Materi Kimia: Biomolekul (Karbohidrat, Lipid, Protein, Asam Nukleat)

Biomolekul merupakan senyawa organik yang menyusun struktur dan menjalankan fungsi biologis pada semua organisme hidup. Klasifikasi biomolekul menjadi empat kelompok utama - karbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat. Hal ini didasarkan pada perbedaan struktur kimia, sifat fisikokimia, dan peran biologisnya.

Materi ini masih dalam tahap pengembangan, belum final.

Melalui pemahaman mendalam tentang biomolekul, kita dapat menjelaskan berbagai fenomena kehidupan mulai dari metabolisme energi, sintesis protein, pewarisan sifat, hingga mekanisme penyakit. Materi ini dirancang untuk membekali siswa dengan pengetahuan komprehensif yang menghubungkan konsep kimia dasar dengan aplikasi biologis yang relevan dalam kehidupan sehari-hari.

A. KARBOHIDRAT

A1. Pengertian dan Fungsi Karbohidrat

Karbohidrat adalah senyawa organik yang tersusun atas unsur karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O) dengan rumus umum C_n(H₂O)_n. Senyawa ini juga dikenal sebagai sakarida (dari bahasa Yunani "sakcharon" yang berarti gula).

Karbohidrat memiliki peran vital dalam sistem kehidupan, dengan fungsi-fungsi utama sebagai berikut:

Sumber energi utama: Setiap gram karbohidrat menghasilkan 4 kkal energi
Penyusun struktur sel: Seperti selulosa pada dinding sel tumbuhan
Komponen materi genetik: Ribosa dan deoksiribosa pada RNA dan DNA
Cadangan energi: Dalam bentuk pati pada tumbuhan dan glikogen pada hewan
Pengatur metabolisme lemak: Mencegah ketosis (penggunaan lemak berlebihan)

A2. Klasifikasi Karbohidrat

Karbohidrat dapat diklasifikasikan berdasarkan dua cara utama:

A2-a. Berdasarkan Jumlah Unit Sakarida

Jenis	Jumlah Unit	Contoh	Sifat
Monosakarida	1 unit gula sederhana	Glukosa, fruktosa, galaktosa	Tidak dapat dihidrolisis, berasa manis, larut air
Disakarida	2 unit monosakarida	Sukrosa, maltosa, laktosa	Dapat dihidrolisis menjadi 2 monosakarida
Oligosakarida	3-10 unit monosakarida	Rafinosa, stakiosa	Umumnya ditemukan dalam kacang-kacangan
Polisakarida	> 10 unit monosakarida	Pati, selulosa, glikogen	Tidak berasa manis, sulit larut dalam air

A2-b. Berdasarkan Gugus Fungsional

Aldosa: Mengandung gugus aldehid (-CHO) pada ujung rantai. Contoh: glukosa, galaktosa
Ketosa: Mengandung gugus keton (> C=O) di dalam rantai. Contoh: fruktosa

Catatan Penting: Monosakarida dan disakarida umumnya disebut sebagai "gula" karena memiliki rasa manis dan kristal yang larut dalam air. Polisakarida tidak memiliki rasa manis dan umumnya tidak larut dalam air.

A3. Monosakarida

Monosakarida adalah unit terkecil karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi senyawa yang lebih sederhana. Berdasarkan jumlah atom karbon, monosakarida dibedakan menjadi:

Triosa (3 atom C): Gliser aldehid, dihidroksiaseton
Tetrosa (4 atom C): Eritrosa
Pentosa (5 atom C): Ribosa, deoksiribosa, arabinosa
Heksosa (6 atom C): Glukosa, fruktosa, galaktosa

Monosakarida Penting

A3-a. Glukosa (C₆H₁₂O₆)

Disebut juga dekstrosa atau gula anggur. Merupakan aldosa dan gula pereduksi. Glukosa merupakan sumber energi utama dalam tubuh manusia dan banyak ditemukan dalam buah-buahan, madu, dan sirup jagung.

