Post on 09-Mar-2019
1
Biodata penulis (untuk Unit ..)
Nama penulis: Abu Bakar Salleh
No telefon: 03 89486101 samb 3635
Faks: 03 8943 0913
E-mail: abubakar@fsas.upm.edu.my (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk
berhubung dengan penulis)
UNIT
ASID NUKLEIK
Pengenalan
Satu kelas metabolit yang penting dalam sel. Biasanya ditemui sebagai RNA dan DNA.
Nukleik sebagai DNA dikenali umum sebagai sebatian pembawa maklumat genetik.
Adalah pentingkita memahami tentang asid nukleik. Kita sering mendengar atau
membaca bagaimana corak DNA dapat mengenalpasti pertalian anak dan ibu bapa, atau
mengenalpasti penjenayaha berasaskan corak DNA tisu yang tertinggal di tempat
jenayah berlaku dan akhir-akhir ini kita dimaklumkan tentang kejayaan mengklonkan
haiwan. Dismping itu bidang perubatan berkembang pesat dimana penyelidik kini
menanganii masalah kesihatan melalui kaedah genetik. Disamping itu nukleik asid
mempunyai banyak lagi peranan penting dalam sel hidupan. Saya harap anda akan dapt
menghayatinya diakhir unit ini
Tajuk-tajuk dalam Unit
1. Pengenalan asid nukleik dan fungsinya
2. Struktur asas asid nukleik
3. Struktur DNA
4. Struktur RNA
Objektif Pembelajaran Unit
Selepas selesai mempelajar unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat
1. Mengenal molekul asid nukleik dan peranannya dalam alam biologi
2. Mengenali struktur dan nomenklatur nukleosida dan nukleotida
3. Mengenali struktur dan fungsi DNA
4. Mengenali struktur dan fungsi RNA
2
1.0 Pengenalan asid nukleik dan fungsinya
Asid nukleik terkenal sebagai bahan genetik. Setiap sel hidup mengandungi asid nukleik
samada asid deoksiribonukleik (DNA) atau asid ribonukleik (RNA). Bahan genetik
ini berupa rantai panjang yang berasaskan monomer-monomer asid nukleik, yang
mengkodkan maklumat untuk sel berfungsi. Maklumat ini diekspresikan melalui
protein-protein khusus yang dapat menjalankan proses metabolisme sel. Melalui kaedah
inilah, DNA dan RNA mencorakkan sesuatu organisme. Peranan DNA. dan RNA ini
membuahkan 'Central dogma'. Konsep ini menggambarkan pengaliran maklumat genetik
(DNA) yang ditranskripsi (salin) ke RNA dan seterusnya ditranslasi ke protein (Rajah 1)
DNA
RNA
protein
Rajah 1. Central Dogma
Sementara itu harus dimaklumi bahawa asid nukleik mempunyai fungsi lain dalam sel.
Fungsi-fungsi ini tidak kurang pentingnya dan menjadi keperluan untuk sesuatu sel
berfungsi dengan sempurna.
Di antara fungsi asid nukleik ialah
• Berperanan sebagai sebatian yang menyimpanan tenaga dalam tindak balas
pemindahan fosfat. Biasa di dijalankan oleh molekul ATP. ATP berperanan sebagai
sumber tenaga serta merta bagi memenuhi keperluan sel
• Sebagai pengantara dalam pelbagai proses sel penting. Terutama sebagai penyampai
kedua seperti siklik-AMP (cAMP), dalam proses penyampaian signal
• Menjadi sebahagian beberapa koenzim penting seperti NAD+, NADP+, FAD dan
koenzim A.
• Pengawalan kadar tindak balas enzim melalui kesan timbal balik dan allosterik.
Banyak nukelotida berupaya mengawal edaran metabolisme secara pantas melaui
keadah ini.
3
• Bertindak sebagai bahantara teraktif dalam banyak tindak balas biosintetik, termasuk
S-adenosilmethionin yang terlibat dalam pemindahan metil, dan juga pengikatan
gula pada nukleotida dalam proses biosintesis glikogen dan glikoprotein.
Aktiviti 1.0
Soalan:
Objektif
Apakah peranan asid nukleik. Tanda kenyataan yang PALSU
A. sebagai bahan bakar untuk mendapat tenaga
B. sebagai perantara dalam pelbagai proses penting dalam sel
C. sebagai sebahagian komponen koenzim
D. penyimpan maklumat genetik
E. pengesan (modulator) allosterik kadar tindak balas enzim
Subjektif:
Bincang apa yang dimaksudkan sebagai 'Central dogma'
2.0 Komponen asid nukleik
2.1 Bes nitrogen
Nukleotida yang terdapat dalam sel adalah terbitan sebatian heterosiklik yang
amat basik, iaitu purin dan pirimidin (Rajah 2a,b). Kedua sebatian ini merupakan
sebatian yang turut mengandungi nitrogen dalam sel hidupan.
Rajah 2a: Purin
4
Rajah 2b:Pirimidin
Ciri basik nukleotida telah memberi nama bes kepada nukleotida yang didapati
dalam DNA dan RNA. Terdapat 5 jenis bes utama dalam sel iaitu terbitan purin
dipanggil adenin dan guanin dan terbitan pirimidin dikenali sebagai taimin,
sitosin dan urasil. Singkatan umum yang dipakai kepada 5 bes ini ialah A, G,
T, C dan U (Rajah 3)
Rajah 3: Bes purin dan pirimidin bagi asid nukleik
Perhatian! Terdapat beberapa bes terbitan dalam sel selain daripada yang lima ini. Bes
terbitan ini ditemui dalam DNA dan RNA tertentu. Bestambahan ini dimodifikasi
selepas replikasi atau transkripsi akan datang
2.2 Nukelosida dan nukleotida
Jika bes purin dan pirimidin digabung kepada karbohidrat, bentuk ini dipanggil
nucleosida.. Nukleosida diikat kepada gula D-ribosa atau 2'-deoksi-D-ribosa
melalui ikatan α,β-N-glikosidik antara karbon anomerik (C1) ribosa dan N9
purin atau N1 pirimidin
adenin
Guanin Taimin
sitosin
purin pirimidin
5
Rajah 4: Nukleosida. Gabungan pentosa dan bes melalui ikatan N-glikosidik
Bes boleh berada dalam 2 orientasi nyata pada ikatan N-glikosidik. Konfomasi ini
dikenalai sebagai syn dan anti. Konformasi anti didapati dengan banyak dalam
nukleotidas semula jadi (Rajah 5)
syn-Adenosin anti-Adenosin
Rajah 5: Orientasi ikatan N-glikosidik. Teliti kedudukan bes yang terikat pada C1’
deoksiribosa
Nukleosida biasanya didapati dalam sel dalam bentuk berfosforilasi dan dipanggil
nukleotida. Bahagian nukleotida dalam sel yang paling biasa difosforilasikan ialah
kumpulan hidroksil yang terlekat pada 5'-karbon ribosa. Atom karbon ribosa
dalam nukleotida di tanda dengan prime ( ' ) untuk membeza dengan atom tulang
belakang bes. Nukleotida boleh berada dalam bentuk mono-, di-, atau tri-fosforilasi
(Rajah 6 dan 7).
6
Rajah 6: Nukleotida (Adenosin mononukelotida).
Sila kaji Rajah 6, dan ambil perhatian perkara berikut
• Penomboran atom bagi bes (1 hingga 9 bagi purin , 1 hingga 6 bagi primidin)
• Penomboran atom bagi gula pentosa
• Ikatan glikosidik
• Rajah ini mempamerkan struktur adenosin monofosfat
• Gula pentosa ialah gula deoksiribosa. Perhatikan C2’ dimana kumpulan OH
telah dinyahkan
Nukleotida diberi singkatan nyata untuk memudahkan pengenalan struktur dan
keadaan fosforilasi. Bentuk monofosforilasi adenosin yang difosforilasi mono
misalnya adenosin-5'-monofosfat ditulis sebagai AMP. Bentuk di- dan tri-fosforilasi
ditulis sebagai ADP danATP,
Penggunaan singkatan nukleotida adalah dalam bentuk fosforilasi 5'. Di- dan tri-fosfat
nukleotida digabung oleh ikatan asid anhidrid. Ikatan ini mempunyai ∆ G0' hidrolisis
melebih 30KJ per mol, dengan itu mempunyai potensi tinggi untuk memindah fosfat
kepada molekul lain. Ciri nukleotida ini menyebabkan penglibatan mereka dalam
tindak balas pemindahan kumpulan atau tindak balas sintesis dalam sel.
Ikatan glikosidik
7
Rajah 7: Struktur ATP
Sila kaji Rajah 8 dan ambil perhatian perkara berikut
• Ini ialah contoh struktur nukleotida trifosfat
• Pentosa kali ini ialah gula ribosa
• Hidrolisis kumpulan yang dihujung dan yang tengah sahaja dapat mengeluarkan
tenaga tinggi
Lihat Jadual 1 bagi mendapat penjelasan lajut tentang penamaan dan jenis nukleotida
Jadual 1: Bes, nukleosida dan nukleotida
Bes gula fosfat Nama
Bes (X=H) A, G, T, C dan U.
Bes (X=H) X=ribosa atau
deoksiribosa
Nucleosida
Bes (X=H) X=ribosa atau
deoksiribosa
X=ribosa fosfat Nukleotida
C Sitosin
Sitidin monofosfat
(CMP)
U
Uracil
Uridin
Uridin Monofosfat
8
(UMP)
T
Taimin
Taimidin
Taimidin
Monofosfat (TMP)
A
Adenin
Adenosin
Adenosin
Monofosfat
(AMP)
G
Guanin
Guanosin
Guanosin
Monofosfat
GMP
Nukleotida yang terdapat dalam DNA adalah unik daripada nukleotida RNA dimana
ribosa berada dalam bentuk 2'-deoksi dan singkatan nukleotida mengadungi tanda 'd' .
Bentuk monofosforilat adenosin dalam DNA (deoksiadenosin-5'-monofosfat) ditulis
sebagai dAMP. Sementara itu nukleotida uridin tidak dijumpai dalam DNA dan hanya
ditemui dalam RNA. Tiamin ditemui dalam tRNAs tetapi tidak dalam rRNA atau
mRNAs. Ada beberapa bes yang luar biasa yang ditemui dalam DNA dan RNA.
Bes termodifikasi primer DNA ialah 5-metilsitosin. Pelbagai bes termodifikasi
dijumpai dalam jenis-jenis tRNA. Banyak nukleotida termdofikasi ditemui diluar
polimer DNA dan RNA yang memain peranan biologi yang penting.
Aktiviti 1.1
Soalan:
Objektif
Perbezaan antara nukleosida dan nukleotida ialah
A. bes yang berbeza
B. ada atau tiada fosfat
C. ketiadaan pentosa
D. perbezaan ribosa atau deoksiribosa
E. purin atau pirimidin
Subjektif:
9
Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida
3.0 DNA
Gula Gula Gula Gula
bes bes bes bes
bes bes bes bes
Gula Gula Gula Gula
Rajah 8: Model struktur dua benang DNA. Perhatikan komposisi tulang belakang setiap
benang yang dianggotai oleh gula dan fosfat ( ), sementara bes berada disebelah
dalam.
Mari kita mengenali molekul DNA. DNA ialah satu polimer yang amat besar. Subunit
monomernya dipanggil deoksibonukccleotida. Maklumat yang banyak adalah diperlukan
untuk mengkod sesuatu organisme. Contohnya 3 juta bes diperlukan untuk bakterium
yang agak ‘mudah’ dan 3 ribu juta bes diperlui bagi manusia Ini ini bukan perkara
mudah kerana setiap sel manusia mengandungi 2 meter DNA. DNA berada dalam
bentuk 2 benang nyahselari (antiparallel) yang berpasangan . Setiap satu benang
berputar pada arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dengan benang
bersebelahan. Watson-Crick mengutarakan model DNA yang merupakan heliksdua
benang dengan bes berada di bahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90
darjah kepada paksi heliks. Model ini menjadi asas kepada kefahaman dan kajian pesat
keatas molekul ini dan peranannya dalam sel hidupan.
3.1 Komposisi bes DNA
Empat bes yang menjadi komponen DNA disenaraikan dalam Jadual 2. Komposisi bes
merupakan satu ciri sesuatu organsime, tak terikat pada tisu, umur atau status pemakanan,
atau faktor sekitraran lain. Seperti yang kita sudah maklum, bes purin daripada satu
benang akan berinteraksi dengan bes pirimidin benang bersebelahan.
10
Jadual 2. Bes purin dan primidin bagi DNA. Sila ambil perhatian tentang abjad
singkatan bagi setiap bes.
Purin Pirimidin
Adenin A
Guanin G
Taimin T
Sitosil C
Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula deoksiribosa dalam DNA
11
Rajah 9: Pasangan purin pirimidina bes melalui ikatan hidrogen. Sila ambil maklum
bahawa adenin akan menghasilkan 2 ikatan hidrogen dengan taimin sementara guanin
dan sitosin akan diikat dengan 3 ikatan hidrogen. Perbezaan ini memberi ciri kestabilan
yang lebih bagi DNA yang mempunyai peratusn G:C yang tinggi.
Pasangan antara purin dan pirimidin ini dikawal oleh peraturan Chargaff . Dimana A
akan berpasangan dengan T dan G pula akan berpasangan dengan C (A:T, G:C). Julat
peratus G:C agak lebar diantara25 hingga 75% dalam spesis bakteria yang berlainan
tetapi lebih rapat dalam spesies berkaitan manusia iatu antara 39 - 46% (lihat Rajah 9)
Rajah 10: Polimer DNA. Ambil perhatian tentang
1. Arah 3’-5’ polimer, dan penghujung 3’ dan 5’
2. Ikatan fosfodiester antara 3’ dan 5’ deoksiribosa
3.2. Polimer DNA.
12
Seterusnya kita akan melihat bagaimana polimer atau rantai panjang DNA terhasil.
