BIOMOLEKUL: KLASIFIKASI DAN FUNGSI UTAMA - BIOLOGI - 2025

The biomolekul adalah molekul yang dihasilkan dalam makhluk hidup. Awalan "bio" berarti kehidupan; oleh karena itu, biomolekul adalah molekul yang diproduksi oleh makhluk hidup. Makhluk hidup terdiri dari berbagai jenis molekul yang menjalankan berbagai fungsi yang diperlukan untuk kehidupan.

Di alam, terdapat sistem biotik (hidup) dan abiotik (tidak hidup) yang berinteraksi dan, dalam beberapa kasus, bertukar elemen. Salah satu ciri yang dimiliki oleh semua makhluk hidup adalah organik, yang berarti molekul penyusunnya tersusun dari atom karbon.

Biomolekul juga memiliki atom lain yang sama selain karbon. Atom-atom ini terutama meliputi hidrogen, oksigen, nitrogen, fosfor dan belerang. Unsur-unsur ini juga disebut bioelemen karena merupakan komponen utama molekul biologis.

Namun, ada atom lain yang juga terdapat di beberapa biomolekul, meski dalam jumlah yang lebih kecil. Ini umumnya ion logam seperti kalium, natrium, besi, dan magnesium, antara lain. Akibatnya, biomolekul dapat terdiri dari dua jenis: organik atau anorganik.

Dengan demikian, organisme tersusun dari berbagai jenis molekul berbasis karbon, misalnya: gula, lemak, protein, dan asam nukleat. Namun, ada senyawa lain yang juga berbasis karbon dan bukan merupakan bagian dari biomolekul.

Molekul yang mengandung karbon yang tidak ditemukan dalam sistem biologis ini dapat ditemukan di kerak bumi, di danau, laut, dan samudra, serta di atmosfer. Pergerakan unsur-unsur ini di alam dijelaskan dalam apa yang dikenal sebagai siklus biogeokimia.

Diperkirakan bahwa molekul organik sederhana yang ditemukan di alam inilah yang memunculkan biomolekul paling kompleks yang merupakan bagian dari struktur dasar kehidupan: sel. Inilah yang dikenal sebagai teori sintesis abiotik.

Klasifikasi dan fungsi biomolekul

Biomolekul memiliki ukuran dan struktur yang beragam, yang memberikan mereka karakteristik unik untuk kinerja berbagai fungsi yang diperlukan untuk kehidupan. Dengan demikian, biomolekul bertindak sebagai penyimpan informasi, sumber energi, penunjang, metabolisme sel, dan lain-lain.

Biomolekul dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok besar, berdasarkan ada atau tidaknya atom karbon.

Biomolekul anorganik

Mereka semua adalah molekul yang ada pada makhluk hidup dan tidak mengandung karbon dalam struktur molekulnya. Molekul anorganik juga dapat ditemukan di sistem (tidak hidup) lain di alam.

Jenis-jenis biomolekul anorganik adalah sebagai berikut:

air

Ini adalah komponen utama dan fundamental makhluk hidup, itu adalah molekul yang dibentuk oleh atom oksigen yang terhubung dengan dua atom hidrogen. Air sangat penting untuk keberadaan kehidupan dan merupakan biomolekul yang paling umum.

Antara 50 dan 95% berat makhluk hidup adalah air, karena air diperlukan untuk menjalankan beberapa fungsi penting, seperti pengaturan termal dan pengangkutan zat.

Garam mineral

Mereka adalah molekul sederhana yang terdiri dari atom bermuatan berlawanan yang terpisah sepenuhnya di dalam air. Misalnya: natrium klorida, terdiri dari atom klor (bermuatan negatif) dan atom natrium (bermuatan positif).

Garam mineral berpartisipasi dalam pembentukan struktur yang kaku, seperti tulang vertebrata atau kerangka luar invertebrata. Biomolekul anorganik ini juga diperlukan untuk menjalankan banyak fungsi seluler yang penting.

Gas

Mereka adalah molekul yang berbentuk gas. Mereka penting untuk respirasi hewan dan fotosintesis pada tumbuhan.

Contoh gas-gas ini adalah: oksigen molekuler, terdiri dari dua atom oksigen yang terikat bersama; dan karbon dioksida, terdiri dari atom karbon yang terikat pada dua atom oksigen. Kedua biomolekul berpartisipasi dalam pertukaran gas yang dilakukan makhluk hidup dengan lingkungannya.

Biomolekul organik

Biomolekul organik adalah molekul yang mengandung atom karbon dalam strukturnya. Molekul organik juga dapat ditemukan didistribusikan di alam sebagai bagian dari sistem tak hidup, dan mereka membentuk apa yang dikenal sebagai biomassa.