Rumus struktur beberapa monosakarida (rantai terbuka):

A3-b. Fruktosa (C₆H₁₂O₆)

Disebut juga levulosa atau gula buah. Merupakan ketosa dan gula pereduksi. Fruktosa memiliki rasa paling manis di antara monosakarida (1,7 kali lebih manis daripada sukrosa).

A3-c. Galaktosa (C₆H₁₂O₆)

Tidak ditemukan bebas di alam, tetapi merupakan komponen disakarida laktosa (gula susu). Merupakan aldosa dan gula pereduksi.

Sifat Monosakarida: Semua monosakarida merupakan gula pereduksi karena memiliki gugus aldehid atau keton bebas yang dapat mereduksi ion logam seperti Cu²⁺ dalam uji Benedict/Fehling.

A4. Disakarida

Disakarida terbentuk dari dua monosakarida yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik dengan melepas satu molekul air (reaksi kondensasi).

Reaksi umum: Monosakarida + Monosakarida → Disakarida + H₂O

Disakarida	Monosakarida Penyusun	Jenis Ikatan	Sumber	Sifat
Sukrosa (gula pasir)	Glukosa + Fruktosa	α-1,2-glikosidik	Tebu, bit, maple	Non-pereduksi
Maltosa (gula malt)	Glukosa + Glukosa	α-1,4-glikosidik	Kecambah biji-bijian	Pereduksi
Laktosa (gula susu)	Glukosa + Galaktosa	β-1,4-glikosidik	Susu mamalia	Pereduksi

Contoh Hidrolisis Disakarida:

Sukrosa (C₁₂H₂₂O₁₁) + H₂O → Glukosa (C₆H₁₂O₆) + Fruktosa (C₆H₁₂O₆)

Proses ini terjadi dengan bantuan enzim sukrase atau dalam kondisi asam.

Mengapa Sukrosa Non-Pereduksi? Pada sukrosa, gugus aldehid glukosa dan gugus keton fruktosa saling berikatan, sehingga tidak ada gugus pereduksi bebas. Sedangkan pada maltosa dan laktosa, masih ada gugus pereduksi bebas.

A5. Polisakarida

Polisakarida adalah polimer dari banyak monosakarida (biasanya glukosa) yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik. Berbeda dengan monosakarida dan disakarida, polisakarida tidak berasa manis dan umumnya tidak larut dalam air.

Jenis-Jenis Polisakarida Penting

A5-a. Pati (Amilum)

Merupakan cadangan energi pada tumbuhan. Terdiri dari dua komponen:

Amilosa (20-30%): Rantai lurus α-glukosa dengan ikatan α-1,4-glikosidik. Memberikan warna biru dengan iodium.
Amilopektin (70-80%): Rantai bercabang dengan ikatan α-1,4-glikosidik (rantai utama) dan α-1,6-glikosidik (cabang). Memberikan warna ungu kemerahan dengan iodium.

A5-b. Glikogen

Disebut juga "pati hewan", merupakan cadangan energi pada hewan dan manusia (disimpan di hati dan otot). Strukturnya mirip amilopektin tetapi lebih bercabang.

A5-c. Selulosa

Merupakan komponen struktural utama dinding sel tumbuhan. Terdiri dari rantai lurus β-glukosa dengan ikatan β-1,4-glikosidik. Manusia tidak dapat mencerna selulosa karena tidak memiliki enzim selulase.

A5-d. Kitin

Penyusun eksoskeleton (kerangka luar) arthropoda (serangga, udang, kepiting) dan dinding sel jamur. Terdiri dari N-asetilglukosamin dengan ikatan β-1,4-glikosidik.

