dasar-dasar kimiawi tubuh manusia.ppt

Dasar-dasar Kimiawi Tubuh Manusia

Ika YustisiaBagian Biokimia FK UNHAS

UNHALU – Kendari, 17 Oktober 2011

Tujuan Pembelajaran

Setelah mengikuti dan mempelajari kuliah ini mahasiswa diharapkan mampu:1.Memahami peran Ilmu Biokimia sebagai ilmu dasar yang penting dalam bidang Kedokteran2.Mengetahui komponen penyusun tubuh manusia3.Memahami peran air sebagai pelarut dan konsep pH dalam tubuh manusia4.Mengetahui ikatan-ikatan kimia penting penyusun biomolekul tubuh

Pokok Bahasan

• Ilmu Biokimia dan Kedokteran• Komponen Penyusun Tubuh Manusia

• Air dan pH• Ikatan-ikatan kimia penyusun

biomolekul tubuh

Ilmu Biokimia dan Kedokteran

• Biokimia adalah ilmu yang mempelajari dasar kimia dari kehidupan

• Biokimia Kedokteran (Medical Biochemistry) = “physiological” chemistry, yaitu ilmu kimia yang diperlukan untuk memahami struktur, organisasi dan fungsi dari tubuh manusia dihubungkan dengan penerapannya pada bidang Kedokteran

Some major events in the history of Biochemistry

1828 Wohler synthesized urea from ammonium cyanate in the lab.

1897 Buchner demonstrated fermentation with cell extracts. In vitro (“in glass”) study began.

1926Sumner crystallized urease.

1944 Avery, MacLeod, and McCarty showed DNA to be the agent of genetic transformation.

1953Watson and Crick proposedthe double helix for DNA

1959 Perutz determined 3-D structure of hemoglobin.

1966Genetic codes unveiled.

1937Krebs elucidated thecitric acid cycle.

Being dynamic for only about 100 years.

NH4CNO→ CO(NH2)2

Inorganic → organic

sugar→ ethanol

Ending vitalism,beginning physics and chemistry.

1869Miescher isolated nucleic acids.

1925The glyclolytic pathway revealed

http://scienceworld.wolfram.com/biography/photo-credits.html


Biokimia

Genetika

Fisiologi

Imunologi

Farmakologi

ToksikologiPatologi

Genetika

Biologi Molekuler


• Tujuan utama Biokimia Kedokteran adalah pemahaman yang lengkap pada tingkat molekular dari seluruh proses kimiawi yang berkaitan dengan sel hidup

Three principle areas of Biochemistry

• Structural Chemistry: structure-function relationship for proteins, carbohydrates, DNA/RNA, lipids, etc.;

• Metabolism: totality of chemical reactions that occur in living organism, concerning catabolism & anabolism of building blocks, as well as management of cellular Energy;

• Storage, transmission, and expression of genetic information: DNA replication and protein synthesis.

Komponen Penyusun Tubuh Manusia

Komponen Penyusun Tubuh ManusiaSel Eukariotik

Komponen Penyusun Tubuh ManusiaPerbandingan Sel Prokaryotik dan Sel Eukaryotik

Komponen Penyusun Tubuh ManusiaUnsur Persentase

KarbonOksigen

HidrogenNitrogenKalsiumFosforKaliumSulfur

NatriumKlor

MagnesiumBesi

ManganYodium

5020108,54

2,51

0,80,40,40,1

0,010,001

0,00005

• Karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O) merupakan kostituen utama yang selalu ada pada semua biomolekul

• Nitrogen (N) ditemukan pada banyak biomolekul

• Fosfat (P) dan sulfur (S) ditemukan pada beberapa molekul

• Kalsium (Ca) memainkan peran penting dalam banyak proses biologik. Contoh: mineralisasi tulang dan gisi, mekanisme pembekuan darah


• Unsur-unsur yang diberi warna merah memiliki peran beragam. Kebanyakan unsur –unsur tersebut ditemukan hampir setiap hari dalam praktik kedokteran ketika menghadapi penderita dengan gangguan keseimbangan elektrolit (K+, Na+, Cl-, Mg2+), anemia defisiensi besi (Fe2+) dan penyakit tiroid(I-)


Biomolekul organik kompleks utama dari sel dan jaringan

Biomolekul Building Block Fungsi UtamaDNA Deoksinukleotida Materi genetik

RNA RibonukleotidaTemplate (cetakan) untuk sintesa protein

Protein Asam-asam aminoBeraneka-ragam merupakan molekul sel yang melakukan fungsi misalnya: enzim, elemen kontraktil

Polisakarida/ KH (glikogen) Glukosa

Simpanan/cadangan energi jangka pendek

Lipid Asam-asam lemak

Beraneka-ragam, misalnya: komponen membran dan simpanan energi jangka panjang sebagai triasilgliserida


Air dan Konsep Asam-basa dalam Tubuh

• Air merupakan komponen utama penyusun tubuh manusia

• Air merupakan molekul polar yang dapat membentuk ikatan hidrogen antara molekul air sendiri dan dengan molekul lain

• Air melemahkan gaya elektrostatis dan ikatan hidrogen antara molekul-molekul polar sehingga air merupakan pelarut yang sempurna bagi molekul-molekul polar

Thermal properties of water: high boiling point, high melting point, high heat of vaporization and high heat capacity (thus a good thermal buffer for the living organisms).Perhaps the most essential property of water is that it is a liquid at room temperature.