Jenis biomolekul organik adalah sebagai berikut:

Karbohidrat

Karbohidrat mungkin merupakan zat organik yang paling melimpah dan tersebar luas di alam, dan merupakan komponen penting dari semua makhluk hidup.

Karbohidrat dihasilkan tanaman hijau dari karbon dioksida dan air selama proses fotosintesis.

Biomolekul ini terutama terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen. Mereka juga dikenal sebagai karbohidrat atau sakarida, dan berfungsi sebagai sumber energi dan sebagai komponen struktural organisme.

- Monosakarida

Monosakarida adalah karbohidrat paling sederhana dan sering disebut gula sederhana. Mereka adalah bahan penyusun unsur dari mana semua karbohidrat terbesar terbentuk.

Monosakarida memiliki rumus molekul umum (CH2O) n, dimana n dapat berupa 3, 5 atau 6. Dengan demikian, monosakarida dapat diklasifikasikan menurut jumlah atom karbon yang ada dalam molekul:

Jika n = 3, molekulnya adalah triosa. Misalnya: gliseraldehida.

Jika n = 5, molekulnya adalah pentosa. Misalnya: ribosa dan deoksiribosa.

Jika n = 6, molekul tersebut adalah heksosa. Misalnya: fruktosa, glukosa, dan galaktosa.

Pentosa dan heksosa bisa ada dalam dua bentuk: siklik dan non-siklik. Dalam bentuk non-siklik, struktur molekulnya menunjukkan dua gugus fungsi: gugus aldehida atau gugus keton.

Monosakarida yang mengandung gugus aldehida disebut aldosis, dan yang memiliki gugus keton disebut ketosis. Aldosis adalah gula pereduksi, sedangkan ketosis adalah gula non-pereduksi.

Namun, dalam pentosa air dan heksosa ada terutama dalam bentuk siklik, dan dalam bentuk inilah mereka bergabung untuk membentuk molekul sakarida yang lebih besar.

- Disakarida

Sebagian besar gula yang ditemukan di alam adalah disakarida. Ini dibentuk oleh pembentukan ikatan glikosidik antara dua monosakarida, melalui reaksi kondensasi yang membebaskan air. Proses pembentukan ikatan ini membutuhkan energi untuk menyatukan dua unit monosakarida.

Tiga disakarida terpenting adalah sukrosa, laktosa, dan maltosa. Mereka terbentuk dari kondensasi monosakarida yang sesuai. Sukrosa adalah gula non-pereduksi, sedangkan laktosa dan maltosa adalah gula pereduksi.

Disakarida larut dalam air, tetapi merupakan biomolekul yang terlalu besar untuk melewati membran sel melalui difusi. Untuk alasan ini, mereka dipecah di usus kecil selama pencernaan sehingga komponen esensial mereka (yaitu monosakarida) masuk ke dalam darah dan sel lainnya.

Monosakarida digunakan dengan sangat cepat oleh sel. Namun, jika sel tidak membutuhkan energi, ia dapat segera menyimpannya dalam bentuk polimer yang lebih kompleks. Dengan demikian, monosakarida diubah menjadi disakarida melalui reaksi kondensasi yang terjadi di dalam sel.

- Oligosakarida

Oligosakarida adalah molekul perantara yang terdiri dari tiga hingga sembilan unit gula sederhana (monosakarida). Mereka dibentuk dengan memecah sebagian karbohidrat kompleks (polisakarida).

Sebagian besar oligosakarida alami ditemukan pada tumbuhan dan, kecuali maltotriosa, mereka tidak dapat dicerna oleh manusia karena tubuh manusia kekurangan enzim yang diperlukan di usus kecil untuk memecahnya.

Di usus besar, bakteri menguntungkan dapat memecah oligosakarida melalui fermentasi; sehingga mereka diubah menjadi nutrisi yang dapat diserap yang memberikan sejumlah energi. Produk pemecahan tertentu dari oligosakarida dapat memiliki efek menguntungkan pada lapisan usus besar.

Contoh oligosakarida termasuk rafinosa, trisakarida dari kacang-kacangan, dan beberapa sereal yang terdiri dari glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Maltotriosa, trisakarida glukosa, terjadi pada beberapa tumbuhan dan dalam darah arthropoda tertentu.

- Polisakarida

Monosakarida dapat mengalami serangkaian reaksi kondensasi, menambahkan satu unit ke unit lain ke rantai sampai terbentuk molekul yang sangat besar. Ini adalah polisakarida.

Sifat-sifat polisakarida bergantung pada beberapa faktor struktur molekulnya: panjang, cabang lateral, lipatan, dan jika rantai "lurus" atau "melingkar". Ada beberapa contoh polisakarida di alam.