Polisakarida	Monomer	Jenis Ikatan	Fungsi	Reaksi dengan Iodin
Pati	α-glukosa	α-1,4 dan α-1,6	Cadangan energi tumbuhan	Warna biru (amilosa)
Glikogen	α-glukosa	α-1,4 dan α-1,6	Cadangan energi hewan	Warna merah-coklat
Selulosa	β-glukosa	β-1,4	Struktur dinding sel tumbuhan	Tidak bereaksi
Kitin	N-asetilglukosamin	β-1,4	Eksoskeleton arthropoda	Tidak bereaksi

A6. Reaksi Pengenalan Karbohidrat

Beberapa uji kimia digunakan untuk mengidentifikasi jenis karbohidrat:

Uji	Prinsip	Hasil Positif	Mengidentifikasi
Molisch	Dehidrasi karbohidrat oleh H₂SO₄ pekat menjadi furfural yang bereaksi dengan α-naftol	Cincin ungu di batas cairan	Semua karbohidrat
Benedict/Fehling	Reduksi Cu²⁺ (biru) menjadi Cu⁺ (Cu₂O merah bata) oleh gula pereduksi	Endapan merah bata	Gula pereduksi (monosakarida dan beberapa disakarida)
Tollens	Reduksi Ag⁺ menjadi Ag (cermin perak) oleh gula pereduksi	Cermin perak pada dinding tabung	Gula pereduksi
Iodin	Pembentukan kompleks antara amilosa dan iodium	Warna biru tua	Pati (amilosa)
Barfoed	Reduksi Cu²⁺ dalam kondisi asam lemah	Endapan merah bata cepat	Monosakarida (berbeda dari disakarida)
Seliwanoff	Dehidrasi ketosa oleh HCl menjadi hidroksimetilfurfural bereaksi dengan resorsinol	Warna merah ceri	Ketosa (fruktosa)

Perbedaan Uji Benedict dan Barfoed: Uji Benedict untuk semua gula pereduksi, sedangkan uji Barfoed khusus membedakan monosakarida (bereaksi cepat) dari disakarida (bereaksi lambat).

A7. Latihan Soal dan Pembahasan

Soal 1: Struktur dan Jenis Karbohidrat

Suatu karbohidrat memiliki rumus molekul C₆H₁₂O₆, memberikan hasil positif pada uji Benedict, dan menghasilkan warna merah ceri pada uji Seliwanoff. Tentukan:

Jenis karbohidrat tersebut (monosakarida, disakarida, atau polisakarida)
Termasuk aldosa atau ketosa?
Sebutkan satu contoh senyawa yang memiliki sifat tersebut!

Jawaban:

a. Karbohidrat tersebut adalah monosakarida karena memiliki rumus C₆H₁₂O₆ yang merupakan rumus umum heksosa.

b. Termasuk ketosa karena memberikan hasil positif pada uji Seliwanoff yang spesifik untuk ketosa.

c. Contoh senyawa: Fruktosa (gula buah). Fruktosa memiliki rumus C₆H₁₂O₆, merupakan gula pereduksi (positif Benedict), dan merupakan ketosa (positif Seliwanoff).

Soal 2: Disakarida dan Ikatan Glikosidik

Hidrolisis lengkap 1 molekul laktosa menghasilkan 2 molekul monosakarida.

Tuliskan reaksi hidrolisis laktosa secara lengkap!
Sebutkan jenis ikatan yang menghubungkan kedua monosakarida dalam laktosa!
Mengapa laktosa memberikan hasil positif pada uji Benedict?

Jawaban:

a. Reaksi hidrolisis laktosa:

Laktosa (C₁₂H₂₂O₁₁) + H₂O → Glukosa (C₆H₁₂O₆) + Galaktosa (C₆H₁₂O₆)

b. Ikatan pada laktosa adalah ikatan β-1,4-glikosidik karena menghubungkan atom karbon nomor 1 pada galaktosa (β) dengan atom karbon nomor 4 pada glukosa.

c. Laktosa memberikan hasil positif pada uji Benedict karena memiliki gugus pereduksi bebas pada molekul glukosanya. Pada laktosa, hanya gugus anomerik galaktosa yang terikat, sedangkan gugus anomerik glukosa tetap bebas dan dapat mereduksi ion Cu²⁺.

Soal 3: Polisakarida dan Sifatnya

Diberikan tiga sampel polisakarida: pati, glikogen, dan selulosa. Bagaimana cara membedakan ketiga polisakarida tersebut melalui uji kimia sederhana? Jelaskan prosedur dan hasil yang diharapkan!

