Informasi

S2018_Kuliah03_Membaca - Biologi

S2018_Kuliah03_Membaca - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ikatan Hidrogen

Ketika hidrogen membentuk ikatan kovalen polar dengan atom elektronegativitas yang lebih tinggi, daerah di sekitar hidrogen akan memiliki muatan positif fraksional (disebut+). Ketika muatan positif fraksional ini bertemu dengan muatan negatif parsial (disebut-) dari atom elektronegatif lain di mana hidrogen TIDAK terikat, DAN itu disajikan ke muatan negatif dalam orientasi yang sesuai, jenis interaksi khusus yang disebut a ikatan hidrogen dapat terbentuk. Sementara ahli kimia masih memperdebatkan sifat pasti dari ikatan hidrogen, di BIS2A, kami ingin menganggapnya sebagai interaksi elektrostatik yang lemah antara+ hidrogen dan- muatan pada atom elektronegatif. Kami menyebut molekul yang menyumbang atom hidrogen yang bermuatan sebagian "ikatan hidrogen" penyumbang" dan atom dengan muatan negatif parsial "ikatan hidrogen akseptor." Anda akan diminta untuk mulai belajar mengenali donor dan akseptor ikatan hidrogen biologis umum dan mengidentifikasi ikatan hidrogen diduga dari model struktur molekul.

Ikatan hidrogen umum terjadi dalam biologi baik di dalam maupun di antara semua jenis biomolekul. Ikatan hidrogen juga merupakan interaksi penting antara biomolekul dan pelarutnya, air. Biasanya, seperti terlihat pada gambar di bawah, untuk mewakili ikatan hidrogen dalam gambar dengan garis putus-putus.

Gambar 1: Dua molekul air digambarkan membentuk ikatan hidrogen (digambar sebagai garis biru putus-putus). Molekul air di atas "menyumbangkan" hidrogen yang bermuatan sebagian sementara molekul air di bawah menerima muatan parsial itu dengan menghadirkan atom oksigen komplementer yang bermuatan negatif.

Atribusi: Marc T. Facciotti (karya asli)

Kelompok fungsional

Gugus fungsi adalah kelompok atom tertentu dalam molekul yang bertanggung jawab atas karakteristik molekul tersebut. Banyak molekul yang aktif secara biologis mengandung satu atau lebih gugus fungsi. Dalam BIS2A, kami akan meninjau kelompok fungsional utama yang ditemukan dalam molekul biologis. Ini termasuk yang berikut: hidroksil, metil, karbonil, karboksil, amino, dan fosfat (lihat Gambar 1).

Gambar 1. Gugus fungsi yang ditunjukkan di sini ditemukan dalam banyak molekul biologis yang berbeda. "R" mewakili atom lain atau perpanjangan molekul.
Atribusi: Marc T. Facciotti (karya sendiri diadaptasi dari gambar sebelumnya dari sumber yang tidak diketahui)

Gugus fungsi dapat berpartisipasi dalam berbagai reaksi kimia. Beberapa gugus fungsi penting dalam molekul biologis ditunjukkan di atas: hidroksil, metil, karbonil, karboksil, amino, fosfat, dan sulfhidril (tidak ditampilkan). Kelompok-kelompok ini memainkan peran penting dalam pembentukan molekul seperti DNA, protein, karbohidrat, dan lipid. Gugus fungsi kadang-kadang dapat diklasifikasikan memiliki sifat polar atau nonpolar tergantung pada komposisi atom dan organisasinya. Istilah kutub menggambarkan sesuatu yang memiliki sifat yang tidak simetris—dapat memiliki kutub yang berbeda (kurang lebih sesuatu di tempat yang berbeda). Dalam kasus ikatan dan molekul, sifat yang kita perhatikan biasanya adalah distribusi elektron dan oleh karena itu muatan listrik di antara atom-atomnya. Dalam ikatan atau molekul nonpolar, elektron dan muatan akan terdistribusi secara relatif merata. Dalam ikatan atau molekul polar, elektron akan cenderung lebih terkonsentrasi di beberapa area daripada yang lain. Contoh gugus nonpolar adalah molekul metana (lihat pembahasan di Bab Jenis Ikatan untuk lebih detail). Di antara gugus fungsi polar adalah gugus karboksil yang ditemukan dalam asam amino, beberapa rantai samping asam amino, dan asam lemak yang membentuk trigliserida dan fosfolipid.