Mari kita menyemak semula komponen DNA. Unit asas DNA ialah nukleotida. Setiap
nukelotida digabungi oleh satu bes nitrogen, satu gula deoksiribosa dan satu kumpulan
fosfat. Terdapat 4 jenis nukleotida yang berbeza pada komponen besnya, sama ada A, T,
G atau C. Polinukleotida dibentuk melalui kondensasi 2 atau lebih nukleotida.
Kondensasi biasanya berlaku antara alkohol 5'-fosfat satu nukleotida dan 3'-OH
yang kedua, dengan penyahan H2O, menghasilkan satu ikatan fosfodiester. Penghasilan
ikatan fosfodiester dalam DNA mempamerkan arahan. Struktur primer DNA
(pengaturan linear nukleotida) berlaku pada arah 5' ----> 3' . Struktur primer molekul
DNA dengan mecatat jujukan nukleotida dari kiri kekanan sinonimus dengan arah 5'
-----> 3' seperti ditunjuk . Ciri antiparallel heliks datang daripada orientasi setiap
individu benang. Daripada mana-mana posisi tetap di heliks, satu benang orientasi ke
arah 5' ---> 3' dan yang satu lagi kearah 3' ---> 5' (Rajah 10, 11 dan 12)
Model untuk struktur DNA telah dikemukakan oleh Watson dan Crick. Berasaskan
data difraksi X-ray DNA, James Watson dan Francis Crick mecadangkan satu model
untuk struktur DNA. Model ini (kemudiannya disahkan oleh data ujikaji) mengagak
DNA berada dalam bentuk satu bebenang nyahselari yang berpasangan. Setiap satu pada
arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dari benang bersebelahan. Dalam
model Watson-Crick, bes berada dibahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90
darjah kepada heliks (Rajah 11). Purin bes membentuk ikatan hidrogen dengan
pirimidin Penentutan ujikaji telah menunjukkan bagi sesuatu molekul DNA,
kepekatan adenin (A) bersamaan dengan thymine (T) dan kepekatan cytidine (C)
bersamaan guanin (G) dalam mana-mana molekul DNA. Ini bermakna A hanya
berpasangan dengan T, dan C dengan G. Mengikut paten ini, dikenali pasangan-bes
Watson-Crick pasangan- bes mengandungi G dan C mempunayi tiga ikatan hidrogen,
sementara A dan T mengandungi 2 ikatan hidrogen. Oleh itu pasangan- bes G-C lebih
stabil daripada pasangan bes A-T
13
Rajah 11: Ikatan fosfodiester antara nukleotida. Ikatan ini sama dalam DNA dan RNA.
Ambil perhatian keatas struktur deoksiribosa dimana C-2’ tidak terikat pada kumpulan
OH seperti gula ribosa RNA. Lihat juga kedudukan nyahselari benang DNA
Ciri selari heliks datangnya daripada orientasi setiap individu benang. Daripada mana-
mana posisi tetap di heliks, satu benang berorientasi ke arah 5' ---> 3' dan yang
satu lagi kearah 3' ---> 5'. Dipermukaan luar, heliks dubel DNA mengadungi 2 jalur
dalam antara rantai ribosa-fosfat . Dua jalur ini berbeza saiznya dan dinamakan jalur
major dan minor. Perbezaan saiz adalah disebabkan asimitri gelang deoksiribosa dan
ciri nyata struktur permukaan atas pasangan bes dibandingan dengan yang dibawah
(Rajah 13).
14
Rajah 13: Model struktur heliks DNA mempamerkan pasangan bes, heliks dubel dan
jalur major dan minor
3.3 Struktur Primer
DNA dan RNA adalah rantai panjang samada deoksiribonukleosida monofosfat
atauribonukleosida monofosfat disambung secara kovalen melalui ikatan fosfodiester .
Ikatan fosfodiester antara unit monomer kepada satu molekul polimer ditakrifkan
sebagai struktur primer. Ikatan fosfodiester mempunyai arah (dipanggil polariti,
kecuali dimaklum sebaliknya, dan mengikut konvensyen ialah 5' ke 3'), dan
pengaturan (atau order) nukleotida specifik sepanjang rantai dipanggil jujukan.
Jujukan nukleotida biasanya dicatatkan sebagai jujukan bes seperti ACGTT (mengikut
konvensyen jujukan bermula dengan hujung 5' disebelah kiri hujung 3' disebelah
kanan). Jujukan DNA atau RNA ialah informasi genetik, dimana setiap jujukan 3 bes
mengkodkan satu asid amino. Kita tidak akan membincang isu ini dengan lebih panjang
kerana sudah melebihi kandungan kursus ini.
3.4 Struktur Sekunder
Asid nukleik juga mempunyai struktur sekunder yang terhasil dari pelipatan rantai
polimer yang melibatkan ikatan bukan kovalen. Heliks dubel (dua benang) DNA telah
ditunjuk boleh berada dalam pelbagai bentuk. Bergantung jujukan kandungan dan
15
keadaan ionik penyediaan hablur. Bentuk β- melebihi pada keadaan fisiologi yang
rendah kepekatan ionikdan tinggi darjah hidrasi nya . Sementara itu bahagian heliks
yang kaya dengan dinukleotida pCpG boleh berada dalam helik tangan kiri yang
novel, satu komformasi disebut Z-DNA. Konformasi ini terhasil daripada pertukaran
180 darjah. dalam orientasi bes relatif keapda A- dan B-DNA yang mempunyai
orientasi lebih biasa (Jadual 3)
Jadual 3: Parameter heliks polinukleotida
Bentuk A Bentuk B Bentuk Z
Arah putaran heliks kanan kanan kiri
Bilangan residu satu
putaran
11 10 12 (6 dimer)
Putaran bagi satu
residu (
33 o
36 o
-60o
~-30o
per residu
Kenaikan heliks
bagi satu residu(h)
0.255nm 0.34 nm 0.37 nm
Pitch helik (=nh) 2.8nm
3.4 nm 4.5 nm
Diameter heliks ~2.6nm ~2.0nm ~1.8nm
Bentuk heliks dubel terlebar sederhana tertirus
Ikatan glikosidik anti anti Anti bagi pir
Sny bagi pur
3.5 Denaturasi DNA
Apabila sel membahagi DNA perlu disalin (replikasi). Untuk membolehkan proses ini
berlaku, kedua benang heliks perlu diasingkan melalui proses yang dipanggil denaturasi.
Proses ini bolehkan juga dilakukan secara in vitro. Jika larutan DNA didedahkan pada
suhu yang tinggi, ikatah hidrogen antara bes menjadi kurang stabil, dan benang heliks
akan berpisah disebabkan denaturasi thermal. Komposisi bes DNA banyak berbeza
daripada molekul ke molekul dan organisme keorganisme. Bahagian dupleks yang
mempunyai pasangang bes A-T lebih kurang stabil kepada haba dengan bahagian yang
kaya dengan pasangan-bes G-C (Rajah 14).
Dalam proses denaturasi thermal, satu titik akan tercapai dimana 50% DNA molekul
berada dalam bentuk benang tunggal. Titik ini diberi tanda Tm (Rajah 15). Tm ialah satu
ciri komposisi bes molekul DNA. bergantung kepada beberapa faktor selain daripada
komposisi bes. Ini termasuk sifat kimia pelarut dan jenis dan kepekatan ion dalam
larutan .
Bila DNA yang cair kerana haba disejukkan, benang yang berpasangan akan bercantum
semula mengikut pasangan bes yang betul dalam proses yang dipanggil ‘annealing’ atau
hibridisasi. Kadar hibridisasi bergantung pada jujukan nukleotida kedua benang DNA.
16
Rahah 14: Denarurasi DNA
Suhu atau pH yang
keterlaluan
Bahagianyang kaya
dengan A-T didenaturasi
dahulu
Peleraian dua benang DNA
Pemisahan benang dan
pengahsilan lipatan
rambang
17
Rajah 15: Kesan haba keatas molekul DNA
3.6 'Supercoiling'
molekul yang berbentuk bulat yang ditaupi oleh ikatan kovalen boleh berbentuk
'supercoil' . Bentuk ini bersamaan dengan struktur tertiar DNA yaitu satu order yang
lebih tinggi dalam ciri lipatan struktur sekonder. supercoiling mempunyai lebih
pasangan bes pada satu pusingan (underwinding). Sementara ‘supercoiling’ positif
mempunyai kurang pasangan bes bagi setiap pusingan/putaran (overwinding)
Molekul yang serupa tetapi berbeza hanya pada keadaan ‘supercoiling’ dipanggil
topoisomer (isomer topologi)
Aktiviti 1.2
Soalan:
Objektif
1. Jika peratus a dalam sesuatu molekul DNA ialah 17%, pertus C dalam molekul
yang sama ialah
A. 25
B. 17
18
C. 33
D. 34
E. 66
2. Ketinggian (pitch) satu pusingan B DNA ialah
A. 2.8oA
B 3.4 o
A
C. 4.5 o
A
D. 10 o
A
E. 11 o
A
Subjektif:
1. Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida
2. Bincang mengenai faktor yuang mengesani nilai Tm sesuatu molekul DNA
3. Bincangkan struktur DNA lain berbanding dengan struktur asas yang
dikemukakan oleh Watson-Crick
4.0 RNA
RNA boleh memenuhi beberapa fungsi. Fungsi molekul yang berbeza ini termasuk dari
segi struktur dan maklumat. Struktur kimia RNA amat serupa dengan DNA. Ia
merupakan polimer monomer berulang (ribonukleotida). Walau bagaimana pun RNA
berbeza daripada DNA kerana biasanya ia berada dalam satu benang. Molekul RNA
adalah lebih kecil daripada DNA dalam sesuatu organisma ( hingga 10 kilobes
panajang maksimum) dan bergantung pada fungsinya adalah lebih berbeza dari segi
saiz. Molekul RNA boleh berkeadaan satu atau dua benang. Molekul RNA boleh juga
berbentuk lurus atau bulat (setakat ini tiada molekul RNA dua benang bulat dijumpai).
RNA yang terbanyak dalam sel ialah RNA ribosom (rRNA). Ia merupakan komponen
ribosom dan berperanan dalam proses sintesis protein. Walau pun RNA biasanya terlibat
dalam proses sintesis protein, ada juga RNA yang bertindak sebagai penyimpan
maklumat. Perkara berlaku dalam jenis-jenis virus yang tertentu.
4.1 Struktur RNA
Empat bes yang menjadi komponen RNA disenaraikan dalam Jadual 4. Walau
bagaimana pun terdapat tebitan-terbitan lain yang juga menjadi komponen RNA. Bes
terbitan ini lebih merupakan komponen struktur bukan kod asid amino. Perbezaan
utama dengan DNA ialah kehadiran gula ribosa mengganti gula deoksiribosa dan urasil
mengganti bes taimin. RNA satu benang tidak mengikut peraturan Chargaff, tetapi
molekul RNA yang 2 benang masih mengikut peraturan ini. Kehadiran kumpulan OH
pada C2' ribosa menyebabkan RNA lebih mudah di hidrolisiskan berbanding dengan
DNA. Semua RNA disintesis sebagai satu benang, dan mempunayi lebih banyak
19
konformasi dari DNA melalui pusingan dalaman, pusingan hujung tak berpasangan,
pusingan pin rambut dan heliks dubel.
Jadual 4. Bes purin dan primidin bagi RNA. Sila ambil perhatian tentang abjad
singkatan bagi setiap bes.
Purin Pirimidin
Adenin A
Guanin G
Urasil, U
Sitosil C
Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula ribosa dalam RNA
4.2 RNA Ribosom (rRNA)
rRNA ialah kumpulan RNA terbanyak di dalam sesuatu sel. Ia merupakan komponen
ribosom yang menjadi tapak sintesis protein. Setiap ribosom mengandungi kira-kira
60% RNA dan 40% protein. rRNA ialah salinan jujukan gen DNA tetapi tidak
ditranslasi. Genom eurkaryot memang mengandungi beratus salinan gen rRNA.
4.3 RNA penyampai (Messenger RNA, mRNA)
mRNA merupakan salinan kod genetik daripada DNA. Ia merupakan maklumat
jujukan asid amino yang digunakan semasa proses sintesis protein di ribosom. mRNA
yang disalin akan dibawa ke ribosom dimana maklumat yang dibwa akan ditranslasi
dalam proses sintesis protein. Oleh itu terdapat berjenis mRNA mengikut kod yang
tersimpan dalam DNA. Biasanya ia akan dihasilkan apabila keperluan kepada sesuatu
protein itu timbul.
Dalam proses transkripsi, DNA bertindak sebagai templat, dan mRNA ditranskrip
(disalin) adalah komplementari (berpasang) kepada templat ini. mRNA ialah molekul
satu benang. Saiznya bergantungkepada maklumat yang terkandung. Setiap tiga
nukleotida mRNA akan mengkodkan satu asid amino dan kod in dipanggil kodon.
4.4 RNA pemidah (transfer RNA, tRNA)
Oleh kerana asid amino tidak mempunyai keafinan kepada jujukan nukelotida mRNA,
sejenis molekul pelekat diperlukan untuk meletak asid amino pada jujukan yang
spesifik pada mRNA. tRNA bertindak sebagai pengangkut asid amino ke tapak sintesis.
Oleh kerana terdapat beberapa tRNA mengenali satu asid amino, bilangan tRNA
melebihi 20. Umpamanya, Esrechia coli mengandungi 86 tRNA. Kebanyakan
nukleotida asal dalam tRNAs telah berubah dengan besnya dimodifkasi enzim selepas
transkripsi. Dianatara bes yang termodifikasi termasuklah metilguanosin,
dimetilgunaosin, inosin, dimetilinosin, dihidrouridin dan pseudourodin
20
tRNA juga ditranskripsi daripada DNA tetapi tidak ditranslasi. Kebanyakan tRNA
mengandungi lebih kurang 75-80 nukleotida dan mempunyai sruktur sekonder yang
tinggi (interaksi pasangan bes) dan juga struktur tertiar (bukan ‘supercoiling’ tetapi
lipatan tambahan dalam ruang 3 dimensi). tRNA mempunyai bentuk daun cengkeh
(Rajah 17). Semua tRNA berakhir dengan ...CCA pada penghujung 3' . Asid amino
akan terikat pada penghujung 3' tRNAs membentuk aminoasil-tRNA ( tRNA bercas).