Jawaban:

Langkah-langkah membedakan ketiga polisakarida:

Uji Iodin:
- Pati: Memberikan warna biru tua/ungu karena adanya amilosa
- Glikogen: Memberikan warna merah-coklat
- Selulosa: Tidak memberikan perubahan warna (tetap coklat muda)
Uji Kelarutan dalam Air Panas:
- Pati: Membentuk koloid/larutan keruh
- Glikogen: Larut sebagian
- Selulosa: Tidak larut sama sekali
Uji Hidrolisis dengan HCl kemudian uji Benedict:
- Semua akan positif setelah hidrolisis karena terurai menjadi glukosa (gula pereduksi)
- Pati dan glikogen lebih mudah terhidrolisis daripada selulosa

Dengan kombinasi uji-uji di atas, ketiga polisakarida dapat dibedakan dengan jelas.

Soal 4: Aplikasi Konsep Karbohidrat

Seorang siswa melakukan percobaan terhadap tiga sampel larutan makanan. Hasil pengujian adalah sebagai berikut:

Sampel	Uji Benedict	Uji Iodin	Uji Barfoed
A	Positif (endapan merah bata)	Negatif	Positif cepat (endapan merah bata dalam 2 menit)
B	Positif (endapan merah bata)	Negatif	Positif lambat (endapan merah bata dalam 10 menit)
C	Negatif (tetap biru)	Positif (warna biru tua)	Negatif

Tentukan jenis karbohidrat yang mungkin terdapat pada masing-masing sampel dan jelaskan alasanmu!

Jawaban:

Sampel A: Kemungkinan mengandung monosakarida (seperti glukosa atau fruktosa). Alasan: Positif Benedict menunjukkan gula pereduksi, negatif iodin menunjukkan bukan pati, positif cepat Barfoed menunjukkan monosakarida (bukan disakarida).

Sampel B: Kemungkinan mengandung disakarida pereduksi (seperti maltosa atau laktosa). Alasan: Positif Benedict menunjukkan gula pereduksi, negatif iodin menunjukkan bukan pati, positif lambat Barfoed menunjukkan disakarida pereduksi.

Sampel C: Kemungkinan mengandung pati. Alasan: Negatif Benedict menunjukkan bukan gula pereduksi, positif iodin menunjukkan pati (karena memberi warna biru), negatif Barfoed sesuai karena pati bukan monosakarida.

Soal 5: Perbandingan Sifat Karbohidrat

Buatlah tabel perbandingan antara sukrosa, laktosa, dan maltosa berdasarkan:

Monosakarida penyusun
Jenis ikatan glikosidik
Sifat sebagai gula pereduksi atau non-pereduksi
Sumber alaminya

Jawaban:

Disakarida	Monosakarida Penyusun	Jenis Ikatan	Sifat Pereduksi	Sumber Alami
Sukrosa	Glukosa + Fruktosa	α-1,2-glikosidik	Non-pereduksi	Tebu, bit, maple
Laktosa	Glukosa + Galaktosa	β-1,4-glikosidik	Pereduksi	Susu mamalia
Maltosa	Glukosa + Glukosa	α-1,4-glikosidik	Pereduksi	Kecambah biji-bijian, hidrolisis pati

Penjelasan tambahan: Sukrosa bersifat non-pereduksi karena kedua gugus pereduksi (aldehid pada glukosa dan keton pada fruktosa) saling berikatan. Sedangkan pada laktosa dan maltosa, masih ada gugus pereduksi bebas yang dapat mereduksi ion Cu²⁺ dalam uji Benedict.

B. PROTEIN

Protein adalah biomolekul kompleks yang tersusun atas rantai asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida. Protein memiliki peran vital dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup.

