Komponen Kimiawi Sel Makhluk Hidup

Dari 92 elemen kimia yang ditemukan secara alami, 25 di antaranya dibutuhkan dalam proses kehidupan. Akan tetapi hanya 4, yaıtu Karbon (C), Oksigen (O), Hidrogen (H), dan Nitrogen (N) yang membangun 96% dari struktur kehidupan.

Struktur atom menentukan perilaku suatu elemen, Elemen adalah suatu substansi yang tidak dapat diuraikan menjadi substansi yang lebih sederhana melalui reaksi kimia biasa, Atom merupakan struktur terkecil dari elemen. Suatu atom memiliki inti yang tersusun dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang bersifat netral dan kulit yang terdiri atas elektron-elektron yang bermuatan negatif. Perilaku dan karakteristik kimia atom sangat ditentukan oleh konfigurasi elektron yang dimilikinya.

Molekul terbentuk ketika elektron dari sebuah atom saling berinteraksi dengan elektron dari atom yang lain. Terdapat dua tipe ikatan antaratom yaitu ikatan kovalen dan ionik. Ikatan kovalen dibentuk melalui proses penggunaan sepasang elektron oleh dua atom secara bersama-sama. Sementara ikatan ionik terbentuk ketika satu atau lebih elektron berpindah dari satu atom ke atom yang lain, menghasilkan ion yang bermuatan positif (kation) dan ion yang bermuatan negatif (anion) yang saling tarik menarik. Sebagian besar proses kimia dalam kehidupan melibatkan ikatan kimia lemah seperti ikatan hidrogen dan interaksi Van der Waals. Pembentukan dan pemutusan ikatan kimia merupakan dasar dari reaksi kimia yang terjadi di alam.

Gambar Sel MAKhluk Hidup (sel hewan)

Komponen Penting dalam Kehidupan

1. Air

Air merupakan komponen terpenting dalam kehidupan. Sebagian besar sel disusun oleh air dan 70-95% bagian dari sel dibangun oleh air. Mengapa air penting bagi kehidupan? Hal ini berkaitan dengan beberapa sifat air yang mendukung kehidupan seperti:

• Polaritas pada molekul air memungkinkan terbentuknya ikatan hidrogen.
• Air merupakan pelarut yang sangat baik.
• Air berperan penting dalam menjaga kestabilan pH melalui atom Hidrogen yang dimilikinya.
• Makhluk hidup sangat tergantung kepada sifat kohesi molekul air.
• Selain itu, air juga berfungsi dalam menstabilkan temperatur di bumi.

2. Karbon

Karbon merupakan komponen dengan jumlah terbesar di dunia. Karbon merupakan penyusun molekul-molekul makro yang berperan penting dalam proses kehidupan. Hal ini diakibatkan oleh kemampuan atom-atomnya untuk membentuk empat ikatan kovalen. Karbon juga dapat berikatan dengan karbon lainnya untuk membentuk rantai panjang dengan banyak cabang dan cincin.

a. Makromolekul 1: Karbohidrat

Karbohidrat berfungsi sebagai sumber energi dan bahan pembangun struktur kehidupan. Karbohidrat adalah molekul yang disusun oleh karbon, hidrogen, dan oksigen dengan rumus dasar molekul CH2O. Karbohidrat yang paling sederhana adalah monosakarida yang dikenal sebagai gula sederhana. Disakarida adalah gula yang terbentuk dari dua monosakarida yang bergabung melalui proses kondensasi. Sementara polisakarida adalah polimer yang tersusun dari banyak gula sederhana.

1) Monosakarida (monos = tunggal; sacchar = gula)

Gula monosakarida merupakan karbohidrat terkecil yang berfungsi sebagai sumber energi dan karbon. Glukosa (C6H12O6) adalah monosakarida yang paling umum ditemukan. Pada glukosa dapat ditemukan ciri khas gula diantaranya yaitu mempunyai sebuah gugus karbonil (COH, CO) dan gugus hidroksil (-OH).

2) Disakarida

Gula disakarida atau ganda dibentuk oleh dua molekul gula sederhana yang saling berikatan. Ikatan antara kedua gula sederhana ini dinamakan ikatan glikosidik yang merupakan ikatan kovalen yang terbentuk melalui proses dehidrasi. Disakarida yang umum ditemukan adalah gula maltosa (glukosa dan glukosa), sukrosa (glukosa dan  fruktosa), dan laktosa (glukosa dan galaktosa),

3) Polisakarida

Polisakarida adalah gula yang tersusun banyak gugus gula makromolekul, polimer yang tersusun dari ratusan atau bahkan ribuan monosakarida yang terikat melalui ikatan glikosidik. Beberapa polisakarida mempunyai peran sebagai cadangan makanan dan ada pula yang berperan sebagai struktur yang melindungi sel atau tubuh suatu organisme secara keseluruhan. Contoh dari polisakarida yaitu pati, glikogen dan selulosa.

b. Makromolekul 2 : Lipid

Lipid merupakan senyawa organik yang sangat sukar larut di dalam air. Hal ini disebabkan karena struktur molekul yang dimiliki oleh lipid tersebut. Walaupun lipid memiliki beberapa ikatan polar yang berasosiasi dengan oksigen, sebagian beşar lipid tersusun oleh hidrokarbon, Seluruh lipid (lemak dan minyak) tersusun dari karbon, hidrogen, dan oksigen, dengan rasio atom hidrogen dan oksigen lebih beşar dari 2 : 1. Molekul lipid yang netral tersusun dati satu gliserol dan dua asam lemak (trigliserida), Lipid memiliki bentuk dan fungsi  yang sangat beragam. Kelompok terpenting dari lipid antara lain lemak, fosfolipid, dan steroid.