Gugus fungsi nonpolar

Metil R-CH3

Gugus metil adalah satu-satunya gugus fungsi nonpolar dalam daftar kelas kami di atas. Gugus metil terdiri dari atom karbon yang terikat pada tiga atom hidrogen. Di kelas ini, kita akan memperlakukan ikatan C-H ini sebagai ikatan kovalen nonpolar yang efektif (lebih lanjut tentang ini di bab Jenis Ikatan). Artinya gugus metil tidak mampu membentuk ikatan hidrogen dan tidak akan berinteraksi dengan senyawa polar seperti air.

Gambar 2. Isoleusin asam amino di sebelah kiri, dan kolesterol di sebelah kanan. Masing-masing memiliki gugus metil yang dilingkari merah. Atribusi: dibuat oleh Marc T. Facciotti (karya sendiri diadaptasi dari Erin Easlon)

Gugus metil yang disorot di atas ditemukan dalam berbagai senyawa yang relevan secara biologis. Dalam beberapa kasus, senyawa tersebut dapat memiliki gugus metil tetapi tetap merupakan senyawa polar secara keseluruhan karena adanya gugus fungsi lain yang bersifat polar (lihat pembahasan mengenai gugus fungsi polar di bawah).

Saat kita mempelajari lebih lanjut tentang gugus fungsi lain, kita akan menambahkan daftar gugus fungsi nonpolar. Tetap waspada!

Gugus fungsi polar

Hidroksil R-OH

Hidroksil (gugus alkohol) adalah gugus -OH yang terikat secara kovalen pada atom karbon. Atom oksigen jauh lebih elektronegatif daripada hidrogen atau karbon, yang akan menyebabkan elektron dalam ikatan kovalen menghabiskan lebih banyak waktu di sekitar oksigen daripada di sekitar C atau H. Oleh karena itu, ikatan OH dan OC pada gugus hidroksil akan menjadi ikatan kovalen polar. Gambar 3 menggambarkan muatan parsial,+ dan-, yang terkait dengan gugus hidroksil.

Gambar 3. Gugus fungsi hidroksil yang ditunjukkan di sini terdiri dari atom oksigen yang terikat pada atom karbon dan atom hidrogen. Ikatan ini bersifat kovalen polar, artinya elektron yang terlibat dalam pembentukan ikatan tidak dibagi rata antara ikatan C-O dan O-H. Facciotti (karya sendiri)

Gambar 4. Gugus fungsi hidroksil dapat membentuk ikatan hidrogen, ditunjukkan sebagai garis putus-putus. Ikatan hidrogen akan terbentuk antara - atom oksigen dan + dari atom hidrogen. Dipol ditunjukkan dalam panah biru. Atribusi: Marc T. Facciotti (karya asli)

Gugus hidroksil sangat umum dalam molekul biologis. Gugus hidroksil muncul pada karbohidrat (A), pada beberapa asam amino (B), dan pada asam nukleat (C). Dapatkah Anda menemukan gugus hidroksil dalam fosfolipid di (D)?

Gambar 5. Gugus hidroksil muncul pada karbohidrat (A, glukosa), pada beberapa asam amino (B, Serin), dan pada nukleotida (C, adenosin trifosfat). D adalah fosfolipid.

Karboksil R-COOH

Asam karboksilat adalah kombinasi dari gugus karbonil dan gugus hidroksil yang terikat pada karbon yang sama, sehingga menghasilkan karakteristik baru. Gugus karboksil dapat terionisasi, artinya dapat bertindak sebagai asam dan melepaskan atom hidrogen dari gugus hidroksil sebagai proton bebas (H+). Ini menghasilkan muatan negatif terdelokalisasi pada atom oksigen yang tersisa. Gugus karboksil dapat beralih antara terprotonasi (R-COOH) dan terdeprotonasi (R-COO-) menyatakan tergantung pada pH larutan.