B1. Asam Amino

Asam amino adalah monomer penyusun protein. Terdapat 20 jenis asam amino standar yang membentuk protein dalam tubuh manusia. Struktur umum asam amino terdiri dari:

Gugus amino (-NH₂)
Gugus karboksil (-COOH)
Atom hidrogen (-H)
Gugus R (rantai samping) yang berbeda untuk setiap asam amino

Struktur umum: H₂N-CHR-COOH

B2. Ion Zwitter

Asam amino dapat membentuk ion zwitter (dari bahasa Jerman "zwitter" berarti hibrida) dalam larutan air. Pada kondisi pH tertentu (titik isoelektrik), asam amino memiliki muatan positif dan negatif secara bersamaan.

H₃N⁺-CHR-COO^-

Pada pH rendah (asam), asam amino bermuatan positif. Pada pH tinggi (basa), asam amino bermuatan negatif. Pada titik isoelektrik, muatan netto = 0.

B3. Asam Amino Esensial dan Nonesensial

Jenis	Jumlah	Contoh	Keterangan
Asam Amino Esensial	9 jenis	Leusin, Lisin, Valin, Isoleusin, dll.	Tidak dapat disintesis tubuh, harus dari makanan
Asam Amino Nonesensial	11 jenis	Alanin, Serin, Glutamat, Aspartat, dll.	Dapat disintesis tubuh dari senyawa lain

B4. Ikatan Peptida

Ikatan peptida adalah ikatan kovalen yang menghubungkan gugus karboksil suatu asam amino dengan gugus amino asam amino lainnya, dengan melepas molekul air (reaksi kondensasi).

-NH-CHR-CO-NH-CHR'-CO-

Ikatan peptida memiliki karakteristik:

Ikatan amida (-CO-NH-)
Memiliki sifat parsial rangkap (hibrid resonansi)
Panjang ikatan 1,32 Å (antara ikatan tunggal dan rangkap)
Planar (atom C, O, N, H pada bidang yang sama)

B5. Struktur Protein

Protein memiliki empat tingkat struktur:

Tingkat Struktur	Deskripsi	Stabilisasi	Contoh
Primer	Urutan linear asam amino	Ikatan peptida kovalen	Insulin, hemoglobin
Sekunder	Pelipatan lokal rantai polipeptida	Ikatan hidrogen antar gugus -NH dan -CO	α-heliks, β-sheet
Tersier	Pelipatan tiga dimensi satu rantai polipeptida	Ikatan hidrogen, ionik, van der Waals, disulfida	Mioglobin, ribonuklease
Kuarterner	Asosiasi beberapa subunit protein	Interaksi non-kovalen antar subunit	Hemoglobin (4 subunit), kolesterol

B6. Hidrolisis Protein/Peptida

Hidrolisis protein adalah pemutusan ikatan peptida menjadi asam amino penyusunnya dengan penambahan air. Dapat dilakukan dengan:

Hidrolisis asam/basa: Menggunakan HCl pekat atau NaOH pada suhu tinggi
Hidrolisis enzimatik: Menggunakan enzim protease (pepsin, tripsin)

Protein + nH₂O → Asam amino

B7. Denaturasi Protein

Denaturasi adalah perubahan struktur protein (sekunder, tersier, kuarterner) tanpa memutus ikatan peptida, menyebabkan hilangnya fungsi biologis protein.

Penyebab denaturasi:

Suhu tinggi: Memutus ikatan non-kovalen (telur matang)
pH ekstrim: Mengubah muatan protein
Pelarut organik: Mengganggu interaksi hidrofobik
Detergen: Mengganggu ikatan hidrofobik
Logam berat: Mengendapkan protein (Hg²⁺, Pb²⁺)
Adukan mekanik: Memutus ikatan non-koveden (mengocok putih telur)

Perbedaan Denaturasi vs Koagulasi: Denaturasi adalah perubahan struktur, sedangkan koagulasi adalah penggumpalan protein yang telah terdenaturasi.

