molekul kecil seperti asam amino (membangun blok protein), nukleotida (Blok bangunan DNA dan RNA), asam lemak (yang blok bangunan biomembranes), dan gula sederhana (bangunan blok dari pati dan selulosa).

(1) Air merupakan salah satu komponen kimia yang terdapat dalam  sel, sebesar 70% dari masa sel. Air memiliki kemampuan yang kuat dalam menarik molekul lain dan hal ini merupakan refleksi sifat dipolar molekul air( anda tentunya telah mempelajari sifat air dalam MK Biokimia). Molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul polar lainnya, dan sebagai hasilnya adalah interaksi ion dan molekul polar dapat larut dalam air Ihidrofilik). Dengan dimilkinya sifat ini maka air merupakan medium ataupun pelarut dari senyawa kimia dan ion.

(2) Elektrolit, elektrolit terpenting dalam sel adalah kalium (K+), magnesium (Mg2+), fosfat (HPO42+), bikarbonat (HCO3), sodium (Na+), klorida (Cl) dan kalsium (Ca2+). Elektrolit menyediakan bahan anorganik untuk reaksi seluler dan terlibat dalam metabolisme sel serta untuk terbentuknya bahan organik dalam sel.

(3) Karbohidrat, tersusun atas atom C,H, dan O. Bentuk molekul  karbohidrat paling sederhana terdiri dari satu molekul gula sederhana. Monosakarida merupakan molekul karbohidrat yang tidak dapat dipecah menjadi bentuk yang lebih sederhana lagi. monosakarida merupakan gula sederhana yang terdiri atas aldehid atau keton yang berikatan dengan dua atau lebih gugus hidroksil. Glukosa, fruktosa dan galaktosa merupakan beberapa jenis karbohidrat yang termasuk ke dalam kelompok monosakarida. C6H12O6 merupakan monosakarida yang sangat spesial bagi sel, karena merupakan sumber energi bagi sel.

Glukosa merupakan penyedia energi dalam sel. Glukosa dalam sel diubah menjadi ATP melalui glikolisis, siklus asam sitrat dan fosforilisasi elektron yang terjadi pada sitosol dan mitokondria.

Oligosakarida merupakan gabungan dari molekul-molekul monosakarida yang digabungkan oleh ikatan kovalen. Sebagian besar oligosakarida dihasilkan dari proses hidrolisa polisakarida. Oligosakarida dapat berikatan dengan protein dan berfungsi dalam pelipatan protein selain itu berfungsi sebagai penanda untuk macam protein struktural membran sel ataupun membran organel.

Polisakarida yaitu berupa glikogen dan pati berperan sebagai sumber energi cadangan bagi sel tanaman dan hewan. Pati pada tanaman disimpan dalam kloroplas, sedang pada sel hewan banyak ditemukan pada sel hati dan otot. Tersusun dari molekul-molekul glukosa dalam bentuk konfigurasi α.

Selulosa merupakan komponen yang menyusun permukaan luar membran sel tanaman, selain itu pada sel hewan berikatan dengan protein dalam bentuk glikoprotein, dengan lipid berbentuk glikolipid merupakan struktur penting dari membran sel.

4) Lipida, molekul ini tersusun atas sejumlah besar atom karbon, hidrogen, serta oksigen, dan ada pula yang ditambah Nitrogen dan Posfor. Senyawa ini bersifat hidrofobik yaitu tidak larut dalam air, misalnya adalah molekul triasilgliserol yang terdapat dalam sel lemak dalam bentuk droplet, dan umumnya dipergunakan sebagai sumber energi. Molekul lemak lain yang juga sangat penting adalah lemak yang menyusun membran sel, memilki bagian kepala yang bersifat hidrofilik (menyukai air) dan bagian ekor yang berupa hidrokarbon dengan panjang rantai atom C berkisar 14-24, bersifat hidrofobik (tidak suka air), karena memiliki dua sifat beda maka lipida disebut bersifat amfipatik.

Gambar 1 : Phosphogliserida merupakan lemak yang bersifata mf ip at i k, memiliki bagian ekor yang bersifat hidrofobik dan kepala hidrofilik. Gliserol dihubungkan melalui gugus fosfat untuk alcohol (dikutip dari Lodish et al.,2000)

Asam lemak merupakan rangkaian atom karbon dengan ikatan rangkap atau tidak rangkap dengan gugus karbon pada ujungnya. Makin banyak ikatan rangkap, maka makin cair lemak tersebut di dalam suhu kamar.