1) Lemak

Walaupun lemak bukan polimer, tetapi lemak merupakan molekul beşar yang tersusun dari molekul yang lebih kecil melalui reaksi dehidrasi. Lemak disusun oleh dua (2) jenis molekul yaitu gliserol dan asam lemak. Gliserol adalah alkohol yang terdiri dari 3 atom karbon dengan setiap atom karbon mengikat satu gugus hidroksil. Asam lemak mempunyai rangka karbon panjang, biasanya 16 atau 18 karbon, dengan gugus karboksil pada bagian ujungnya. Lemak terbentuk jika asam lemak berikatan dengan setiap gugus karboksil pada gliserol dan menghasilkan ikatan ester. Hasil dari reaksi ini adalah triasilgliserol. Seringkali dalam pembahasan nutrisi kita mengenal istilah lemak jenuh dan lemak tak jenuh. Kondisi tersebut dibentuk oleh jumlah ikatan rangkap yang terdapat pada asam lemak. Lemak tak jenuh memiliki satu atau lebih ikatan rangkap pada asam lemaknya.

2) Fosfolipid

Fosfolipid merupakan molekul yang mirip dengan lemak, tetapi molekulnya hanya memiliki dua ekor asam lemak. Selain itu, gugus hidroksil ketiganya berikatan dengan gugus fosfat bermuatan negatif. Dalam kaitannya dengan air, fosfolipid mempunyai perilaku yang unik. Ekor yang dimiliki oleh molekul ini mempunyai sifat hidrofobik (takut air) sementara itu gugus fosfat yang membentuk kepala mempunyai sifat hidrofilik (senang air).

3) Steroid

Steroid merupakan lipid yang dicirikan dengan rangka karbon berupa gabungan empat cincin karbon. Salah satu steroid penting adalah kolestrol, yang menjadi komponen penting pada dinding sel hewan dan juga merupakan prekursor dari steroid lainnya. Banyak hormon, termasuk hormon seks hewan vertebrata, adalah steroid yang dihasilkan dari kolestrol.

c. Makromolekul 3: Protein

Protein membentuk 50% dari berat kering sel dan merupakan komponen utama dan penting dalam hampir seluruh kegiatan makhluk hidup. Protein digunakan sebagai struktur penyokong sebagai senyawa yang menyampaikan informasi ke bagian lain, untuk membantu pergerakan dan juga untuk pertahanan dalam menghadapi benda asing. Seluruh protein tersusun  karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan kadangkala fosfor dan sulfur. Protein merupakan polimer yang disusun Oteh kombinasi dari 20 asam amino.

Polimer asam amino dikenal dengan istilah polipeptida. Satu protein tersusun dari satu atau lebih polipeptida yang terlipat dan membentuk kumparan dalam konformasi tertentu.

Protein memiliki 4 struktur utama, yaitu:

• Struktur primer
• Struktur sekunder
• Struktur tersier
• Struktur kuarterner
• Struktur kuartener

1) Asam amino

Terdapat 20 asam amino yang berperan dalam membangun protein.

2) Polipeptida

Polipeptida terbentuk oleh asam amino yang berikatan satu sama lain melalui ikatan peptida. Dua asam amino berikatan melalui reaksi kondensasi antara gugus COOH (karboksil) dan gugus NH2 (ammonia).

d. Makromolekul 4: Asam Nukleat

Asam nukleat merupakan polimer nukleotida panjang yang berperan besar dalam proses penurunan sifat dan pembentukan berbagai protein. Ada dua macam asam nukleat penting didalam sel yaitu asam deoksiribonukleotida (deoxyribonucleic acid - DNA) dan asam ribonukleotida (ribonucleic acid - RNA). Nukleotida merupakan molekul kompleks yang tersusun dari basa nitrogen, sebuah gula yang mengandung lima karbon dan gugus fosfat

1) Asam Deoksiribonukleotida (Deoxyribonucleic acid - DNA)

DNA merupakan penyusun utama kromosom dan gen. Molekul DNA tersusun dari deoksiribosa, basa nitrogen, dan gugus fosfat.

2) Asam Ribonukleotida (Ribonucleic acid - RNA)

RNA berperan penting dalam proses sintesis protein. Tidak seperti halnya DNA, RNA tersusun dari gula ribosa dan basa nitrogen urasil (bukan timin seperti pada DNA).