Pati sering diproduksi di tumbuhan sebagai cara untuk menyimpan energi, dan terdiri dari polimer α-glukosa. Jika polimer bercabang disebut amilopektin, dan jika tidak bercabang disebut amilosa.

Glikogen adalah polisakarida cadangan energi pada hewan dan terdiri dari amilopektin. Jadi, pati tumbuhan dipecah di dalam tubuh untuk menghasilkan glukosa, yang masuk ke dalam sel dan digunakan dalam metabolisme. Glukosa yang tidak digunakan mempolimerisasi dan membentuk glikogen, penyimpan energi.

Lemak

Lipid adalah jenis lain dari biomolekul organik yang karakteristik utamanya adalah hidrofobik (menolak air) dan, akibatnya, tidak larut dalam air. Bergantung pada strukturnya, lipid dapat diklasifikasikan menjadi 4 kelompok utama:

- Trigliserida

Trigliserida terdiri dari molekul gliserol yang terikat pada tiga rantai asam lemak. Asam lemak adalah molekul linier yang mengandung asam karboksilat di salah satu ujungnya, diikuti oleh rantai hidrokarbon dan gugus metil di ujung lainnya.

Bergantung pada strukturnya, asam lemak bisa jenuh atau tidak jenuh. Jika rantai hidrokarbon hanya mengandung ikatan tunggal, itu adalah asam lemak jenuh. Sebaliknya, jika rantai hidrokarbon ini memiliki satu atau lebih ikatan rangkap, maka asam lemak tidak jenuh.

Di dalam kategori ini adalah minyak dan lemak. Yang pertama adalah cadangan energi tumbuhan, mereka tidak jenuh dan berbentuk cair pada suhu kamar. Sebaliknya, lemak adalah penyimpan energi hewan, mereka adalah molekul jenuh dan padat pada suhu kamar.

Fosfolipid

Fosfolipid mirip dengan trigliserida karena memiliki molekul gliserol yang terikat pada dua asam lemak. Perbedaannya adalah fosfolipid memiliki gugus fosfat pada karbon ketiga gliserol, bukan molekul asam lemak lainnya.

Lipid ini sangat penting karena caranya berinteraksi dengan air. Dengan memiliki gugus fosfat di salah satu ujungnya, molekul tersebut menjadi hidrofilik (menarik air) di wilayah tersebut. Namun, itu masih hidrofobik di seluruh molekul.

Karena strukturnya, fosfolipid cenderung mengatur dirinya sendiri sedemikian rupa sehingga gugus fosfat tersedia untuk berinteraksi dengan media berair, sedangkan rantai hidrofobik yang mereka atur di dalamnya jauh dari air. Jadi, fosfolipid adalah bagian dari semua membran biologis.

- Steroid

Steroid terdiri dari empat cincin karbon yang menyatu, di mana berbagai kelompok fungsional terikat. Salah satu yang terpenting adalah kolesterol, karena penting bagi makhluk hidup. Ini adalah pendahulu dari beberapa hormon penting seperti estrogen, testosteron, dan kortison, antara lain.

- Lilin

Lilin adalah sekelompok kecil lipid yang memiliki fungsi pelindung. Mereka ditemukan di daun pohon, di bulu burung, di telinga beberapa mamalia dan di tempat-tempat yang perlu diisolasi atau dilindungi dari lingkungan luar.

Asam nukleat

Asam nukleat adalah molekul pengangkut utama informasi genetik pada makhluk hidup. Fungsi utamanya adalah mengarahkan proses sintesis protein, yang menentukan ciri-ciri yang diwariskan setiap makhluk hidup. Mereka terdiri dari atom karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan fosfor.

Asam nukleat adalah polimer yang terdiri dari pengulangan monomer, yang disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari basa aromatik yang mengandung nitrogen yang melekat pada gula pentosa (lima karbon), yang kemudian terikat pada gugus fosfat.

Dua kelas utama asam nukleat adalah asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). DNA adalah molekul yang berisi semua informasi suatu spesies, itulah sebabnya ia ada di semua makhluk hidup dan di sebagian besar virus.

RNA adalah materi genetik dari virus tertentu, tetapi juga ditemukan di semua sel hidup. Di sana ia menjalankan fungsi penting dalam proses tertentu, seperti pembuatan protein.

Setiap asam nukleat mengandung empat dari lima kemungkinan basa yang mengandung nitrogen: adenin (A), guanin (G), sitosin (C), timin (T), dan urasil (U). DNA memiliki basa adenin, guanin, sitosin, dan timin, sedangkan RNA memiliki basa yang sama kecuali timin yang menggantikan urasil dalam RNA.

- Asam deoksiribonukleat (DNA)

Molekul DNA terdiri dari dua rantai nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan yang disebut ikatan fosfodiester. Setiap rantai memiliki struktur berbentuk heliks. Kedua heliks itu saling terkait untuk menghasilkan heliks ganda. Basa berada di dalam heliks dan gugus fosfat berada di luar.