Melting point Boiling pointH2O: 0 oC 100 oCH2S: -85.5oC -60.7oC

Setiap molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen dengan 4 molekul air lain

Air dan Konsep Asam-basa dalam Tubuh• Molekul air berdisosiasi secara reversibel menjadi ion hidroksil

dan ion hidronium

• Pada air murni, hanya sekitar satu dalam 5 juta molekul air yang membentuk H3O+ atau OH-

• Konsentrasi ion hidronium [H3O+ ] biasanya ditulis sebagai konsentrasi proton atau konsentrasi ion hidrogen [H+]

• [H+] lebih umum dinyatakan dalam nilai pH yang merupakan logaritma negatif dari konsenstrasi

pH = -log [H+] = -log 10-7

= 7


• Nilai pH dari suatu larutan bergantung pada adanya asam atau basa• Berdasarkan definisi Brønsted: – Asam adalah substansi yang dapat melepaskan

proton – Basa adalah substansi yang dapat mengikat proton


• Prototipe dari gugus asam yang dapat dijumpai pada biomolekul dalam tubuh manusia adalah gugus karboksil

• Prototipe dari gugus basa adalah gugus amino


• Gugus karboksil, ester fosfat, dan fosfodiester merupakan gugus asam yang penting dari biomolekul: terdeprotonasi dan bermuatan negatif pada pH 7

• Gugus amino alifatik terprotonasi dan bermuatan positif pada pH 7

Struktur dasar asam amino!

Asam• Dua tipe asam yang dihasilkan oleh proses

metabolik dalam tubuh, yaitu:– Asam volatile (menguap)– Asan non-volatile (tidak menguap)

• CO2 yang merupakan produk akhir utama oksidasi KH, lemak, dan asam amino, dapat dianggap sebagai asam karena kemampuannya untuk bereaksi dengan air membentuk asam karbonat (H2CO3)


Asam• CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-

• Semua sumber-sumber lain dari H dianggap sebagai non-volatile (=fixed-acid)

• Asam non-volatile:– Asam sulfat → oksidasi AA yang mengandung S– Asam fosfat → metabolisme fosfolipid, as. nukleat, fosfoprotein

– Asam laktat– Asam-asam keton


Basa• Basa adalah substansi yang dapat menangkap

atau bersenyawa dengan ion hidrogen dari sebuah larutan

• Basa kuat → terurai sempurna dalam larutan Contoh: NaOH

• Basa lemah → terurai sebagianContoh: NaHCO3


Penyangga (Buffer)• Penyangga adalah substansi kimia yang

mengurangi perubahan pH dalam larutan yang disebabkan penambahan asam maupan basa.

• Penyangga adalah campuran dari asam lemah dan garam basanya (atau basa lemah dan garam asamnya)


Penyangga (Buffer)• Penyangga akan paling efektif dalam

mempertahankan [H+] terhadap asam atau basa, jika penyangga tersebut terurai 50% (mempunyai jumlah asam yang belum terurai sama dengan garamnya)

• pH dimana asam atau basa terurai 50% dikenal sebagai pK


Penyangga (Buffer)• Empat penyangga utama tubuh yang

membantu memelihara pH agar tetap konstan adalah:– Sistem penyangga bikarbonat/asam bikarbonat

(NaHCO3 dan H2CO3)– Sistem penyangga binatrium/ mononatrium fosfat

(Na2HPO4 dan NaH2PO4)– Sistem penyangga dlm eritrosit (HbO2- dan HHbO2)– Sistem penyangga protein (Pr- dan HPr)


Sistem penyangga asam karbonat/ bikarbonat: sistem penyangga utama tubuh

CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-

(40mmHg) CA (1,2 mEq/L) (pH 7,4) (24 mEq/L)

CA = carbonic anhydrase•CA terdapat di dalam eritrosit berperan penting mempertahan keseimbangan HCO3- dan CO2

pada rasio 20:1


Sistem penyangga asam karbonat/ bikarbonat: sistem penyangga utama tubuh

• Asidemia (peningkatan [H+]) terjadi pada penurunan [HCO3-] atau peningkatan PCO2

