Biosintesis

Komposisi Molekuler Sel dan Biositesanya


Senyawa-senyawa utama yang menyusun struktur tumbuhan, karakteristik setiap senyawa dan proses pembentukannya.
Senyawa-senyawa organik
Senyawa-senyawa organik merupakan struktur penting untuk membangun kerangka atom-atom karbon. Pada umumnya mereka digolongkan berdasarkan jumlah karbonnya. Atom-atom karbon ini dapat bergabung dengan satu, dua atau tiga ikatan kovalen, yang masing-masing disebut ikatan tunggal, ganda dan triple.



Senyawa-senyawa organik jenuh memiliki jumlah atom hidrogen yang paling banyak karena antar atom C-nya hanya mempunyai satu ikatan saja.
Senyawa-senyawa tidak jenuh mengandung satu atau lebih ikatan ganda atau triple. Senyawa tidak jenuh merupakan bentuk senyawa teroksidasi sedangkan senyawa jenuh dalam bentuk tereduksi. Sifat khusus dari molekul-molekul organik tergantung pada ukuran, jumlah dan atom tipe atom yang menggantikan atau gugusan yang dibawanya serta tingkat ketidakjenuhannya. Yang dinamakan molekul organik kecil dalam sel adalah senyawa karbon dengan berat molekul berkisar antara 100-1000, mengandung kurang lebih dari 30 atom karbon (albert et al., 1989). Molekul-molekul ini terdapat bebas dalam sitoplasma dimana mereka membuat suatu ”pool” intermediate untuk membentuk molekul makro. Mereka juga merupakan intermediate paling dalam reaksi-reaksi kimia yang mengubah energi radiasi menjadi energi kimia.
Molekul-molekul organik yang terdapat dalam sel pada umumnya terdiri dari gula. Asam-asam lemak, asam-asam amino dan nukleotida. Dari molekul-molekul organik sederhana ini kemudian dibentuk molekul-molekul makro seperti protein, karbohidrat, lemak, asam nukleat dan lain-lain. Protein (polimer) terdiri dari banyak molekul asam amino (monomer), sedangkan nukleotida membentuk asam nukleat yang menyusun DNA dan RNA. Karbohidrat dapat berupa monomer (monosakarida) da polimer (polisakarida). Unit-unit monomer dimetabolismekan dan diangkat kedaerah-daerah dimana mereka diubah menjadi polimer Struktural (selulosa dan protein) atau polimer cadangan (pati) atau menjadi enjim (protein) atau menyusun membentuk sel. Selanjutnya kumpulan sel-sel ini berubah menjadi jaringan, sistem organ dan akhirya menjadi tumbuhan multi seluler yang lengkap.
Lipid, lignin dan porfirin termasuk molekul makro yang terdiri atas unit-unit yang lebih kecil dan sederhana tetapi tidak mempunyai hubungan monomer-polimer seperti pada protein, karbohidrat dan asam nukleat.
 Protein
Protein merupakan molekul makro yang paling banyak terdapat dalam sel. Senyawa-senyawa ini menyusun lebih dari separuh bobot kering tumbuhan. Protein terdiri dari monomer asam amino. Dalam 1 molekul protein ada 100 sampai 1000 molekul asam amino dengan bobot molekul berkisar dari bebrapa ribu sampai beberapa juta.
Protein sederhana hanya mengandung asam amino saja. Sedangkan protein konjugasi disamping mempunyai asam amino juga mengandung komponen-komponen lainnya, seperti ion logam atau gugus protestik anorganik. Ada 2 macam protein, yaitu protein globular dan protein serabut.
Sel mengandung beratus-ratus bahkan beribu-ribu protein yang berbeda, masing-masing dengan peranan dan aktifitas serologiknya yang khusus. Protein biasanya terdiri dari 20 macam asam amino yang urutannya berbeda-beda. Asam-asam amino ini disatukan oleh ikatan peptida. Dua molekul asam amino yang disatukan membentuk dipeptida dan mengeluarkan satu molekul air sedangkan gabungan dari tiga molekul asam amino menghasilkan tripeptida dan 2 molekul air. Untuk sejumlah asam amino yang disatukan oleh ikatan peptida disebut polipeptida.
Struktur dari 20 macam asam amino yang umum dijumpai dalam protein. Terbagi dalam 4 kelompok, yaitu (1) asam –asam amino yang mempunyai gugus R nonpolar, (2) asam-asam amino yang polar tetapi tidak bermuatan, (3) asam-asam amino dengan gugus R bermuatan negatif dan (4) gugus R bermuatan positif.
Oleh karena sifat-sifat kimia tersebut diatas, protein dalam sisten yang hidup dapat bertindak sebagai penyangga (buffer). Bergantung pada pH larutannya, gugus fungsional alfa amino dan alfa karboksil dari suatu asam amino dapat berada dalam salah satu bentu berikut:





Ion Zwitter adalah basam amino yang memiliki satu gugus amino dan satu gugus karboksil yng mengkristal dari larutan air yang netral. Dalam bentuk ini asam amino bersifat dipolar dan amphoterik yang berarti dapat berfungsi sebagai suatu asam atau basa. Keadaan pH dimana ion zwitter ini terbentuk disebut sebagai titik isoelektik. Dalam bentuk ini asam amino bermuata nol (netral) dan tidak bermigrasi apabila dielektroforesis..
Dalam tumbuhan protein dijumpai dalam jumlah yang agak besar terutama dalam organ-organ penyimpan seperti endospern atau kotiledon. Protein yang sederhana seperti albumin (ß-amilase), globulin (œ-amilase), glutelin (glutelin dari gandum dan oryzenin dari padi) dan prolamin (gliadin dari gandum dan zein dari jagung). Selama proses perkecambahan protein ini dihidrolisi oleh enzim menjadi peptida-peptida kecil dan asam-asam amino yang menjadi sumber nutrisi sel-sel embrionik pada awal pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.
Protein sebagi unit struktural perlindungan tumbuhan dijumpai pada kutikula dan beberapa serat. Protein lainnya seperti glikoprotein (protein + karbohidrat) dan glikolipid (protein + lipid) dijumpai pada permukaan membran, dimana mereka merupakan bagian dari organisasi dan fungsi membran. Nukleoprotein (asam nukleat + protein) yang terdapat dalam nukleus, merupakan komponen penting dalam pasokan informasi selam pepmbelahan imti dan sintesis protein dan yang paling penting dari protein adalah sebagai enzim yang bertindang sebagai katalisator dalam proses-proses metabolisme.