Antikodon, satu set 3 nukleotida,terdapat dilengkok struktur tengah daun cengkeh.
Antikodon merupakan komplemen (pasangan) kepada kodon mRNA, denganitu
membolehkan asid amino spesifik dibawa kepada mRNA mengikut jujukan yang
ditentukan.
Rajah 16: Struktur daun cengkeh tRNA
Aktiviti 1.3
Soalan:
Objektif
1. Pilih kenyataan yang BENAR mengenai RNA atau DNA
21
A. Hanya DNA merupakan penyimpan maklumat gen dalam sel hidupan
B. semua RNA hnaya mempunyai bes A, U, C dan G
C. Semua heliks dubel pusing kekanan
D. semua DNA mempunya galur minor dan major
E. Hanya RNA mempunya gula deoksiribosa
2. Pilih kenyataan yang PALSU
A. semua RNA ada bes urasil
B. semua RNA bertuk satu benang
C. tRNA mempunyai antikodon
D. tRNA mengenali asid amino yang spesifik
E. ribosom mengandungi perotein
Subjektif:
1. Apakah sebabnya RNA kurang stabil dibandingkan dengan DNA
Glosari
Istilah Makna/Takrifan
adenin Bes purin
antikodon Kod asid amino pada tRNA
allosterik Enzim yang dikesani modulator
diekspresikan Maklumat gen dikeluarkan dalam bentuk protein
ditranslasi Proses penghasilan protein dari mRNA
genetik Kod maklumat tersimpan dalam DNA
genom Gabungan maklumat gen
guanin Bes purin
hibridisasi
in vitro Di luar sel
kodon Kod asid amino pada mRNA
metabolit Bahan tindak balas
nukleosida Gabungan bes dan gula pentosa
nukleotida Gabungan bes, gula pentosa dan fosfat
pengklonan Penghasilan sel baru yang mempunyai maklumat
genetik yang sama
replikasi Pengahsilan molekul DNA baru dari templat DNA
ribosom Tapat sintesis protein
rRNA Pembawa jujukan nukleotida ketapak sintesis protein
sitosin Bes pirimidin
taimin Bes pirimidin khusus dalam DNA
topoisomer isomer topologi, perbezaan pada ‘supercoiling’
22
transkripsi Penyalinan DNA kepada RNA
tRNA Pembawa asid amino ketapak sintesis protein
urasil Bes pirimidin khusus dan RNA
UNIT
Biodata penulis
Nama penulis: Abu Bakar Salleh
No telefon: 03 89486101 samb 3635
Faks: 03 8943 0913
E-mail: abubakar@fsas.upm.edu.my (Pelajar digalakkan mengguna kaedah ini untuk
berhubung dengan penulis)
Jangkamasa belajar
Mengikut sinopsis kursus, bahagian enzim memerlukan 6 kuliah sementara bahagian
hormon memerlukan 3 kuliah. Anda disarankan meluangkan sekurang-kurangnya 3 jam
bagi setiap jam kuliah bagi mengulangkaji.
Cara belajar
Kursus ini menekankan pengenalan nama dan struktur. Struktur yang perlu diketahui
mungkin spesifik bagi sesuatu molekul, tetapi biasanya anda perlu mengetahui struktur
am bagi sesuatu kumpulan. Seterusnya anda dikehendaki mengetahui peranan molekul
berkenaan, dan fungsi molekul yang selalunya dikaitkan dengan struktur dan komposisi
kimia molekul.
23
Selain daripada membaca isi kandungan modul ini, anda disarankan mendapatkan sebuah
buku teks yang tersenarai dalam modul ini.
Walaupun begitu pemahaman dan penghayatan biokimia tidak mungkin didapati hanya
melalui pembaca. Anda perlu menulis dan melakar semula nota dan struktur supaya
ianya terpahat dalam minda. Aktiviti yang disediakan akan dapat membantu anda
membuat ulangkaji.
Sila hantar jawapan kepada soalan dan permasalahan kepada penulis unit ini. Sila
catatkan nombor unit , aktiviti dan soalan dalam komunikasi anda. Saya akan dapat
mengekstrak fail anda jika anda mengguna Window 98/Word 2000 atau edisi yang
sebelumnya.
Timbal balas akan dilakukan dalam masa 3 hari selepas penerimaan mesej kecuali
penulis tidak dapat ke pejabat dalam masa itu.
24
Molekul Pengatur/Pengawal Tindak Balas dalam
Sel
Pengenalan
Untuk memahami bagaimana tindak balas dalam sel dikawal dan diatur, kita perlu
mempelajari 2 topik asas, iaitu enzim dan hormon. Kedua kumpulan pengatur ini
mempunyai sifat dan ciri tindakan yang tersendiri, tetapi mereka sering juga berinteraksi
bagi menentukan sel berfungsi dengan efisien.
Untuk memahami bagaiman enzim dan hormon bertindak, kita perlu mengetahui
sifatnya melalui struktur asas dan rupanya. Seterusnya kita perlu mengetahui cara ia
bertindak.
ENZIM DAN KOENZIM
Tajuk-tajuk
1. Apakah itu enzim?
2. Konsep pemangkinan: kinetik tindak balas kimia, tenaga aktivasi
3. Struktur enzim:
4. Ciri enzim
5. Penamaan enzim dan klassifikasi
6. Ciri tindak balas enzim
7. Keaktifan enzim
8. Parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim
9. Kofaktor dan koenzim
Objektif Pembelajaran
Selepas selesai mempelajari unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat
1. Mengenali tentang enzim; sifat dan ciri tindak balasnya
2. Mengenali struktur enzim dengan penekanan kepada ciri proteinnya
3. Pengkalsan enzim
4. Memahami ciri tindak balas enzim
5. Mengenali dan memahami parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim
Parameter yang ditangani ialah
• kesan kepekatan enzim
• kesan kepekatan substrat
• kesan pH
• kesan suhu
25
• kesan perencat
6. Mengenali apakah itu kofaktor dan koenzim
1. 1 Apakah itu enzim?
1.1.1 Pemangkin dalam tindak balas
Untuk memahami ini peranan enzim, kita mesti memahami bahawa tindak balas kimia
perlu mempunyai pemangkin untuk membantu menjalankan tindak balas. Tanpa
pemangkin sesuatu tindak balas sukar untuk dijalankan.
Jika sesuatu substrat, S hendak ditukar kepada produk P, biasa tansformasi atau
pertukaran tidak berlaku dengan spontan. Kalau tidak tentulah susah bagai sesuatu
sebatian berada dalam sesuatu keadaan atau bentuk. Biasanya kita memerlukan tenaga
untuk menukar sesuatu bahan kepada satu bahan yang lain. Untuk medalami konsep
tindak balas yang menggunakan pemangkin cuba kita lihat prinsip kinetik kimia
1.1.2 Kinetik kimia
Teori keadaan transisi/sementara dan katalisis
E akt
Tenaga
S Rajah 1: Kinetik tindakbalas kimia
E net P
Progres tindak balas
Rajah profil tenaga satu tindak balas S→ P
E akt = tenaga aktivasi, perbezaan anatara tenaga keadaan S (atau penindak
balas) dan keadaan sementara (penindak balas)
E net = Perbezaan tenaga antara S dan P
Teori kinetik moden menyarankan bahawa bagi setiap tindak balas, penghasilan sesuatu
produk didahului oleh satu keadaan transisi/sementara yang merupakan keadaan
teraktif S. Tenaga aktivasi perlu diadakan untuk membawa substrat ketahap transisi
sebelum ianya bertukar kepada produk.
26
A*
Tenaga
A* E akt1
E akt2 Rajah 2: Kinetik
S tindakbalas kimia
dengan enzim
P
Progres tindak balas
E akt1 ialah tenaga aktivasi tanpa pemangkin
E akt2 ialah tenaga aktivasi dengan pemangkin
Mengikut teori keadaan sementara, sesuatu pemangkin berfungsi dengan menambah
kadar penghasilan bahantara sementara. Ini dialkukan dengan mengurangkan tenaga
aktivasi.
Nota : Tenaga P tidak semestinya rendah dari S. Jika P mempunyai tenaga dalaman
(internal energy) yang lebih rendah dari S, tenaga akan dibebas ke sekitaran. Tindakbalas
ini dipanggil eksothermik. Sebaliknya jika P mempunyai tenaga dalaman yang lebih
tinggi dari S, tindakbalas ini dipanggil endothermik
Aktiviti 1.1
1. Cuba anda lukis rajah kinetik tindak balas kimia di mana tenaga dalaman P lebih
tinggi daripada S. Catatkan lokasi tenaga aktivasi dan mutlak di atas rajah itu.
2. Dengan menggunakan gambarajah, terangkan bagaimana enzim dapat membantu
meningkat kadar tindakbalas. Soalan ini hanyalah merupakan latihan. Anda hanya perlu
menyalin semula Rajah 2! Adakah anda faham perkara yang hendak disampaikan oleh
rajah ini?
3. Soalan objektif:
Pernyataan yang manakah sesuai untuk enzim
A. enzim menukar tahap keseimbangan
B enzim adalah spesifik kepada substrat yang tertentu
C. enzim menyediakan teanga aktivasi
D. semua enzim adalah protein
E. enzim termusnah di dalam tindakbalas yang dimangkin
27
1.1.2 Enzim
Enzim merupakan pemangkin biologi. Enzim mempercepatkan tindak balas dalam sel
hidupan. Enzim adalah lebih efisien dari ebarang pemangkin buatan manusia. Ia
bertindak pada keadaan yang sederhana dan mempunyai ciri spesifik dalam pemilihan
substrat yang di tindak balasnya. Enzim tersebar luas dalam sel .
1.1.3 Enzim konstitutif dan induktif
Enzim konstitutif: ialah enzim yang sentiasa dikeluarkan oleh sel kerana keperluannya
senatiasa ada. Sementara enzim induktif memerlukan aruhan sebelum disintesis dalam
sel untuk sesuatu keperluan.
1.1.4 Bagaimana enzim berfungsi sebagai pemangkin
Bagaimanakah enzim dapat berperanan sebagai pemangkin? Enzim mengikat substrat
dengan cara dimana ikatan yang hendak ditindakbalas diletak berdekatan dengan pusat
pemengkinan di tapak aktif.Terdapat 4 faktor utama yang menyumbang kepada
kemampuan enzim sebagai pemangkin
• Diorientasi kepada kumpulan pemangkin supaya keadaan transisi mudah
terhasil
• Setengah enzim mungkin bergabung dengan substrat supaya menghasil
bahantara sementara yang mengandungi ikatan kovalen tidak stabil, yang mudah
bertukar kepada produk
• Mengadakan kumpulan berfungsi yang menghasilkan katalisis umum asid bes
• Menimbul ketegangan dan kebengkokan dalam ikatan substrat, membawa
kepada kepecahan ikatan berkenaan
1.2 Struktur enzim
Sejak mula enzim ditemuai, enzim telah dikenal pasti sebagai protein. Tetapi akhir-akhir
ini terdapat penemuan dimana sekumpulan asid ribonukleik (RNA) telah dapat
berfungsi sebagai pemangkin. Enzim yang berasaskan asid nukleik diberi nama
ribozim. Kita akan menumpukan perhatian kita kepada protein sebagai molekul enzim.
Tetapi kita jangan lupa bahawa ribozim juga berfungsi serupa dengan enzim protein.
1.2.1 Struktur enzim protein
Pada dasarnya enzim diasaskan oleh protein. Biasanya protein berbentuk globular dan
mempunyai struktur tertiar dan kuarterner protein Struktur 3 dimensi protein amatlah
penting dalam fungsi protein. Keutuhan struktur 3 dimensi memainkan peranan penting
dalam menentukan keaktifan enzim. Komposisi dan jujukan asid amino yang merupakan
monomer kepada protein tentulah mempunayi peranan utama dalam menentukan
28
struktur tertiar protein. Penyelidik telah membahagikan residu-residu asid amino yang
membangunkan sesuatu molekul enzim kepada 4 kumpulan
• Residu struktur
• Residu pemangkinan
• Residu pengikatan
• Residu tak perlu
Kumpulan 1 hingga 3 adalah penting dalam menentukan samada molekul protein dapat
berfungsi sebagai pemangkin dengan efisien. Pertukaran atau modifikasi kepada mana-
mana asid amino dalam kumpulan ini pasti menjejaskan keaktifan enzim itu.
1.3. Penamaan enzim dan klassifikasi
Padas mulanya setiap penyelidik yang menemui sesuatu enzim telah memberi namanya
sendiri. Kita akan sebut nama yang diberi ini sebagai nama am. Oleh itu terdapat satu
enzim yang mempunyai nama yang berlainan. Tambahan pula sesetengah nama yang
diberi tidak memberi sebarang maklumat atau penerangan seperti tripsin, pepsin dan
kaimotripisin. Ini menimbulkan kesukaran dalam mengenali enzim itu. Pada tahun 1964,
Suruhanjaya Antarabangsa Enzim telah mengemukakan satu sistem klasifikasi dan
penaman bagi enzim, dalam usaha menyelaras penamaan enzim. Penamaan ini dipanggil
nama sistematik. Enzim dikenali dan diklaskan berasaskan jenis tindak balas .
Didapati semua enzim yang telah ditemui dapat dibahagikan kepada 6 kumpulan utama.
Seterusnya setiap kumpulan boleh di bahagikan lagi untuk pengklasan yang lebih teliti.
Klas utama Jenis tindak balas
Oksido reduktase
Transferase
Hidrolase
Liase
Isomerase.
Ligase
Enzim berkaitan dengan pengoksidaan reductan.
Pemindah kumpul;an(radikal) seperti metil, asil, glikosil,
amina, fosforil dan lain-lainnya...