Gugus karboksil sangat serbaguna. Dalam keadaan terprotonasi, ia dapat membentuk ikatan hidrogen dengan senyawa polar lainnya. Dalam keadaan terdeprotonasi, ia dapat membentuk ikatan ionik dengan senyawa bermuatan positif lainnya. Ini akan memiliki beberapa konsekuensi biologis yang akan dieksplorasi lebih lanjut ketika kita membahas enzim.

Dapatkah Anda mengidentifikasi semua gugus karboksil pada makromolekul yang ditunjukkan di atas pada Gambar 5?

Amino R-NH3

Gugus amino terdiri dari atom nitrogen yang terikat oleh ikatan tunggal pada atom hidrogen. Senyawa organik yang mengandung gugus amino disebut amina. Seperti oksigen, nitrogen juga lebih elektronegatif daripada karbon dan hidrogen, yang menghasilkan gugus amino yang menampilkan beberapa karakter polar.

Gugus amino juga dapat bertindak sebagai basa, yang berarti bahwa atom nitrogen dapat berikatan dengan atom hidrogen keempat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Setelah ini terjadi, atom nitrogen memperoleh muatan positif dan sekarang dapat berpartisipasi dalam ikatan ionik.

Gambar 6. Gugus fungsi amina dapat berada dalam keadaan terdeprotonasi atau terprotonasi. Ketika terprotonasi, atom nitrogen terikat pada tiga atom hidrogen dan memiliki muatan positif. Bentuk terdeprotonasi dari grup ini adalah netral. Atribusi: dibuat oleh Erin Easlon (karya sendiri)

Fosfat R-PO4-

Gugus fosfat adalah atom fosfor yang terikat secara kovalen dengan empat atom oksigen dan mengandung satu ikatan P=O dan tiga ikatan P-O obligasi. Atom oksigen lebih elektronegatif daripada atom fosfor, menghasilkan ikatan kovalen polar. Oleh karena itu, atom oksigen ini mampu membentuk ikatan hidrogen dengan atom hidrogen terdekat yang juga memiliki+(atom hidrogen terikat pada atom elektronegatif lain). Gugus fosfat juga mengandung muatan negatif dan dapat berpartisipasi dalam ikatan ion.

Gugus fosfat umum terdapat dalam asam nukleat dan pada fosfolipid (istilah "fosfo" mengacu pada gugus fosfat pada lipid). Pada Gambar 7 adalah gambar nukleotida, deoksiadenosin monfosfat (kiri), dan fosfoserin (kanan).

Gambar 7. Sebuah nukleotida, deoxyadenosine monphosphate, di sebelah kiri, dan phosphoserine di sebelah kanan. Masing-masing memiliki gugus fosfat yang dilingkari merah.
Atribusi: dibuat oleh Marc T. Facciotti (karya sendiri)

Air

Air adalah zat unik yang sifat-sifat khususnya terkait erat dengan proses kehidupan. Kehidupan awalnya berevolusi di lingkungan berair, dan sebagian besar kimia seluler dan metabolisme organisme terjadi di dalam isi sel yang larut dalam air. Air melarutkan atau "membasahi" sel dan molekul di dalamnya, memainkan peran kunci sebagai reaktan atau produk dalam sejumlah reaksi biokimia yang tak terhitung banyaknya, dan menengahi interaksi antara molekul di dalam dan di luar sel. Banyak sifat penting air berasal dari sifat polar molekul, yang dapat dilacak ke molekul polar yang dipolnya berasal dari ikatan kovalen polar antara hidrogen dan oksigen.

Di BIS2A, peran air yang ada di mana-mana di hampir semua proses biologis mudah diabaikan karena terjebak dalam detail proses spesifik, protein, peran asam nukleat, dan dalam kegembiraan Anda untuk mesin molekuler (itu akan terjadi). Namun, ternyata air memainkan peran kunci dalam semua proses itu dan kita perlu terus menyadari peran yang dimainkan air jika kita ingin mengembangkan pemahaman yang lebih fungsional. Waspada dan perhatikan juga saat instruktur Anda menunjukkan hal ini.