 Elektroforosis
Tehnik elektroforosis dibuat untuk memisahkan protein. Teknik ini bekerja berdasarkan sifat protein yang bermuatan dan akan bermigrasi pada kecepatan yang berbeda-beda dalam medan listrik. Disamping itu besar ukuran molekul dan bentuk molekul juga mempengaruhi pergerakkannya. Sebagai medium untuk medan listrik digunakan larutan buffer pada pH tertentu atau suatu medium agak padat yang terbuat dari gel, agarosa, pati, atau poliakrilamid. Bentuk medium padat ini dapat berupa kolom atau lempengan yang direndam dalam larutan buffer. Untuk membuat medan listrik, pada sisi gel diseimbangkan dengan elektroda sehingga aliran listrik akan mengalir dari elektroda negatif (katoda) pada satu isi gel, melintasi gel di sisi gel lainnya dimana terdapat elektroda positif (anoda). Molekul-molekul protein akan bermigrasi dalam medan listrik ini, jauh pergerakkannya ditentukan oleh muatan neto dan ukurannya. Posisinya dalam gel dapat dideteksi dengan mengingkubasikan dalam larutan warna sehingga terbentuk pita-pita protein.

 Asam Nukleat
Apabila protein merupakan polimer dari asam amino maka asam nukleat merupakan polimer nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari sebuah basa nitrogen, gula dan asam posfat. Kombinasi gula-basa tanpa asam posfat disebut nukleosida. Komponen gulanya terdiri dari 2 jenis yaitu ribosa dan reoksibirosa (kurang 1 oksigen.
Nukleotida yang menggunakan 2 ribosa disebut ribonukleotida dan yang mengandung gula deoksiribosa disebut deoksiribonukleotida. Jadi asam ribonukleat (RNA) adalah polimer ribonukleotida dan asam deoksiribonukleat (DNA) adalah polimer deoksiribonukleatida. Keduanya merupakan molekul makro dengan berat molekul yang besar. Berat molekul RNA berkisar antara 25 ribu sampai 2 juta sedangkan DNA dapat mencapai berat molekul sampai 2 miliar.
Adenin dan guanin adalah dua purin yang umum dijumpai saebagai penyusuna RNA dan DNA edangkan dari pirimidin adalah timin, sitosin dan urasil.

 Asam Deoksiribonukleat (DNA)
Gambaran struktur kimia purin dan pirimidin yang diketemukan oleh Watson dan Cirk pada tahun 1963 menyatakan bahwa molekul DNA mempunyai struktur rantai ganda yang dipaut satu sama lain oleh ikatan hidrogen antara gugus amino dan karbonil (C=O) dari basa-basa yang berhadapan sehingga membentuk persamaan purin dan pirimidin. Adenin selalu terikat pada timin dan sitosin pada guanin. Pasangan basa ini disebut komplementer. Antara basa-basa komplementer inin saling berpasangan karena ukuran dan struktur molekuler mereka pas satu sama lain.
Proses replikasi DNA adalah sebagai berikut: pertama ikatan ganda molekul DNA lepas, masing-masing rantai terpisah. Antara gugus basa sehingga menghasilkan 2 rantai tunggal DNA. Pada saat ini apabila nukleotida komplementernya mengandung deoksiribosa dan datang dari cadangan (pool) nukleotida sel bergabung dengan 1 rantai DNA yang terbuka maka akan terbentuk sepasang basa, hasilnya molekul DNA rantai ganda baru. Tetapi apabila basa-basa nukleotida ribosa yang menjadi komplementernya maka akan terbentuk molekul RNA yang urutan nukleotidanya merupakan komplementer dari DNA yang menjadi cetakannya. RNA yang terbentuk disebut RNA messenger. (mRNA) dan prosesnya disebut transkripsi. Setelah sintesis molekul mRNA dapat meninggalkab nukleus melaui pori membran dan bergabung dengan ribosom dalam sitoplasma.

 Asam Ribonukleat (RNA)
Molekul RNA juga mempunyai struktur heliks tunggal, terdiri dari sejumlah nukleotida yang susunan basanya sama dengan DNA. Hanya dalam molekul RNA timin digantikan dengan urasil. Jadi apabila dalam DNA, adenin berpasangan dengan timin, dalam RNA adenin berpasangan dengan urasil. Dikenal tiga tipe RNA dengan ukuran dan fungsi yang berbeda. RNA yang besar terdapat dalam ribosom (rRNA). RNA messenger (mRNA) jauh lebih kecil tetapi besarnya masih dapat diukur, dalam mikrograp elektron mRNA diidentifikasikan sebagai molekul berbentuk serat yang panjang dengan banyak ribosom yamg melekat padanya. Struktur komplek ini disebut poliribosom.
Tipe ketiga adalah RNA transfer (tRNA) merupakan molekul RNA paling kecil, berisi 70 sampai 80 nukleotida. Semua bentuk RNA tersebut berperan dalam sintesis protein.