Tindakbalas substrate mengandungi air menghasilkan dua
produk
Penyahan kumpulan tanpa air
Pengauran molekul dalam substrat
Tindak balas sintetik, pergabungan 2 molekul
Jadual 1. Klasifikasi enzim
Seterusnya setiap kumpulan utama diberi nombor 1 hingga 6, sementara kelas-kelas dibawah
kumpulan ini juga diberi nombor pengenalan tersendiri, dengan tujuan mengkelaskan setiap
enzim kepada satu enzim yang jelas.
29
• No. pertama : Kumpulan utama
• No. kedua : sub-klas
• No. ketiga : sub-sub- klas
• No.keempat : nombor siri dalam sub-sub- klas
Contoh
COOH COOH
CH2 + FAD CH + FADH2
||
CH2 CH
COOH COOH
Nama am: suksinat dehidrogenase
Nama sistematik: suksinat : FAD oksidoreduktase
EC No.: 1 . 3 . 99 . 1
Penjelasan:
1 : termasuk dalam klas Oksidoreduksi
3 : kerana bertindak keatas kumpulan penderma > CH-CH
99: kerana penerima, FAD, yang diklaskan sebagai "yang lain"
1 : siri pertama dalam sub-subklas 99
Aktiviti 1.2
1. Soalan objektif
a. Kaji tindak balas berikut:
Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP
Kumpulan enzim ini ialah:
A. oksidoreduktase
B. transferase
C. hidroliase
D. isomerase
E. liase
30
2. Soalan subjektif:
a. Senaraikan kumpulan enzim mengikut Suruhanjaya Enzim. Jelaskan ciri
tindakbalas setiap kumpulan
1.4 Ciri enzim
enzim dikatakan mempunyai ciri yang lebih baik daripada pemangkin inorganik. Dua
ciri utama yang memberi kelebihan kepada enzimialah:
• Spesifisiti
• Keadaan tindak balas yang sederhana
1.4.1 Spesifisiti enzim
Spesifisiti enzim dikatakan timbul daripada konformasi tapak aktif. Tapak aktif
merupakan acuan yang dapat mengenali substrat yang khusus, yang sepadan dengan
bentuk acuan yang tersedia. Ahli enzimologi mengemukakan 2 jensi spesifisiti yang
terdapt pada enzim
• Spesifisiti: mutlak dan
• Spesifisiti relatif
Dua model telah dikemukakan bagi menggambarkan sifat spesifisiti diatas
Model kunci dan mangga
Model ini sesuai bagi enzim yang mempunyai spesifisiti spesifik. Enzim digambarkan
sebagai mangga yang hanya boleh dipadankan oleh anak kunci (substrat) (Rajah 3).
Mengikut modelini, enzim mempunyai tapak aktif yang berbentuk sepsifik dan tetap
kepada bentuk sesuatu substrat. Hanya substrat yang padan boleh masuk kedalam tapak
aktif ini, sebelum pemangkinan berlaku.
Teori ransang dan padan
Sementara teori ini menggambarkan sifat spesifisiti relaltif dimana satu enzim dapat
memangkin satu kumpulan substrat yang hampir serupa. Enzim mempunyai tapak aktif
yang lebih fleksibel kepada satu kumpulan substrat. Jika sesuatu substrat menghampiri
tapak aktif, kehadiran substrat mengaruh bentuk tapak aktif kepada acuan yang lebih
spesifik kepada substrat itu.
31
Enzim dan substrat kompleks- ES Produk
Tapak aktif
E S E P
Rajah 3: Model mangga dan anak kunci
1.4.1. Keaktifan enzim
Semua aspek keaktifan enzim bergantung kepada kehadiran tapak aktif pada molekul
enzim. . Keaktifan diukur melaui aktiviti enzim. Aktiviti enzim ialah kadar tindak
balas. Ia diukur dengan mengukur penghasilan produk mengikut unit masa.
Produk Rajah 4: Penghasilan produk mengikut
masa
masa
Jika kita membuat ujikaji dimana kita mengukur penghasilan produk mengikut masa kita
akan mendapati sebuah graf seperti Rajah 3. Penghasilan produk akan bertambah
mengikut masa hingga substrat kehabisan. Aktiviti boleh diukur dengan menentukan
kuantiti produk yang terhasil pada satu jangkamasa yang tetap. Mengikut Rajah 4,
pengukuran mestilah dibuat pada jarak garis lurus. Dalam enzimologi , aktiviti enzim
diambil pada jangkamasa yang terawal tindak balas berlalu dan dipanggil aktiviti awal
atau halaju awal.
32
1.4.2 Unit aktiviti
Unit yang selalu dipakai ialah unit (U) atau lebih tepat dipanggil unit antarabangsa (IU).
Satu IU ditakrifkan sebagai kadar penghasilan 1 µµµµmole produk dalam satu minit.
Suruhanjaya Enzim telah mengemukakan unit katal yang ditakrif kan sebagai kadar
penghasilan 1 mol produk dalam satu saat.
Aktiviti 1.3
1. Soalan objektif
Enzim yang mempunyai spesifisiti relatif
A. mempunyai konfigurasi tapak aktif yang tetap
B. mempunyai satu substrat yang khusus
C. konformasi protein yang tetap
D. bertindak dengan substrat yang berlainan
E. mampu mengubah sedikit bentuk tapak aktif untuk dipadankan dengan substrat-
substrat yang hampir sama
2. Soalan subjektif:
Lukiskan satu graf hasil lawan masa dan tandakan bagaimana kadar tindak balas
ditentukan.
3 Cuba anda tukar unit IU kepada unit katal.
Penyelesaian
1 IU = 1 µmole per minit = 1 µmole per 60 saat = 16.7 ηmole per saat
Bersamaan 16.7ηkatal !
1.5 Parameter yang mengesan keaktifan enzim
Kesan masa
Kesan masa terhadap penghasilan produk digambarkan pada Rajah 4. Bagi kepekatan
enzim dan substrat yang tetap, penghasilan produk akan meningkat mengikut masa
hinggalah substrat kehabisan. Kelok ini dipanggil kelok progres tindak balas dan
digunakan untuk penentuan aktiviti enzim. Jika graf ini di ubahsuai kepada graf aktiviti
enzimmelawan masa kita akan melihat graf seperti Rajah 5.
33
V
Masa
Rajah 5. Aktiviti enzim mengikut masa
1.5.2 Kepekatan enzim
Aktivit enzim akan meningkat dengan peningkatan kepekatan enzim hinggalah substrat
mkenjadi faktor penghad (Rajah 6)
V
{E}
Rajah 6. Kesan kepekatan enzim
terhadap aktiviti enzim
1.5.3 Kesan kepekatan substrat
Vmax
Vmax
2
Vo
Km
{S}
Rajah 7. Kesan kepekatan substrat
terhadap aktiviti enzim
34
Rajah 7 menggambarkan kesan peningkatan kepekatan substrat terhadap aktiviti enzim,
pada kepekatan enzim yang tetap. Di peringkat awal, aktiviti meningkat dengan
penambahan substrat, tetapi aktiviti akan mendatar bila enzim sudah menjadi tepu pada
peringkat kepekatan substrat yang tinggi. Kelok ini dipanggi kelok Michaelis-Menten
dan merupakan sebuah kelok hiperbola segiempat. Perlakuan ini hanya dipakai dengan
tindak balas satu substrat.. Ia boleh juga digambarkan melalui persamaan Michaelis-
Menten. Harus diingat bahawa tidak semua enzim mengikut hukum Michaelis-Menten.
Walau bagaimana pun perlakuan ini memberi kefahaman asas dalam kajian enzimologi.
Melalui graf ini kita dapat menentukan 2 parameter kinetik enzim iaitu aktiviti
maksimum, Vmax dan angkatap Michaelis, Km. Jika kita lihat persamaan Michaelis-
Menten, diperingkat kepekatan S adalah tinggi, Km+[S] akan menuju kepada nilai [S].
Ini bermakna, Vo = Vmax , iaitu aktiviti pada tahap maksimum. Sebaliknya jika kita
meletak nilai Vo = Vmax , kedalam persamaan Michaelis-Menten, kita akan mendapat
Km = [S]. Oleh itu kita boleh mentakrif Km sebagai kepekatan substrat yang akan
menghasilkan setengah aktiviti maksimum. Nila Km enzim kepada sesuatu substrat
menggambarkan keafinan enzim itu kepada sesuatu substrat.
Vo = Vmax [S]
Km+[S]
Dimana Vo ialah aktiviti awal enzim pada setiap kepekatan S
S ialah substrat
Vmax ialah aktiviti maksimum pada kepekatan enzim yang diguna
Km ialah angkatap Michaelis
Walau pun, kita dapat menetukan parameter kinetik Vmax dan Km melalui graf Michaelis-
Menten, kaedah ini hanyalah satu penganggaran, kerana tahap Vmax adalah juga satu
penganggaran. Oleh itu beberapa kaedah lain yang berasaskan pengolahan semula
persamaan Michaelis-Menten telah dikemukakan untuk membolehkan penentuan
parameter kinetik yang lebih tepat.
1/V
Rajah 8: Graf Lineweaver-Burk
1/S
35
cerun = -Km
Vo
Vmax
Rajah 9.Graf Eadie-Hofstee Km
Vo
S
Rajah 10 Graf Wolf
S/Vo
Cerun = 1/Vmax
Km/Vmax
S
Lihat Rajah 8, 9 dan 10 yang menggambarkan kaedah grafik yang lain,berasaskan
pengolahan ke atas persamaan Michaelis Menten.
1.5.4 Kesan suhu
Kesan suhu keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor. Sebagai protein , ia akan
mengalami proses denaturasi bila suhu menjangkau kepada satu tahap. Proses denaturasi
akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat keaktifan enzim.
Sementara itu mengikut kinetik kima, peningkatan suhu akan menambah kadar
pertembungan bahan-bahan yang bertindak balas, dan seterusnya memudahkan lagi
penghasilan bahantara sementara, dan produk. Dua faktor ini akan dilihat secara
menyeluruh deng an terhasilnya profil aktiviti lawan suhu. Setiap enzim akan
mempunyai suhu optimum (Rajah 11)
36
suhu. optimum
10 20 30 40 50 60 70 80
suhu
Rajah 11. Graf aktiviti melawan suhu bagi 2 jenis enzim
1.5.5 kesan pH
Kesan pH keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor juga. Sebagai protein , ia akan
mengalami proses denaturasi bila pH berada pada tahap yang ekstrim. Pertukaran cas
pada residu asid amino akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat
bentuk tapak aktif dan konformasi keseluruhan molekul enzim. Di samping itu,
pertukaran ciri ionik mungkin melibatkan residu asid amino pada tapak aktif yang
terlibat terus dengan proses pemangkinan.
Rajah 12 menggambarkan profil aktiviti lawan pH. Enzim juga a kan memberi nilai pH
optimum yang merupakan ciri sesuatu enzim.
Pepsin pH optimum
tripsin
aktiviti
2 4 6 8 10
pH
37
Rajah 12: Graf akiviti lawan pH bagi 2 jenis enzim
1.5.6 Kesan Perencat
Kehadiran peransang dan perencat merupakan faktor penting dalam tindakbalas enzim
Peransang dan perencat berperanan sebagai pengawal halus tindak balas. Sementara itu
kehadiran bahan asing seperti dadah dan racun turut menggugat tindakbalas enzim,
seterusnya mengganggu proses metabolisme sel.
Di bahagian ini kita akan memberi perhatian kepada perencat.Terdapat 3 jenis perencat
yang dikemukakan sebagai asas dalam kajian perencatan enzim
1.5.6.1 Perencat bersaing
Perencat bersaing mempunyai bentuk yang agak sama dengan substrat enzim. Perencat
bersaing dengan substrat untuk masuk kedalam tapak aktif. Keadaan ini akan
merendahkan aktiviti enzim pada sesuatu kepekatan substrat. Jika substrat ditambah, ia
kan dapat melawan kesan substrat, akhirnya nilai Vmax asal akan tercapai. Sementara
itu nilai Km akan meningkat dengan kehadiran perencat. Ciri ini dapat dilihat dengan
jelas pada graf Lineweaver-Burk (Rajah 13)
dengan perencat
tanpa perencat
1/V
1/S
Rajah 13 : Kesan perencat bersaing
1.5.6.2 Perencat bukan bersaing
Enzim yang direncat oleh perencat bukan bersaing mempunyai tapak asing bagi
perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat.
Kemasukan perencat kedalam tapak perencat akan mempengaruhi tapak aktif hingga
menyebabkan berlaku perubahan kepada bentuk tapak aktif. Substrat tidak dapat masuk
ke tapak aktif dan pemangkinan tidak berlaku.
Dari segi kesan keatas parameter kintek enzim, di dapati Km tidak berubah tetapi Vmax
adalah lebih rendah dari asal (Rajah 14)
38
1/v dengan perencat
tanpa perencat
1/S
Rajah 14. Graf menggambarkan kesan perencat bukan bersaing
1.5.6.3 Perencat tak bersaing
Enzim yang direncat oleh perencat tak bersaing juga mempunyai tapak berasingan bagi
perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat.
Perbezaan dengan perencat bukan bersaing hanyalah dari segi keupayaan substrat masuk
ke dalam tapak aktif. Substrat tetap dapat masuk ke dapat aktif sama ada perencat
masuk dahulu atau terkemudian darinya kedalam tapak perencat. Tetapi hasilnya ialah
kompleks enzim-substrat-perencat yang tidak mampu meruskan proses pemangkinan.
Dari segi kesan keatas parameter kinetik enzim, di dapati Km dan Vmax adalah lebih
rendah dari asal (Rajah 15). Garis lurus yang selari akan dapat dilihat dalam graf
Linewever Burk.
dengan perencat
2I
1/V I
tanpa perencat
1/S
Rajah 15. Graf menggambarkan kesan perencat tak bersaing
I ialah satu kepekatanperencat, sementara kepekatan digandakan bagi 2I
39
Aktiviti 1.4
1. Soalan objektif
a. Kaji kenyataan di bawah, mengenai bagaimana pH mengesan aktiviti enzim
P. kadar pertembungan substrat-enzim meningkat
Q. pertukaran cas ionik
R. denaturasi protein
S. pertukaran komformasi
T. pertukaran jujukan asid amino
Kenyataan yang BENAR ialah
A. P
B. P, Q
C. Q, R
D. Q, R, S
E. Q, R, S, T
b. Pilih kenyataan yang kurang tepat mengenai ciri tindak balas enzim.