• Alkalemia (penurunan [H+]) terjadi pada peningkatan [HCO3-] atau penurunan PCO2

• [H+]), [HCO3-], dan PCO2 merupakan parameter yang mengendalikan keseimbangan asam-basa dari ECF


Persamaan Henderson-HasselbalchpH = pK + log [HCO3-]/[H2CO3]

• pK adalah konstanta disosiasi asam karbonat• [HCO3-]: adalah kadar bikarbonat plasma• [H2CO3]: adalah kadar asam karbonat plasma• PCO2 ≈ kadar asam karbonat dan CO2 yang

terurai dalam plasma maka:


Persamaan Henderson-HasselbalchpH = pK + log [HCO3-]/S x PCO2

• S adalah konstanta kelarutan CO2 dengan nilai sebesar 0,03

• pK dari sistem penyangga asam karbonat/ bikarbonat adalah konstanta dengan nilai 6,1

pH = 6,1 + log (24 mEq/L)/(0,03 x 40 mmHg)= 6,1 + 24/1,2= 6,1 + 20/1= 7,4


Penyederhaan Persamaan Henderson-Hasselbalch

pH = [HCO3-]/PCO2 = 20/1

20: komponen metabolik yang dikendalikan oleh ginjal

1: komponen pernafasan yang dikendalikanoleh paru-paru


pH DarahNormal : 7,35 – 7,45

• <7,35: asidemia (proses yang menyebabkannya disebut asidosis)

• pH darah 6,8 - ≤ 7,25: membahayakan jiwa• pH darah < 6,8: kematian• > 7,45: alkalemia (proses yang menyebabkannya disebut alkalosis)

• 7,55 – 7,8: membahayakan jiwa• >7,8: kematian


Ikatan-ikatan kimia penyusun biomolekul tubuh

• Atom-atom penyusun biomolekul tubuh disatukan satu sama lain melalui ikatan kovalen

• Yaitu ikatan yang terbentuk dari pemakaian bersama dua elektron oleh dua atom

• Setiap biomolekul memiliki gugus fungsional yang menentukan sifat fisik dan reaktvitas kimiawinya


Amino group Phosphate

group


Gliserol?Gliseraldehid?


• Sifat biomolekul ditentukan oleh interaksi non-kovalen

• Interaksi non-kovalen merupakan interaksi yang lemah dan mudah putus

• Interaksi non-kovalen bersifat reversibel


Interaksi non-kovalen • Interaksi dipol – dipol

Ikatan hidrogen


Interaksi non-kovalen • Interaksi ion – dipol

• Interaksi elektrostatik


Interaksi non-kovalen • Interaksi hidrofobik

• Gaya van der Waals (= interaksi van der Waals)


• Interaksi non-kovalen menentukan sifat biologik biomolekul:– Kelarutannya dalam air: ikatan hidrogen dan

interaksi ion-dipol; bentuk bermuatan lebih larut– Struktur tingkat tinggi dari biomolekul

(makromolekul)– Interaksi ikatan antar molekul (e.g. enzim-

substrat, hormon reseptor, antigen-antibodi)

Isomer

• Biomolekul umumnya memiliki bentuk isomer• Isomer adalah molekul yang secara kimiasi

berbeda namun memiliki komposisi yang identik dengan susunan geometri yang berbeda

Isomer

• Isomer posisional

Isomer

• Isomer geometrik

Isomer

• Isomer optik

Biomolekul ->> Makromolekul ->> Polimer

• Lebih dari satu juta molekul berbeda terdapat di dalam tubuh manusi

• Kebanyakan molekul tersebut adalah makromolekul dengan BM > 10.000 D

• Biomolekul utama: karbohidrat, lipid, polipeptida dan asam nukleat merupakan untaian molekul sederhana yang tersusun membentuk rantai yang panjang disebut polimer

Biomolekul organik kompleks utama dari sel dan jaringan

Polimer MonomerDNA Deoksinukleotida

RNA Ribonukleotida

Protein Asam-asam amino

Polisakarida/ KH (glikogen) Glukosa

Lipid Asam-asam lemak

Biomolekul ->> Makromolekul ->> Polimer

REFERENSI1. Koolman, J.; Roehm, KH. Color Atlas of

Biochemistry, 2 ed. Thieme, 20042. Lieberman, M., Marks, DA. Marks’ Basic Medical

Biochemistry a Clinical Approach 3rd ed. Lippincott Williams and Wilkins, 2009

3. Meisenberg, G., Simmons, WH. Principles of Medical Biochemistry, 2 ed. Mosby Elsevier, 2006

4. Murray, RK., Granner, DK., Rodwell, VW. Harper’s Ilustrated Biochemistry28th ed., 2009

dasar-dasar kimiawi tubuh manusia.ppt

Documents