DNA terdiri dari tulang punggung gula deoksiribosa terikat fosfat dan empat basa nitrogen: adenin, guanin, sitosin, dan timin. Pasangan basa dibentuk dalam DNA untai ganda: adenin selalu berikatan dengan timin (AT) dan guanin dengan sitosin (GC).

Kedua heliks disatukan dengan memasangkan basa nukleotida dengan ikatan hidrogen. Strukturnya kadang-kadang digambarkan sebagai sebuah tangga dengan rantai gula dan fosfat sebagai sisinya dan ikatan basa-basa adalah anak tangganya.

Struktur ini, bersama dengan kestabilan kimiawi molekul, menjadikan DNA bahan yang ideal untuk mengirimkan informasi genetik. Ketika sebuah sel membelah, DNAnya disalin dan diteruskan dari satu generasi sel ke generasi berikutnya.

- Asam ribonukleat (RNA)

RNA adalah polimer asam nukleat yang strukturnya terdiri dari rantai nukleotida tunggal: adenin, sitosin, guanin, dan urasil. Seperti pada DNA, sitosin selalu berikatan dengan guanin (CG) tetapi adenin berikatan dengan urasil (AU).

Ini adalah perantara pertama dalam transfer informasi genetik dalam sel. RNA sangat penting untuk sintesis protein, karena informasi yang terkandung dalam kode genetik umumnya ditransmisikan dari DNA ke RNA, dan dari ini ke protein.

Beberapa RNA juga memiliki fungsi langsung dalam metabolisme sel. RNA diperoleh dengan menyalin urutan basa dari segmen DNA yang disebut gen, ke bagian asam nukleat beruntai tunggal. Proses ini, yang disebut transkripsi, dikatalisis oleh enzim yang disebut RNA polimerase.

Ada beberapa jenis RNA, utamanya ada 3. Yang pertama adalah messenger RNA, yaitu salah satu yang disalin langsung dari DNA melalui transkripsi. Jenis kedua adalah RNA transfer, yaitu salah satu yang mentransfer asam amino yang benar untuk sintesis protein.

Akhirnya, kelas RNA lainnya adalah RNA ribosom yang, bersama dengan beberapa protein, membentuk ribosom, organel seluler yang bertanggung jawab untuk mensintesis semua protein di dalam sel.

Protein

Protein adalah molekul besar dan kompleks yang melakukan banyak fungsi penting dan melakukan sebagian besar pekerjaan di dalam sel. Mereka diperlukan untuk struktur, fungsi, dan pengaturan makhluk hidup. Mereka terdiri dari atom karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen.

Protein terdiri dari unit-unit yang lebih kecil yang disebut asam amino, dihubungkan bersama oleh ikatan peptida dan membentuk rantai panjang. Asam amino adalah molekul organik kecil dengan sifat fisikokimia yang sangat khusus, terdapat 20 jenis yang berbeda.

Urutan asam amino menentukan struktur tiga dimensi unik dari setiap protein dan fungsi spesifiknya. Faktanya, fungsi protein individu sangat bervariasi seperti urutan asam amino uniknya, yang menentukan interaksi yang menghasilkan struktur tiga dimensi yang kompleks.

Berbagai fungsi

Protein dapat menjadi komponen struktural dan pergerakan untuk sel, seperti aktin. Yang lain bekerja dengan mempercepat reaksi biokimia di dalam sel, seperti DNA polimerase, yang merupakan enzim yang mensintesis DNA.

Ada protein lain yang fungsinya untuk menyampaikan pesan penting bagi tubuh. Misalnya, beberapa jenis hormon seperti hormon pertumbuhan mengirimkan sinyal untuk mengoordinasikan proses biologis antara sel, jaringan, dan organ yang berbeda.

Beberapa protein mengikat dan membawa atom (atau molekul kecil) di dalam sel; seperti kasus feritin, yang bertanggung jawab untuk menyimpan zat besi di beberapa organisme. Kelompok protein penting lainnya adalah antibodi, yang termasuk dalam sistem kekebalan dan bertanggung jawab untuk mendeteksi racun dan patogen.

Dengan demikian, protein adalah produk akhir dari proses penguraian informasi genetik yang dimulai dengan DNA seluler. Variasi fungsi yang luar biasa ini berasal dari kode yang sangat sederhana yang mampu menentukan rangkaian struktur yang sangat beragam.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (edisi ke-6th). Ilmu Garland.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemistry (edisi ke-8th). WH Freeman dan Perusahaan.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biology (2nd ed.) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (edisi ke-8th). WH Freeman dan Perusahaan.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (edisi ke-7) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (edisi ke-5). Wiley.