Enzim bertindak
A. Enzim bertindak biasanya pada suhu yang sederhana
B. Enzim bertindak dengan substrat yang spesifik
C. Enzim bertindak biasanya pada tekanan yang sederhana
D. Km berbeza bagi berlainan substrat
E. semua enzim mengikuti hukum Michalis-Menten
2. Soalan subjektif
a. Terangkan bagaimana pH dapat mengesan aktivit enzim
b. Lakarkan plot Lineweaver Burk. Berasaskan graf ini, nyatakan bagai mana anda
dapat mengira nilai Km dan Vmax
2. Kofaktor dan koenzim
Sesetengah enzim memerlukan bantuan sebatian lain untuk menjalankan peranannya
sebagai pemangkin. Sebatian pembantu ini adalah bukan protein. Enzim yang
mempunyai pembantu ini dipanggil haloenzim. Enzim yang dipisahkan dari
pembantunya dipanggi apoenzim. Sementara kumpulan pembantu dipanggil kumpulan
prosthetik.
40
Kita akan berbicara tentang kumpulan prosthetik, yang secara umumnya dikenali
sebagai kofaktor. Kofaktor pula boleh dibahagikan kepada kofaktor dan koenzim.
Kofaktor diasaskan dari sebatian inorganik sementara koenzim diasaskan dari sebatian
organik. Jadi kofaktor ialah kumpulan umum bagi sub-kumpulan iaitu kofaktor dan
koenzim. .
2.1 Kofator
Peranan kofaktor dan koenzim ialah menjadi pembawa sementara kumpulan berfungsi
atom spesifik atau elektron yang dipindahkan dalam keseluruhan tindak balas.
Kofaktor biasanya berasaskan ion logam yang diperlukan dalam bentuk logam surih.
Logam surih termasuklah ion ferum(Fe+2
), Mg+2
, Mn+2
, Zn+2
, Al +3
dan Cu+2
. Ion
logam ini menjadi komponen penting sesetengah enzim(Jadual 2). Tanpanya enzim tidak
akan berfungsi.Di sinilah timbul keperluan kepada logam surih dalam pemakanan kita.
Ion logan Enzim
Zn+2
karbonik anhidrase karbokspeptidase,
fosfohidrolase, fosfotransferase
Fe+2
atau Fe+3
Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase
Mn+2
Arginase
Mg+2
Glukokinase, glukofosfatase
Cu+2
Sitokrom oksidase
Rajah 2. Contoh enzim yang memerlukan logam surih sebagai kofaktor
2.2 Vitamin sebagai prekursur koenzim
Sudah menjadi satu ciri koenzim bahawa organisma atasan tidak dapat mensintesisnya
dan perlu mengambilnya melalui makanan. Keperluannya adalah sedikit sahaja setiap
hari, tetapi keperluannya adalah kritikal. Jadual 3 di bawah menunujukkan jenis-jenis
vitamin, koenzim yang dihasilkan, tindak balas yang dimangkinkan dan seterusnya
masalan/penyakit yang timbul jika kekurangan vitamin ini..
Koenzim dan
vitaminyang berkaitan
Koenzim Tindak balas yang memerlukannya,
masalah kekurangan
Larut air
Thiamine (vitamin B1)
Sumber - bijiran
TPP Dekarboksilasi.
Kekurangannya akan menyebabkan
penyakit beri-beri, lemah jantung dan
gangguan mental
41
Riboflavin FAD redoks kerencatan pertumbuahan
niacin
Piridin nukleotida redoks
Kekurangannya akan menyebabkan
pellagra, black tongue (anjing)
Asid Pantothenik
Koenzim A Pemindahan asil
Kekurangannya akan memberi simptom
gastrik diarrhea , kulit : ‘carrification’,
hilang pigmen, ‘desquamation’;
pendarahan dan nekrosis korteks
adrenal dengan peningkatan
keinginan untuk garam
Vitamin B6
piridoksal
piridoksin
- piridoksan
Metabolisme asid amino: transaminasi
Kekurangannya akan hanya dilihat
pada bayi dan wanita hamil
bayi : sawan.
Tindak balas asid amino lain:
Dekarboksilasi, racemisasi’
Kekurangannya akan menyebabkan
Dermatitis
Folic acid
Dihidro-, tetrahidro
folat
sumber atom 1 unit karbon
anemia
Asid lipoik Asid lipoik Pemindahan asil
Masalah pertumbuhan
Vitamin B12
koenzim B12 :
nucleosid adenina
4 tindak balas umum: pemotongan C-C,
pemotongan C-O, pemotongan C-N
dan pengaktifan metil
Vitamin C
Tak pasti bagaimana berfungsi.
Kekurangannya akan menyebabkan
‘scurvy’, pendarahan dan gigi
longgar.Di katakan berkesan bagi
menghindar selesema.
Larut lemak
Vitamin A
mekanisma fisiologi penglihatan.
Ada juga penglibatan dalam
pertumbuhan biasa sel,
mengesan tulang rangka
Vitamin D
- sumber : hati, ikan, susu menambah penyerapan kalsium dari
fosfat dalam usus. Kesan terus proses
kalsifikasi - kekurangan akan
merendahkan perkumuhan fosfat dan
pembuangan melalui buah pinggang,
rickets : penyakit tulang
42
Vitamin E kekurangan masalh reproduksi dalam
tikus
antioksidan - menahan tindakan O2
ke atas asid lemak (yang menghasikanl
peroksida)
Vitamin K
Masalah pembekuan darah
Jadual 3. Vitamin, koenzim dan kesannya
Perhatikah bahawa koenzim dibahagikan kepada 2 kumpulan samada larut dan tak larut air, berasaskan
ciri sebatian kimianya.
Aktiviti 1.5
Pada amnya, bahagian ini banyak memerlukan ingatan anda tentang jenis, tindakan atau kesan
kofaktordan koenzim.
1. Soalan objektif
Vitamin A dikaitkan dengan
A. penglihatan
B. pertumbuhan yang sempurna
C. penyakit kulit
D. selsema
E kekuatan tulang
2. Soalan subjektif:
Apakah kaitan vitamin dan enzim. Nyatakan kumpulan vitamin dan beri 2 contoh setiap
satu kumpulan.
3 Sep 00
43
Biodata penulis (untuk Unit ..)
Nama penulis: Abu Bakar Salleh
No telefon: 03 89486101 samb 3635
Faks: 03 8943 0913
E-mail: abubakar@fsas.upm.edu.my (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk
berhubung dengan penulis)
UNIT
Hormon
1.0 Pengenalan
Hidupan biologi di peringkat tinggi adalah kompleks dan memerlukan sistem
pengawalan yang lebih canggih. Oleh itu satu sistem penghantar signal adalah
diperlukan. Sel boleh menyampaikan sesuatu signal dengan pantas menghantar melalui
sistem sarap atau pun melaui sistem yang lebih lambat bagi melakukan sesuatu
perubahan iaitu melalui sistem endokrin. Sistem endokrin merupakan sistem
mengandungi kelenjar tanpa saluran yang mengeluarkan hormon sebagai penyampai
intersel.
Dalam unit ini kita akan mengenali satu lagi kumpulan biomolekul, hormon yang
berperanan mengawal atau mengatur tindak balas. Sementara satu enzim mengawal satu
tindak balas, hormon mempunyai peranan yang lebih besar iaitu mengawal sesuatu
proses dalam sel.
Tajuk-tajuk
1. Pengenalam
2. Kelenjar dan hormon
3. Klasifikasi hormon
4. Cara hormon bertindak
5. Hormon dan peranannya
6. Pemesan kimia yang lain
7. Klassifikasi hormon tumbuhan
8. Hormon tumbuhan dan perananya
9. Contoh struktur hormon tumbuhan
Objektif Pembelajaran
1. Memperkenalkan apakah sistem endokrin dan fungsinya dalam pengawalan
proses sel
2. Mengenali hormon dan tindakannya
3. Mengenali hormon tumbuhan dan peranannya
44
4. Mengenali pemesan kimia yang lain.
1.1 Pengenalam
Apakah yang dimaksudkan dengan sistem endokrin?
Sistem endokrin ialah satu kumpulan kelenjar yang merembeskan penyampai kimia
yang di panggil hormon. Hormon ialah sejenis bahan kimia yang dikeluarkan di satu
bahagian badan dan mempunyai sasaran di bahagian badan yang lain
Hormon dan enzim berperanan sebagai pengawal/pengatur kimia dalam sel multisel.
Signal ini disalurkan melalui darah kepada sel sasaran yang mempunyai reseptor sel
yang spesifik kepada hormon berkenaan.
1.2 Kelenjar dan hormon
Lebih 50 jenis hormon telah ditemui dalam badan manusia. Hormon dirembers oleh
kelenjar tertentu. Lokasi kelenjer digambarkan dalam Rajah 1 dan hormon (utama) yang
dirembes oleh kelenjar ini dibentangkan dalan Jadual 1
Kelenjar Hormon
Pineal
Haipothalamus Faktor pelepas kortikotropin
Faktor pelepas Gonadotropin
Faktor pelepas Tairotropin
Faktor pelepas Hormon pertumbuhan
Pituitari - anterior
Adrenokortitropik
Tairotropin
Peransang folikel
leutinasi
- posterior Vasopresin
oksitoksin
Tairoid tairoksin
Paratairoid Paratairoid
Thaimus
Adrenal - korteks Glukokortikoid, mineralokortikoid, estrogen, androgen
- medulla Epinephrin, norepinephrin
Pankreas Insulin, glukagon
Ovari estrogen
testis androgen
Jadual 1: Kelenjar dan hormon yang dirembes
45
Rajah 1: Lokasi kelenjer dan hormon manusia
haipothalamus
46
1.3 Klasifikasi hormon
Hormon dibahagikan kepada 2 kumpulan mengikut sifat fisikokimianya (Jadual 2)
Kumpulan Hormon
Larut air Faktor pelepas kortikotropin
Faktor pelepas gonadotropin
Faktor pelepas tairotropin
Faktor pelepas hormon pertumbuhan
Tairotropin
Leutinasi
Peransang folikel
Vasopresin
Oksitoksin
Tairoksin
Insulin
Glukagon
Epinephrin
norepinephrin
Larut lemak Adrenokortitropik
Glukokortikoid
Mineralokortikoid
Estrogen
androgen
Jadual 2: Klasifikasi hormon
Atau kepada 3 kumpulan mengikut struktur asasnya (Jadual 3)
Kumpulan Hormon
steroid Adrenokortitropik
Glukokortikoid
mineralokortikoid, estrogen, androgen
Peptida Faktor pelepas kortikotropin
Faktor pelepas gonadotropin
Faktor pelepas tairotropin
Faktor pelepas hormon pertumbuhan
47
Tairotropin
Leutinasi
Peransang folikel
Vasopresin
Oksitoksin
Insulin
Glukagon
Terbitan asid amino Epinephrin
norepinephrin
Tairoksin
Jadual 3 Klasifikasi hoprmon
Seterusnya kita perlu melihat beberapa contoh struktur bagai setiap kumpulan.
1.3.1 Steroid
Kumpulan ini mengasakan strukturnya daripada moleuk steroid. Steroid yang b paling
dikenali ialah kolesterol. Oleh itu jangan memikirkan kolesterol sebagai satu seabtian
jahat. Ia mempunyai banyak fungsi penting dalam badan, dan prekursor hormon ialah
salah satu peranan penmtingnya.
Anda perlu mengetahui struktur kolesterol sahaja. Struktur lain adalah untuk makluman.
Anda perlu mengetahui hormon yang berasakan struktur kolesterol.
Satu sub-kumpulan hormon steroid ialah hormon seks. Ia terbahagi kepada seks hormon
lelaki (androgen, nama umumnya) dan hormon seks wanita (estrogen)
48
49
Rajah 3: Hormon steroid
Androgen Testosterone
Estrogen Estradil, progesterone
Jadual 4: Kumpulan hormon seks
1.3.2 Peptida
Rajah 3: Contoh hormon peptida (insulin)
Hormon ini diasaskan oleh peptida pendek.Contoh yang paling dikenali ialah insulin,
hormon yang mengawal tahap glukosa dalam darah.
50
1.3.3 Terbitan asid Amino
Rajah 4: Struktur hormon terbitan asid amino (epinephrin)
Hormon ini merupakan sekumpulan hormon yang penting diwakili oleh hormon
epinephrin atau adrenalin. Epinephrin bertindak melalui satu proses yang bertali
bermula dengan berkomplek dengan reseptor dipermukaan membran hinggalah kepada
hidrolisis glikogen dalam sel. Tairoksin juga bermula dengan asid amino, dan
mempunyai fungsi yang berkaitan dengan pengawalan kadar metabolisme.
1.4 Cara hormon bertindak
1.4.1 Hormon dan ciri pengawalan :
Sistem endokrin mempunyai 2 ciri utama.
• Sistem kawalan yang perlahan
Berbanding dengan sistem saraf, sistem endokrin adalah perlahan dari segi
kesannya. Hormon yang dirembes oleh sesuatu kelenjar akan dibawa oleh darah ke
sel sasaran. Setrusnya hormon akan mengaktifkan proses yang akan membawa
kesan yang dikehendaki. Enzim bertindak lebih cepat dari hormon memandangkan
enzim bertindak ke atas sesuatu tindak balas yang spesifik.
• dan amplifikasi
Memang hormon mempunyai spesifisiti dari segi tindakan. Hormon mempunyai
reseptor yang khusus pada sel sasaran. Dengan itu sesuatu hormon akan dapat
membawa kesan yang dikehendakai pada sel sasaran. Enzim pula spesifisik kepda
substrat yang khusus. Di samping itu hormon mempunyai kesan amplifikasi. Enzim
dapat mepercepatkan kadar tindak balas. Hormon pula dapat melipatkan ganda
kesannya.