Dalam keadaan cair, molekul air individu berinteraksi satu sama lain melalui jaringan ikatan hidrogen dinamis yang terus-menerus terbentuk dan putus. Air juga berinteraksi dengan molekul lain yang memiliki gugus fungsi dan/atau gugus fungsi bermuatan dengan donor atau akseptor ikatan hidrogen. Suatu zat dengan sifat polar atau bermuatan yang cukup dapat larut atau sangat larut dalam air disebut sebagai hidrofilik (hydro- = "air"; -philic = "mencintai"). Sebaliknya, molekul dengan karakter lebih nonpolar seperti minyak dan lemak tidak berinteraksi dengan baik dengan air dan terpisah darinya daripada larut di dalamnya, seperti yang kita lihat dalam saus salad yang mengandung minyak dan cuka (larutan air asam). Senyawa nonpolar ini disebut hidrofobik (hydro- = "air"; -phobic = "takut"). Kami akan mempertimbangkan beberapa komponen energik dari jenis reaksi ini di bab lain lainnya.

Gambar 1. Dalam keadaan cair, air membentuk jaringan dinamis ikatan hidrogen antara molekul individu. Ditampilkan adalah satu pasangan donor-akseptor.
Atribusi: Marc T. Facciotti (karya asli)

Sifat pelarut air

Karena air adalah molekul polar dengan muatan sedikit positif dan sedikit negatif, ion dan molekul polar dapat dengan mudah larut di dalamnya. Oleh karena itu, air disebut sebagai pelarut, zat yang mampu melarutkan molekul polar dan senyawa ionik lainnya. Muatan yang terkait dengan molekul ini akan membentuk ikatan hidrogen dengan air, mengelilingi partikel dengan molekul air. Ini disebut sebagai lingkup hidrasi, atau cangkang hidrasi dan berfungsi untuk menjaga agar partikel tetap terpisah atau terdispersi di dalam air.

Ketika senyawa ionik ditambahkan ke air, ion individu berinteraksi dengan daerah kutub molekul air, dan ikatan ionik kemungkinan terganggu dalam proses yang disebut disosiasi. Disosiasi terjadi ketika atom atau kelompok atom terlepas dari molekul dan membentuk ion. Pertimbangkan garam meja (NaCl, atau natrium klorida). Sebuah blok kering NaCl disatukan oleh ikatan ionik dan sulit untuk dipisahkan. Namun, ketika kristal NaCl ditambahkan ke air, molekul NaCl terdisosiasi menjadi Na+ dan Clion, dan bidang hidrasi terbentuk di sekitar ion. Ion natrium bermuatan positif dikelilingi oleh sebagian muatan negatif oksigen molekul air. Ion klorida yang bermuatan negatif dikelilingi oleh sebagian muatan positif hidrogen pada molekul air. Orang dapat membayangkan model di mana ikatan ionik dalam kristal "dipertukarkan" untuk banyak ikatan ionik skala kecil dengan gugus polar pada molekul air.

Gambar 2. Ketika garam meja (NaCl) dicampur dalam air, bola hidrasi terbentuk di sekitar ion. Gambar ini menggambarkan ion natrium (bola biru tua) dan ion klorida (bola biru muda) yang dilarutkan dalam "laut" air. Perhatikan bagaimana dipol molekul air di sekitar ion disejajarkan sedemikian rupa sehingga muatan komplementer/muatan parsial berasosiasi satu sama lain (yaitu, muatan positif parsial pada molekul air sejajar dengan ion klorida negatif sedangkan muatan negatif parsial pada oksigen air sejajar dengan ion natrium bermuatan positif).
Atribusi: Ting Wang - UC Davis (karya asli dimodifikasi oleh Marc T. Facciotti)

Catatan: kemungkinan diskusi

Pertimbangkan model air yang melarutkan kristal garam yang disajikan di atas. Jelaskan dengan kata-kata Anda sendiri bagaimana model ini dapat digunakan untuk menjelaskan apa yang terjadi pada tingkat molekuler ketika cukup banyak garam ditambahkan ke volume air sehingga garam tidak lagi larut (larutannya mencapai kejenuhan). Bekerja sama untuk membuat gambaran umum.


Tonton videonya: Literasi Asmaul Husna Sebelum Kegiatan Belajar (November 2022).