Asam lemak disimpan dalam sitoplasma jaringan adiposa hewan dan jaringan hati dalam bentuk trigliserida, dan merupakan sumber utama dari energi. Selain itu berfungsi pula sebagai molekul yang terlibat dalam pengaturan mobilisasi kalsium, pertumbuhan sel dan apoptosis. Glycerophospholipids merupakan molekul amphipathic (mengandung kedua wilayah hidrofobik dan hidrofilik) komponen struktural utama dari selaput biologis, seperti membran plasma sel dan membran intraseluler organel. Dalam beberapa tahun terakhir, bukti telah muncul yang menunjukkan bahwa lipid signaling adalah bagian penting dari sel sinyal. Pada daun hijau tumbuhan, asam lemak diproduksi di kloroplas dan di sitoplasma.

(5) Protein, merupakan komponen kimia sel yang berbentuk polimer. Molekul ini adalah makro molekul yang dibangun oleh asam amino sebagaimonomernya. Tersusun dari unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H) oksigen (O) dan nitrogen (N), dan unsur sulfur (S), dan posfor (P). Terdapa20 macam asam amino yang membentuk berbagai macam protein, dan menentukan besar atau berat molekul (BM) protein. Sel pada umumnya mengandung lebih dari 60 jenis asam amino, namun hanya 20 jenis asam amino saja yang digunakan dalam sintesis protein. Asam amino tersebut adalah glisin, alanin, serin, sistein, valin, leusin, isoleusin, lisin, fenilalamin, arginin, histidin, treonin, metionin, tirosin, triptofan, prolin, asparagin, asam aspartat, glutamin, dan asam glutamat.

Gambar 2 : 20 jenis asam amino yang digunakan dalam sintesis protein (dikutip dari Lodish et al.,2000)

Berdasarkan sifat hidrofobik maupun hidrofilik, 20 jenis asam amino  tersebut terbagi atas beberapa asam amino yaitu 9 asam amino bersifat  hidrofobik-non polar, 6 asam amino bersifat hidrofilik-polar, 2 asam amino bersifat asam-hidrofilik-polar dan 3 asam amino bersifat basa-hidrofilik-polar. Asam amino yang bersifat hidrofobik terdapat pada membran sel bagian dalam, sedangkan asam amino hidrofilik terdapat pada permukaan sel. Hal ini dimaksudkan untuk digunakan untuk membangun membran yang mengelilingi sel dan organel internal Protein dalam sel antara lain berfungsi dalam 1) pembentukan jaringan  ikat, silia, flagella, 2) proses fisiologi dalam sel misalnya dalam proses fotosintesis, fiksasi oksigen, 3) mempertahankan bentuk sel dan organel karena protein membentuk kerangka sel, 4) gerakan dan kontraksi sel karena terdapat protein aktin dan miosin dalam sel otot 5) kontrol dan koordinasi fungsi sel karena protein berperan membawa (carrier) ion keluar masuk sel melalui membran, maupun 6) sebagai reseptor yang mengenali signal tertentu untuk komunikasi dengan sel lain dan 7) berperan sebagai enzim yang mengkatalisis reaksi kimia dalam sel. Fungsi-fungsi tersebut sangat terkait dengan kemampuan membentuk ikatan antara asam amino serta dengan senyawa lain. Ikatan tersebut adalah Ikatan disulfida, ikatan hidrogen, ikatan ion, Ikatan Van der Waals, dan ikatan hidrofobik. 6) Asam nukleat, merupakan molekul dalam inti sel yang terdiri atas dua macam yaitu RNA (Ribonucleic acid) dan DNA (Dexyribonucleic acid), yang tersusun dari monomer nukleotida. Satu molekul nukleotida tersusun dari gugus fosfat, sebuah basa nitrogen dan gula pentosa. Beberapa nukleotida yang mempunyai fungsi penting dalam sel misalnya Adenosin 5’ monofosfat (AMP),

Adenosin 5’ –difosfat (ADP) dan Adenosin 5’-trifosfat (ATP) yang berperan penting dalam transfer gugus fosfat untuk menerima dan mengantar energi. Basa nitrogen memiliki dua kelompok yaitu purin dan pirimidin. Basa purin utama asam nukleat adalah adenin dan guanin, sedangkan pirimidin pada DNA adalah sitosin dan timin, sedangkan RNA adalah sitosin dan urasil. RNA berfungsi dalam sintesis protein sedangkan DNA penting dalam pewarisan sifat, mengatur kerja sel, penyimpanan dan transmisi/komunikasi.

TUGAS INDIVIDU MIKROBIOLOGI DASAR

PERANAN KIMIA SEL MIKROORGANISME

OLEH:

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS RIAU

2011