1.4.2 Hormon larut air
Hormon larut air tidak melangkaui membran. Ia akan melekat pada reseptor protein pada
membran. Biasanya pergabungan hormon dan reseptor ini mengaktifkan penyampai
kedua, yang seterusnya mengaktifkan protein yang sedia ada dalam sitoplasma. Protein
yang aktif akan dapat benfungsi sebagai enzim memangkin sesuatu tindak balas.
51
1.4.3 Hormon tak larut air
Hormon steroid boleh melampaui membran plasma and bertindak dalam 2 langkah. Di
dalam sel, hormon akan melekat kepada reseptor pada membran dan menghasilkan
kompleks hormon-reseptor yang aktif. Kompleks ini akan masuk ke dalam sel dan
bergabung dengan DNA seterusnya merangsang gen yang tertentu, Kesannya ialah
penambahan penghasilan protein yang khusus yang akan mempengaruhi sesuatu tindak
balas.
1.5 Hormon dan tindakannya
Hormon tindakan
Hormon pertumbuhan (GH) (GH ) penting dalam pertumbuhan.
Pertumbuah sel, sulfasi tulang.
Kekurangan GH menyebabkan kekerdilan
menakala GH yang berlebihan akan
menyebabkan kegergasian.
Faktor pelepas kortikotropin Melepaskan kortikotropin
Faktor pelepas gonadotropin Melepaskan gonadotropin (leutinasi,
peransang folikel)
Faktor pelepas tairotropin Melepaskan tairotropin
Faktor pelepas hormon pertumbuhan Melepaskan hormon pertumbuhan
Tairotropin
Melepaskan tairoksin
Peransang folikel Meningkatkan protein dalam sperma,
meransang penuan ovum, hasilkan
estradiol
leutinasi Sintesis dan pembebasan testosteron,
progesteron
prolaktin Meransang penghasilan susu
Adrenokortitropik
Tingkat sintesis dan penghasilan kortisol
Vasopresin Keseimbangan air dan garam
oksitoksin Pengeluaran susus
tairoksin Peransang oksidasi dalam banyak sel
kortisol Adaptasi kepada tekanan dalam sel,
peningkatan glikogen dalam hati, kenaikan
tekanan darah
progesteron Pembahagian galn mamari, penyediaan
endometrium uterus untuk implantasi
testosteron Penghasilan protein untuk sperma, ciri
kelakian
estradiol Kawal perembesan gonadotropin,
52
penyelenggaraan kitaran ovari, penyediaan
endometrium uterus
aldosteron Pengambilan ion natrium, tekanan naik
darah, isipadu cecair meningkat
Epinephrin, Pengaktif cAMP, tingkat gula dal;am darah
Insulin penggunaan glukosa oleh sel, ransang
sintesis glikogen (hati), tingkat glukosa
dalam darah
ransang otot mengambil asid amino dari
darah untuk sintesis protein.
ransang sintesis lemak
glukagon Meningkatan penggunaan glukosa oleh sel
, kurang glukosa dalam darah
Jadual 5: Hormon dan peranannya
1.6 Pemesan kimia yang lain.
Interferon ialah sejenis proteins dibebaskan oleh sel yang diserang oleh virus.
Mengyebabkan sel berjiran menghasilkan protein antivirus yang boleh memusnahkan
virus itu
Prostaglandin ialah sejenis asid lemak yang bertindak seumpama hormon .
Prostaglandin mempunyai fungsi yang berbeza bergantung dengan jenisnya. Ada
prostaglandin . yang berperanan dalam pengecutan uterus , ada yang terlibat sebagai
‘vasodilator’ yakni sebagai pengembang pembuluh darah dan sebagainya.
Pheromon ialah signal kimia antara organsima. Digunakan untuk menanda kawasan,
mencari pasangan dan komunikasi.
Aktivit 1.6
1. Soalan objektif
a. Kenyataan berikut adalah benar bagi hormon kecuali
A. hormon hanya berasaskan protein
B. hormon dikeluarkan oleh kelenjar yang khusus
C. hormon boleh mengawal kadar metabolisme
D. hormon mempunyai jangkahayat yang pendek
E. hormon boleh mengesani lebih daripada satu tindak balas
53
b. Hormon yang mengawal tahap glukosa dalam darah ialah
A. insulin
B cAMP
C. tripsin
D. tairoksin
E. glukosin
2. Soalan subjektif
a. Bandingkan cara tindakbalas enzim dan hormon
b. Nyatakan kelenjar yang merembes hormon steroid dan nyatakan nama-
nama hormon berkenaan.
2.0 Hormon tumbuhan
Terdapat 5 klas hormon tumbuhan
Kumpulan Contoh Peranan
Auksin Indole Acetic
Acid (IA).
Dihasilkan dalam
batang, tunas dan
hujung akar
menggalakkan pertumbuhan batang, rencat
pertumbuhan tunas lateral (maintains apical
dominance).
Gibberellin
Asic gibberellik menggalak pemanjangan batang
Cytokinins
Zeatin menggalak pembahagian sel. Diterbitkan dari
bahagian pertumbuhan seperti meristem
dipenghujung pucuk
Abscisic
Acid
Asid absisik Acid menggalakkan dormancy bijian dengan
merencat pertumbuhan sel. Ia juga terlibat dalam
pembukaan dan penutupan stomata semasa daun
mula layu
Ethylene
dihasilkan oleh buah masak. Ethilena digunakan
untuk kemasakan buah pada masa yang sama. Jika
disembur di ladang, buah akan masak pada masa
yang sama.
Jadual 6: Hormon tumbuhan dan fungsinya
54
Auksin
Gibberelin
Asid gibberelik
Asid abscisik
Cytokinins
Asid indol asitat
55
Ethylene
H2C=CH2
Rajah 5: Contoh struktur hormon tumbuhan
Aktiviti 1.7
1. Soalan objektif
Auksin mempunyai peranan
A. ransang pertumbuhan pucuk utama
B. ransang pertumbuhan akar
C. rencat percambahan biji benih dan pertumbuhan pucuk
D. ransang pertumbuhan dan pembahagian pelbagai tisu
E. rencat pertumbuhan akar sisi
2. Soalan subjektif
Senaraikan kumpulan hormon tumbuhan. Beri satu contoh setiap satu dan
nyatakan fungsinya.
Glosari
Perkataan Makna/takrifan
Aktiviti Kadar tindak balas enzim
Angkatap Michaelis Km, parameter kinetik enzim yagn menberi gambaran keafinan
substrat terhadap sesuatu enzim
Apoenzim Apa yang tertinggal bila kofaktor diasingkan daripada enzim
eksothermik Tindak balas yang mengeluarkan tenaga
endothermik Tindak balas yang mengabil tenaga
Enzim Pemangkin biologi
56
enzim induktif Enzim yang dihasilkan dibawah kesan aruhan
enzim konstitutif Enzim yang sentiasa ada dalam sel
Enzimologi Kajian enzim
Hal laju Aktiviti enzim
Haloenzim Kompleks aktif enzim-kofaktor
Hormon Sebatian yang dirembes kelenjar untuk mengawal metabolisme
atau tindakan fisiologi
Interferon sejenis proteins yang dibebaskan oleh sel yang diserang oleh
virus, yang kemudiannya mengaktifkan proses penghapusan
virus penyerang
Keaktifan Aktiviti enzim
Koenzim Sebatain organik yang diperlui setengah enzim untuk fungsi
pemangkinan
Kofaktor Sebatain inorganik yang diperlui setengah enzim untuk fungsi
pemangkinan
metabolsime Tindak balas kimia yang berlaku dalam sel, biasanya
bersambung-sambung.
Nama am Nama enzim mengikut yang diberi oleh penyelidik
Nama sistematik Nama enzim mengikut sistem yang dikemukakan oleh
Suruhanjaya Enzim
Pheromon Sejnis bahan kimia yang boleh dikesani antara organisme
sebagai sesuatu signal
Prostaglandin Sebatain yang bertindak seperti hormon tetapi mempunyai sel
sasaran yang lebih dekat dengan sel perembes
Produk Hasil tindak balas
Prosthetik Kofaktor atau koenzim
Ribozim Enzim dari ribonuklease
Substrat Bahan yang ditindak balas
Tenaga aktivasi Tenaga yang diperlukan untuk mencapai keadaan transisi
dalam tindak balas
tenaga dalaman Tenaga dalam sebatian
Vitamin Prekursor koenzim
Abs Apr 00
Kemaskini 3 Sep 00
57
UNIT
Biodata penulis
Nama penulis: Abu Bakar Salleh
No telefon: 03 89486101 samb 3635
Faks: 03 8943 0913
E-mail: abubakar@fsas.upm.edu.my (Pelajar digalakkan mengguna kaedah ini untuk
berhubung dengan penulis)
Jangkamasa belajar
Mengikut sinopsis kursus, unit memerlukan 6 kuliah. Anda disarankan meluangkan
sekurang-kurangnya 3 jam bagi setiap jam kuliah bagi mengulangkaji.
Cara belajar
Kursus ini menekankan pengenalan nama dan struktur. Struktur yang perlu diketahui
mungkin spesifik bagi sesuatu molekul, tetapi biasanya anda perlu mengetahui struktur
am bagi sesuatu kumpulan. Seterusnya anda dikehendaki mengetahui peranan molekul
berkenaan, dan fungsi molekul selalunya dikaitkan dengan struktur dan komposisi kimia
molekul.
Selain daripada membaca isi kandunganmodul ini, anda disarankan mendapatkan sebuah
buku teks yang tersenarai dalam nodul ini.
Walaupun begitu pemahaman dan penghayatan biokimia tidak mungkin didapati hnya
melalui membaca. Anda perlu menulis dan melakar semula nota dan struktur supaya
ianya terpahat dalam minda. Aktiviti yang disediakan akan dapat membantu anda
membuat ulangkaji.
Sila hantar jawapan kepada soalan dan permasalahan kepada penulis unit ini. Sila
catatkan nombor unit , aktiviti dan soalan dalam komunikasi anda. Saya akan dapat
mengekstrak fail anda jika anda mengguna Window 98/Word 2000 atau edisi yang
sebelumnya.
Timbal balas akan dilakukan dalam masa 3 hari selepas menerima mesej kecuali penulis
tidak dapat ke pejabat dalam masa itu.
58
LIPID
Pengenalan
Dalam unit ini kita akan mempelajari tentang satu lagi kumpulan biomolekul. Lipid
ialah satu satu kumpulan yang sangat besar dan luas. Ia termasul kolesterol, hormon,
dan juga lemak dan minyak yang kita makan. Lipid seumpama hidrokarbon , dan tidak
larut dalam air, tetapi boleh larut dalam pelarut bukan polar seperti eter dan benzena.
Sungguh pun kita selalu mendengar tentang keburukan lipid, terutama ke atas kesihatan,
pandangan ini adalah pandangan berat sebelah, yang digembar-gemburkan tanpa
memahami peranan lipid dalam alam biologi. Lipid penting untuk sesuatu sel hidupan,
kerana ia merupakan salah satu biomolekul yang mempunya multi-fungsi dalam sel.
Oleh itu di peringkat ini kita akan cuba mengenali lipid dengan lebih telit dan
seterusnya melihat peranan biomolekul ini dalam sel hidupan.
Tajuk-tajuk
1. Pengenalan kepada lipid
2. Fungsi biologi utama
3. Asid lemak
4. Trigliserida
5. Fosfolipid
6. Sfingolipid
7. Lipid terbitan
8. Membran
Objektif Pembelajaran
1. Mengenal ciri umum dan fungsi lipid
2. Mengetahui klasifikasi lipid
3. Mengenali ciri dan tindakbalas asid lemak
4. Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas trigliserida
5. Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas fosfolipid
6. Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas steroid dan lipid terbitan
7. Mengenali dan memahami ciri struktur membran
1. Pengenalan kepada lipid
Bahagian ini akan memberi penerangan secara menyeluruh tentang lipid. Setelah
mengenali ciri umum lipid, kita kaan melihat kumpulan-kumpulan lipid dengan lebih
terperinci.
59
• Lipid boleh ditakrifkan sebagai sebatian tidak larut air. Ia mudah larut dalam pelarut
organik (bukan polar). Ini ciri utama sebatian lipid yang membezakannya dengan
biomolekul utama lain seperti karbohidrat dan protein.
• Umumnya lipid mempunyai ciri amfifatik. Struktur lipid mempunyai 2 bahagian
iaitu bahagian hidrofilik dan hidrofobik (Rajah 1) . Bahagian hidrofilik terhasil
kerana terdapat kumpulan bercas dalam molekul lipid sementara bahagian hidrofobik
pula disebabkan oleh kumpulan panjang (besar) hidrokarbon. Bahagian hidrofobik
merupakan bahagian terbesar sebatian lipid, oleh itu memberi ialah ciri ketak larutan
dalam air.
Rajah 1. Gambarajah contoh struktur lipid yang mempamerkan bahagian hidrofilik
dan hidrofobik
• Oleh kerana sifat tak larut air, dan juga kehadiran bahagian hidrofilik dan hidrofobik
dalam struktur lipid, kita akan dapat menyaksikan fenomina dimana lipid akan berada
dalam bentuk yang tertentu dalam air. Sebolehnya bahagian hidrofilik akan
terdedah kepada air sementara bahagin hidrofobik pula
selapis (monolayer)
Kepala
hidrofobik
Ekor hidrofilik
60
dua lapis (bilayer)
misel
Rajah 2: Pengaturan molekul lipid dalam air
1.1 Fungsi biologi utama
Lipid mempunyai pelbagai peranan penting dalam sel hidupan. Di antaranya ialah
• bahan bakar metabolisme
Selepas karbohidrat, lipid merupakan bahan bakar yang utama dalam metabolisme sel.
Sebenarnya lipid mempunyai kandungan tenaga yang lebih tinggi dari klarbohidrat,
berasaskan berat yang sama.
• stor tenaga haiwan
Haiwan pula berupaya menyimpan lipid dalam sel. Lipid disimpan dalam sel adipos
dalam bentuk trigliserida. Haiwan empunyai sistem pengawalan yang rapi dalam
mobilisasi lipid. Lipid juga tersimpan dalam sumber lain seperti kuning telur dan
bijirin.
• bahan struktur
Lipid juga merupakan bahan struktur penting dalam sel. Membran sel mempunyai dua
lapisan fosfolipid, Disampong itu terdapat juga lipid lain seperti sfingolipid dan sterol
dan dalam membran.
• sebahagian vitamin dan hormon
61
Lipid juga merupakan sebahagian komponen vitamin dan hormon. Vitamin seperti
vitamin D, E dan K yang berasakan lipid, tidak larut air. Sementara itu hormon yang
berasaskan steroid termasuklah hormon seks dan korikosteroid. Hormon ini juga tidak
larut air.
• molekul penyampai maklumat(signal)
Lipid juga merupakan komponen sel saraf. Lipid dari kumpulan sfingomailin mejadi
penyalut sel saraf. Sementara serebrosida merupakan komponen lipid utama dalam otak
dan sel saraf.
• lipid peransang -tidur
Fungsi ini baru ditemui. Ada sebatian lipid tertentu yang dapat membuat kita
mengantuk! Adakah ini sebabnya kita mengantuk jika makan berlebihan?
1.2 Klasifikasi lipid
Lipid boleh diklaskan kepada 2 kumpulan iaitu sebagai lipid yang boleh dan tak boleh
disaponifikasi.
Lipid yang boleh disaponifikasikan
Tidak boleh disaponifikasikan
asid lemak
trigliserida
fosfolipid
sfingolipid
Waks
steroid
lipid terbitan
Jadual 1. Klasifikasi lipid
Aktiviti 1.1
1. Soalan objektif
Lipid ditakrifkan sebagai sebatian yang
A. banyak lemak
B larut air
C. larut pelarut organik
D. asid lemak
E. gliserol
2. Soalan subjektif
Terangkan bagaimana lipid boleh membentuk ‘miscelle’
62
1.3 Asid lemak
Asid lemak boleh dilihat sebagai asid karboksilik dan merupakan komponenen utama
trigliserida. Biasanya ia mempunyai satu kumpulan karboksil dalam rantaian yang
mempunyai bilangan karbon yang genap. Kumpulan karboksil akan mempunyai cas
negatif, dengan itu memberi ciri kepolaran pada molekul asid lemak. Kebanyakan asid
lemak tidak bercabang. Rantai hidrokarbon yang panjang membuatnya tidak polar. Lipid
dari tumbuhan selalu berbentuk cecair pada suhu bilik tetapi lipid haiwan biasanya
berbentuk pepejal. . Ini adalah disebabkan banyak asid lemak yang terdapat dalam
tumbuhan mempunyai ikatan ganda dua (tak tepu).
Saya senaraikan semula ciri-ciri umum asid lemak
• tidak dijumpai dalam bentuk bebas
• terdapat dalam trigliserida
• terdapat dalam fosfolipid
• Bilangan karbon genap
• tidak bercabang
1.3.1 Fungsi asid lemak
Asid lemak merupakan satu kumpulan sebatian utama lipid. Ia merupakan komponen
kepada lipid dari kumpulan lain, seperti trigliseridan dan fosfolipid. Oleh itu asid lemak
tersebar luas dalam sel hidupan. Paling penting ialah asid lemak merupakan bahan bakar
metabolisme bagi menghasilkan tenaga. Lipid yang mengandunggi asid lemak samada
datangnya daripada makanan atau tersimpan dalam sel, akan dihidroliskan bagi
membebas asid lemak. Asid lemak ini akan dioksidkan dalam proses metabolisme bagi
menghasilkan tenaga.
1.3.1 Struktur asas asid lemak
Struktur asid lemak dibahagikan kepada 2 bahagian. Bahagian kepalanya dipanggil
karboksil dan bahagian ekornya dipanggil alkil. Kumpulan alkil merupakan rantai
panjang karbon.
H H H H H H H H
| | | | | | | |
H- C - C - C - C - C - C - C - C - C - OH
| | | | | | | | ||
H H H H H H H H O hujung karboksil
Hujung alkil
Rajah 3 : Struktur formula asid lemak (asid laurik)
63
Kumpulan karboksil boleh diionasi dalam keadaan tertentu menghasilkan ion asil yang
bercas negative
H H H H H H H H
| | | | | | | |
H- C - C - C - C - C - C - C - C - C - O- + H
+
| | | | | | | | ||
H H H H H H H H O
Kumpulan asil ion hidrogen
Rajah 4 : Struktur formula asid lemak (asid laurik) yang terionasasi
Pengiraan nombor karbon dibuat dari karbon kumpulan karboksil
1.3.3. Nilai asid
Keasidan asid lemak boleh digunakan sebagai satu parameter pencirian sampel lipid.
Jika sesuatu sampel lipid mempunyai nilai asid yang tinggi, ini bermakna sampel ini
mengandungi asid lemak bebas yang tinggi.
1.3.4 Jenis asid lemak
Nama dan struktur asid lemak utama disenaraikan di dalam Jadual 2. Sungguh pun seperti
Rajah 3 dalam kimia organik, seri homologous bagi struktur ini, bermula dengan asid
formik, dimana kumpulan asilnya hanya lah satu atom hidrogen, siri ini ditakrif sebagai
asid lemak, hanya bila bilangan karbonnya ialah lapan atau lebih.
Tepu
Asid lemak No karbon Struktur Titik
lebur(°C)
Miristik 14 CH3(CH2)12COOH 54
Palmitik 16 CH3(CH2)14COOH 63
Stearik 18 CH3(CH2)16COOH 70
Tak tepu
palmitoleik
16:1∆9 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH -0.5
Oleik 18:1∆9 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 4
Linoleik 18:2∆9, 12 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7
COOH
-5
64
Linolenik 18:3∆9, 12, 15 CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=
CH(CH2)7COOH
-11
arachidonik
18:4∆5,8,11, 14 CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=
CHCH2CH=CH (CH2)3COOH
-45
Jadual 2: Asid lemak utama
Rajah 5. Struktur asid arakidonik
1.3.5 Asid lemak tepu dan tak tepu
Jika diteliti Jadual 2, asid lemak disenaraikan kedalam 2 kumpulan iaitu asid lemak tepu
dan asid lemak tak tepu. Asid lemak tepu ialah asid lemak dimana semua (keempat-
empat) ikatan yang ada pada atom karbon rantai alkil, disambung kepada atom yang
berlainan. Walhal bagi asid lemak tak tepu terdapat atom karbon yang mengguna 2
ikatan untuk bergabung dengan satu karbon yang lain. Ikatan ini dipanggil ikatan ganda
dua atau dubel. Bilangan ikatan ganda dua berbeza bagi jenis-jenis asid lemak tak
tepu.
Kehadiran ikatan ganda 2 menjadi satu lagi parameter pencirian lipid. Nilai iodin atau
pun nilai permanganat bolehmemberi maklumat tentang kuantiti asid lemak tak tepu
yang terdapat di dalam sesuatu sampel lipid. Iodin yang bewarna kuning akan bertindak
dengan ikatan ganda 2, dan iodin akan kehilangan warna. Kalium permanganat, yang
mempunyai warna jingga merupakan agen pengoksidan yang kuat juga akan kehilangan
warna bila bertindak balas dengan ikatan ganda 2.
| | | |
- C = C- + I2 - C - C-
| |
I I
65
| | | |
- C = C- + MnO4- - C - C-
Rajah 5: Penentuan ke taktepuan lipid
1.3.6 Hidrogenasi
Satu lagi tindak balas ke atas ikatan ganda dua ialah dehidrogenasi. Asid lemak tidak
tepu biasa berbentuk cecair (minyak). Jika ikatan ganda dua ini diturnkan , minyak
bertukar menjadi lemak pepejal. Marjerin dihasilkan melalui hidrogenasi separa minyak
tumbuhan.
Satu lagi perkara yang perlu diketahui, ialah minyak tumbuhan biasanya mengandungi
isomer cis pada ikatan ganda dua asid lemak. Proses hidrogenasi menghasilkan campuran
cis dan trans. Kesan isomer trans keatas kesihatan manusia masih lagi dalam kajian.
H H H H
| | | |
- C = C- + 2H+ - C - C-
| |
H H
Rajah 6: Hidrogenasi ikatan ganda dua
1.3.7 Asid lemak perlu
Mamalia tidak dapat menghasilkan ikatan ganda dua selepas karbon 9 asid lemak. Oleh
itu linoleat (2 ikatan ganda 2, lihat Jadual 2) dan linolenat (3 ikatan ganda dua) mesti
dimasukkan ke dalam diet mamalia. Asid lemak ini dipanggil asid lemak perlu.
Asid arakidonik ialah satu lagi asid lemak perlu. Sungguh pun haiwan didapati dapat
mensintesiskan asid arakidonik dari asid linoleik, tetapi kuantitatinya tidak memenuhi
keperluan badan.
Aktiviti 1.2
1. Soalan objektif
66
Asid lemak tak tepu boleh ditentukan melalui ujian
A. nilai asid
B iodan
C. saponifikasi
D. lemak
E. kolesterol
2. Soalan subjektif
Mengapa asid lemak bersifat amfifilik?
3. Cuba lukis struktur asid oleik seperti dalam rajah asid laurik (Rajah 3).
Tandakan nombor karbon bagi setiap atom karbon. Dimanakah letaknya
ikatan ganda dua dalam struktur ini?
1.4 Trigliserida
Lemak dan minyak yang kita makan kebanyakannya ialah trigliserida. Trigliserida
mengandungi bahan bakar untuk mengeluarkan tenaga. Trigliserida juga merupakan
lipid simpanan mamalia. Trigliserida atau triasilgliserol merupakan ester gliserol dan
asid lemak, ketiga atom gliserol boleh digabung dengan asid lemak yang serupa atau
berlainan melalui ikatan OH
H
|
H - C - OH
|
H - C - OH
|
H - C - OH
|
H
Rajah 7. Struktur gliserol
H O
| ||
H - C – O- C - R1
|
| O
H - C - O- C - R2
|
H - C - O- C - R 3
H ||
Rajah 8. Struktur am trigliserida.
Kumpulan R boleh dari satu asid lemak
atau berlainan.
O
67
H O
| ||
H - C – O- C - R1
|
| O + H2O
H - C - O- C - R2
|
H - C - O- C - R 3
H ||
O
H
|
H - C – OH R1 -COOH
|
H - C - OH + R2 -COOH
|
H - C - OH R3 -COOH
|
H
Rajah 9. Hidrolisis trigliserida
1.4.1 Hidrolisis bes
Pada dasarnya trigliserida boleh dihidroliskan kepada komponennya iaitu gliserol dan
asid lemak (Rajah 9). Dalam sel hidupan tindakbalas ini dilakukan dengan bantuan
enzim lipase. Hidrolisis boleh juga dilakukan dengan bes. Jika proses ini dilakukan
dengan bes yang mencukupi hasilnya ialah gliserol dan garam asid lemak atau sabun.
Proses ini dipanggil saponifikasi. Nilai saponifikasi akan memberi maklumat tentang
kuantiti ikatan ester yang terdapat dalam sesuatu sampel lipid.
H O
| ||
H - C – O- C - R1
|
| O + 3NaOH
H - C - O- C - R2
|
H - C - O- C - R 3
H ||
O
H
|
H - C – OH R1 –COO- Na
+
|
H - C - OH + R2 -COO- Na
+
|
H - C - OH R3 -COO- Na
+
|
H
Gliserol Sabun
68
Rajah 10. Saponifikasi trigliserida
1.4.2 Penghasilan akrolein
Jika dipanaskan pada suhu yang tinggi, lemak akan dihidroliskan. Gliserol yang terhasil
akan menjadi akrolein. Wap akrolein menyakitkan hidung dan mata. Bauan terbakar
yang terhidu bila lemak terbakar adalah disebabkan oleh akrolein. Akrolein juga boleh
menyebabkan sakit perut kerana tidak disenangi oleh usus.
H
|
H - C - OH
| haba
H - C - OH
|
H - C - OH
|
H
H
|
C = O
|
H - C
| |
C H2
akrolein
.
Rajah 11. Penghasilan akrolein
1.4.3 Ransiditi
Lemak dan minyak akan menghasilkan bauan dan rasa yang kurang disenangi yang
kemudiannya dipanggil ransid. Ransiditi disebabkan oleh hidrolisis dan pengoksidaan.
Hidrolisis mungkin di sebabkan oleh enzim daripada mikrob yang mengeluarkan asid
butirik (C4) yang memberi bauan ransid. Sementara pengoksidan berlaku keatas asid
lemak tak tepu yang menghasilkan asid rantai pendek dan aldehid. Produk ini memberi
bauan dan rasa yang tidak disukai. Antioksidan dapat melambatkan proses
pengoksidanan.
Aktiviti 1.3
1. Soalan objektif
Ujian saponifikasi yang dilakukan terhadap suatu sampel sebatian lipid adalah
bertujuan untuk menganggar :
69
A. bilangan ikatan dubel (C=C) dalam rantai asil yang ada
B. jumlah atom karbon dalam rantaian-rantaian asil
C. bilangan kumpulan ester dalam sampel lipid
D. kandungan monogliserida, digliserida dan trigliserida
E. kandungan asid lemak
2. Lukiskan struktur trigliserida yang mengandungi asid palmitik
pada karbon 1 dan 3 dn asid oleik pad karbon 2
3. Soalan subjektif
a. Rajahkan tindakbalas saponifikasi yang lengkap
b. Apakah yang membezakan antara sebatian yang boleh dan tidak boleh
disaponifikasi.
4. Hidrolisis trigliserida tidak semestinya sampai kepenghujungnya. Lukiskan
struktur produk-produk hidrolisis separa.
1.5 Fosfolipid
Fosfolipid merupakan komponen utama membran sel. Struktur fosfolipid menyerupai
trigliserida. Gliserol bergabung dengan asid lemak pada C #1 dan 2. Sementara pada C
#3 ia akan bergabung dengan kumpulan fosfat. Jika C #1 dan 2. Tidak terikat pada asid
lemak, kita akan mendapat satu sebatian yang dipanggil asid fosfatidik (PA). Kumpulan
fosfat akan menjadi jambatan menyambungkan gliserol dengan satu lagi kumpulan
yang kita akan panggil X. Sebatian X tersenarai dalam Jadual 3. Nama fosfolipid
bergantung kepada kumpulan X yang terikat kepada fosfat.Ikatan antara fosfat dan
gliserol dan juga fosfat dengan seabatian X dipanggil ikatan fosfoester.
X
70
Rajah 12. Struktur umum fosfolipid
Bahagian fosfat dan X dipanggil bahagian kepala dan boleh memberi ciri hidrofilik
kepada fosfolipid kerana mempunyai cas pada keadaan tertentu. Sementara bahagian
asid lemak akan menjadi ekor hidrofobik.
Nama Kumpulan X
fosfotidilkolin PC
fosfotidilserin PS
fosfotidiletanolamin PE
fosfotidilinositol PI
fosfotidilgliserol
Kolin
Serin
Etanolamin
Inosstol
gliserol
Jadual 3. Jenis fosfolipid
Asid lemak
71
asid fosfotidik PA
fosfotidilkolin PC
fosfotidilserin PS
72
fosfotidiletanolamin PE
fosfotidilinositol PI
fosfotidilgliserol
Rajah 13. Struktur jenis-jensis fosfolipid
73
1.6 Sfingolipid
Rajah 14. Struktur asas sfingolipid
Rajah 15. Struktur seramida
Dalam sfingolipid, sfingosin mengganti gliserol sebagai tulang belakang molekul.
Seramida mempunyai asid lemak diikat dengan ikatan ikatan amida pada sfingosin.
1.6.1 Sfingomailin
Sfingomailin merupakan seramida dengan hidroksil di penghujung digabung dengan
kolin melalui ikatan fosfodiester. Terdapat banyak sfingomailin dalam otak dan tisu
saraf
1.6.2 Serebrosida
Bagi serebrosida, penghujung seramida digabung dengan karbohidrat melalui ikatan
glikosidik. Biasanya gula glukosa atau galaktosa. Sebatian ini turut didapati dengan
banyak dalam otak dan tisu saraf. Ia menjadi sebahagian dari sarung mailin, yang
melindungi sel saraf.
sfingosin
Asid lemak
Ikatan peptida
N-asilsfingosin
74
1.6.3 Gangliosida
Gangliosida merupakansfingolipid yang paling komplek. Penghujung seramida
bergabung dengan oligosakarida termasuk asid sialik (asid N-asetilneuraminik dan
terbitannya). Lebih 60 jenis diketahui. Ia berperanan sebagai komponen permukaan
membran dan menjadi sebahagian besar lipid dalam otak (6%).
Aktiviti 1.4
1. Soalan objektif
Penguraian lengkap satu mole sebatian lesitin (lecithin) menghasilkan :
A. 1 mole kolin, 1 mole gliserol, 1 mole asid fosforik dan 2 mole asid lemak
B. 1 mole gliserol, 1 mole asid fosforik dan 3 mole asid lemak
C. 1 mole kolin, 1 mole sfingosin dan 2 mole asid lemak
D. 1 mole kolin , 1 mole monogliserida dan 1 mole digliserida
E. tiada jawapan yang betul
2. Soalan subjektif
Lukiskan gambarajah molekul fosfotidik dan tanda bahagian hidrofobik dan
hidrofiliknya
3. Bezakan sfingosin dan seramida
1.7 Waks
Waks ialah ester asid lemak rantai panjang dan alkohol rantai panjang. Dalam alam
biologi waks berfungsi sebagai penyalut dan pelindung bahagian luar organsime. Kita
boleh lihat pernanan permukaan daun, buahan, bulu atau dipermukaan kulit serangga.
Waks mempunyai ciri tidak larut, fleksible dan tidak reaktif, yang menjadikannya sesuai
sebagai bahan pelindung. Waks sudah memdapat tempat dalam kegunaan komersial
melalui pembuatan lilin, kosmetik, pengilat kereta dan sebagai emulsifier minyak
motor dan sebagainya.
Aktiviti 1.5
Cuba anda lakarkan struktur oleol oleat, iaitu gabungan oleol alkohol dan asid oleik
75
1.8 Steroid
Steroid termasuk kedalam kumpulan lipid yang tidak boleh disaponifikasi. Strukturnya
berasaskan 4 gelang yang bercantum, iaitu 3 gelang sikloheksana dan satu gelang
siklopentana (Rajah 16)
Rajah 16. Struktur steroid
Kumplan steroid ini mengandungi beberapa jenis vitamin, hormon, dadah, racun dan
asid 'bile'. Steroid alkohol, kadangkala disebut sebagai sterol diwakili oleh kolesterol.
Terdapat beberapa sebatain terbitan sterol yang . mempunyai perana khusus dalam sel.
Kolesterol juga merupakan komponen membran sel. Koleserol boleh disintesis oleh
mammalia (dalam hati). Kolesterol berkitar dalam darah dalam beberapa bentuk.
Di antaranya ialah lipoprotein ketumpatan rendah (LDL). Ketinggian kepekatan LDL
76
Rajah 17. Struktur kolesterol
membawa risiko 'arthescleorosis’ yang boleh menyebabkan darah tinggi.
1.9 Lipid terbitan
Rajah 18. Struktur isoprena
1.9.1 Terpena
Isoprena (Rajah 18) merupakan prekursor terpena dan steroid, yang digulungkan
sebagai lipid kompleks. Terpena ialah gabungan 2 unit isoprena. Terdapat pelbagai
sebatian biologi penting yang berasaskan unit terpena. Unit isoprena juga boleh
menyumbang sebagai unit monomer polimer.
Terpena Fungsi
Limonena (monterpena) Bauan dari buahan sitrus
Snatonin (sesquiterpena)
Giberrelik (diterpena) Hormon tumbuhan
Friedelin (triterpena)
Laikopena(tetraterpena) Pigem merah tomato
Polisoprena
Steroid Hormon, komponen membran
Lateks getah Getah asli
Gutta percha Getah sintetik
β-karotina Prekursor vitamin
Jadual 4. Sebatian berasaskan isoprena
1.9.2 Prostaglandin
Prostaglandin termasuk dalam kelas lipid yang dipanggil eikosanoid. Lipis jenis ini
mempunyai aktiviti menyerupai hormon pada kepekatan yang amat rendah. Berbeza
daripada hormon, sebatian ini bertindak pada sel yang merembesnya. Di antara fungsi
eikosanoid ialah mengawal fungsi reporduksi, pembekuan dan tekanan darah, generasi
77
imfalmasi, demam dan sakit berkaitan kecederaan dan penyakit dan pengawalan suhu
dan kitaran tidur-jaga bagimanusia dan haiwan lain.
Rajah 19. Struktur satu jenis prostaglandin
Eikosanoid terbahagi kepada 3 kelas iaitu prostaglandin, thromboksan dan leukotrien.
Ketiga-tiga kumpulan sebatian diasaskan dari asid arakidonik, sejenis asid lemak
pilitaktepu yang mengandungi 20 karbon. Prostaglandin (Rajah 19) mempunyai satu
gelang 5 ahli dengan 2 rantai sisi, dan juga kumpulan berfungsi seperti hidroksil,
karboksilik, keton dan iktan ganda dua antara karbon.
Aktiviti 1.6
1. Soalan objektif
Satu unit isoprena mengandungi ______karbon
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
E. 5
2. Soalan subjektif
Nyata jenis-jenis terpena utama dan fungsinya
2.0 Membran
Semua sel biologi dikelilingi oleh membran plasma yang diasaskan oleh lipid dan
protein. Bagi sel eukaryot, organel seperti nukleus, mitokondria dan kloroplas juga
diselaputi sistem membran tersendiri. Disamping menjadi pelindung sel, membran
mempunayi fungsi lain yang penting bagi sel dan organisma keseluruhannya.
78
2.0.1 Struktur asas
Komponen asas membran. Mengandungi fosofolipid, sfingolipid, steroid dan protein.
Asas struktur membran ialah dua lapisan lipid. (5 - 10nm tebal ). Struktur ini yang
paling sesuai dalam air dan ianya agak stabil yang diikat melalui ikatan bukan kovalen
dan interaksi hidrofobik. Lipid kususnya fosfolipid merupakan lipid utama membran
tetapi kolesterol juga terdapat dalam lapisan membran (Rajah 5). Komposisi komponen
membran juga berbeza mengikut sumber(Rajah 6).. Ciri membran seperti lengkok dan
'fluidity'asimetrik, bergantung pada suhu dan komposisinya.
Fosfolipid Lapisan dalam Lapisan luar
Jumlah
Sfingomailin
Fosfotidilkolin
Fosfotidiletanolamina
Fosfotidilserina
48
4
7
26
9
52
20
22
7
0
Jadual 5. Komposis fosfolipid membran (eritrosit)
Peratus berat
Sumber membran lipid protein
Mailin
Hati tikus
Eritrosit manusia
Daun jagung
Escherichia coli
80
52
43
45
25
18
45
49
47
75
Jadual 6. Komposisi lipid dan protein mengikut sumber (jika tidak cukup
100%,selebihnya ialah karbohidrat)
79
Rajah 20. Model ‘Singer’s Fluid Mosaic’
2.0.2 Model ‘Singer’s Fluid Mosaic’
Gambaran yang terbaik bagi struktur dan fungsi membran ilah model ‘fluid-mosaic’yang
dikemukakan Singer dan Nicholson pada tahun 1972 (Rajah 20). Model ini
menggambarkan struktur 2 laisan lipid dengan protein tersisip didalamnya. Model ini
menganggapkanberlaku interaksi rapat antara lipid dan protein. Lipid dapat bergerak
secara lateral dengan agak bebas memberi ciri ‘fluidity’. Protein terapung dengan
pergerakan terhad pada lapisan lipid memberikannya bentuk mosaik. Keadaan ini juga
memberi ciri ‘fluidity’ membran
2.0.3 Fungsi membran ciri
Seperti yang telah disebut diawal bahagian ini, membran mempunyai fungsi melebihi
peranannya sebagai pelindung sel dari pada kesan sekitaran. Disenaraikan beberapa
fungsi utama membran
• Membran memberikan sel integriti struktur, bentuk dan sebagai pembungkus
komponen sel
• Membran menjadi sel satu kompatmen terkawal bagi tindak balas biokimia.
Dengan ini, dapat diatru dan dikawal.
• Membran bertindak sebagai penuras berpilih untuk kemasukan nutrien yang
diperlukan sel dan juga pengeluaran hasil buangan tindak balas metabolisme.
Protein
integral
Kepala
hidrofilik
oligosakarida
kolesterol
Fosfolipid
Protein sisi
Ekor
hidrofobik
glikolipid
80
Oleh itu membran mempunyai beberapa sitem pengangkutan pasif dan aktif bagi
menjalankan proses ini.
• Sel juga berhubung dengan sekitarannya. Oleh itu pada membran (sebelah luar)
terdapat reseptor yang mengenali molekul seperti hormon yang akan mengawal
dan mengatur tondak balas biokimia dalam sel.
• Membran (khusus) juga mempunyai sistem pemindah tenaga. Tenaga yang
dibebaskan melalui oksidasi karbohidrat dan lemak, dan teanga suria yang
diperangkap melalui fotosintesis perlu dipindahkan dengan efisien dan teratur.
Aktiviti 1.7
1. Soalan objektif
Kunci untuk soalan di bawah
1. karbohidrat
2. kolesterol
3. sfingolipid
4. protein
5. fosfolipid
.
Sebatian berikut terdapat dalam mebran sel
A. 1, 2, 3
B. 2, 3, 4
C. 2, 3, 5
D. 2, 3, 4, 5
E. 1, 2, 3, 4, 5
2. Soalan subjektif:
Bincangkan fungsi membran sel.
Glosari
Perkataan Makna/takrifan
adipos Sel yang menyimpan lemak dalam mammalia
Amfifatik Mempunyai kedua sifat hidrofobik dan hidrofilik
Asid lemak perlu Asid lemak yang tidak dapat disentesis dan peerlu diambil
melaui makanan (manusia)
emulsifier Sebatian yang memounyai hujung berkhutub dan ekor
hidrofobik yang dapat menstabil sistem pengampaian
fosfoester Ikatan O – O yang disambung oleh kumpulan fosfat
fosfolipid Sejenis kumpulan lipid (bahagian )
Asid fosfatidik Gliserol dengan karbon 1 dan 2 digabung dengan asid lemak
81
sementara karbon 3 bergabung dengan fosfat
gangliosida Sejenis lipid terbitan yang banyak dalam sel saraf
hidrofobik Benci air
hidrofilik Cinta air
hidrokarbon Sebatian mengandungi hydrogen dan karbon sahaja
Ikatan ganda dua
(dubel)
Gabungan antara dua atom karbon dengan dua ikatan kovalen
kolesterol Lipid berasaskan steroid
lipase Enzim yang menghidroliskn ikatan ester terutama dalam
trigliserida
Lipid Kumpulan biomolekul yang tidak larut air
Nilai asid Memberi ketentuan kuantiti asid lemak bebas dalam sesuatu
sampel lipid
Nilai iodin Memberi ketentuan kuantiti ikatan berganda dua dalam
sesuatu sampel lipid
Nilai permanganat Memberi ketentuan kuantiti ikatan berganda dua dalam
sesuatu sampel lipid
saponifikasi Hidrolisis ester lipid oleh bes
serebrosida Sejenis lipid terbitan yang banyak dalam otak
sfingolipid Sejenis kumpulan lipid (bahagian
steroid Sejenis lipid larut lemak
sterol Sejenis kumpulan lipid larut lemak
trigliserida Sejenis kumpulan lipid yang boleh disaponofikasi
Abs Apr 00
Kemaskini 3 Sep 00