B8. Penggolongan Protein

Berdasarkan Komposisi:

Jenis	Komposisi	Contoh
Protein sederhana	Hanya tersusun dari asam amino	Albumin, globulin, histon
Protein konjugasi	Asam amino + gugus non-protein (prostetik)	Hemoglobin (hem), lipoprotein (lipid), glikoprotein (karbohidrat)

Berdasarkan Bentuk:

Jenis	Karakteristik	Contoh	Fungsi
Protein fibrosa	Bentuk serat, tidak larut air, stabil	Kolagen, keratin, fibrin	Struktural
Protein globular	Bentuk bola, larut air, mudah terdenaturasi	Enzim, hemoglobin, antibodi	Fungsional

B9. Reaksi Pengenalan Protein

Uji	Prinsip	Hasil Positif	Spesifisitas
Biuret	Kompleks Cu²⁺ dengan ikatan peptida dalam suasana basa	Warna ungu/violet	Ikatan peptida (minimal 2)
Xantoproteat	Nitrasi cincin benzena pada asam amino aromatik dengan HNO₃ pekat	Warna kuning (asam) → jingga (basa)	Tirosin, fenilalanin, triptofan
Millon	Reaksi ion merkuri dengan gugus fenol	Endapan merah	Tirosin
Ninhidrin	Oksidasi asam amino α menghasilkan amonia + ninhidrin tereduksi	Warna biru-ungu (asam amino) / kuning (prolin)	Semua asam amino α
Hopkins-Cole	Reaksi indol (triptofan) dengan aldehid dalam H₂SO₄	Cincin ungu	Triptofan
Timbal asetat	Deteksi belerang (S) dalam protein	Endapan hitam (PbS)	Sistein, metionin

Uji Biuret: Tidak hanya untuk protein, tetapi juga senyawa dengan minimal 2 ikatan peptida. Hasil positif: ungu (protein), merah muda (dipeptida), biru (tidak ada ikatan peptida).

B10. Latihan Soal dan Pembahasan Protein

Soal 1: Struktur Asam Amino dan Ion Zwitter

Suatu asam amino memiliki titik isoelektrik (pI) pada pH 6.0. Jika asam amino tersebut dilarutkan dalam larutan dengan pH 4.0:

Bagaimana muatan keseluruhan asam amino tersebut?
Bagaimana pergerakan asam amino tersebut dalam medan listrik (elektroforesis)?
Tuliskan struktur ion zwitter asam amino alanin (R = -CH₃) pada titik isoelektriknya!

Jawaban:

a. Pada pH 4.0 (lebih rendah dari pI 6.0), asam amino bermuatan positif. Karena pH < pI, berarti lingkungan lebih asam, sehingga gugus -NH₂ akan menerima proton menjadi -NH₃⁺, sedangkan gugus -COOH tetap sebagai -COOH (tidak terionisasi).

b. Karena bermuatan positif, asam amino akan bergerak ke katoda (elektroda negatif) dalam elektroforesis.

c. Struktur ion zwitter alanin pada titik isoelektrik:

H₃N⁺-CH(CH₃)-COO^-

Soal 2: Ikatan Peptida dan Struktur Protein

Seorang peneliti mengisolasi protein dengan sifat-sifat berikut:

Berbentuk serat panjang
Tidak larut dalam air
Stabil terhadap perubahan pH dan suhu
Banyak mengandung asam amino dengan rantai samping non-polar

Tentukan:

Termasuk protein fibrosa atau globular?
Tingkat struktur protein mana yang paling menentukan sifat di atas?
Sebutkan 2 contoh protein dengan sifat serupa!

Jawaban:

a. Berdasarkan sifatnya, protein tersebut termasuk protein fibrosa. Ciri-ciri protein fibrosa: berbentuk serat, tidak larut air, stabil, banyak mengandung asam amino non-polar.

b. Sifat-sifat di atas paling ditentukan oleh struktur tersier (pelipatan tiga dimensi) dan komposisi asam amino. Protein fibrosa memiliki struktur tersier yang memanjang dan stabil.

c. Contoh protein fibrosa: kolagen (protein pada kulit, tulang, tendon) dan keratin (protein pada rambut, kuku, bulu).

Soal 3: Denaturasi Protein

Jelaskan mengapa:

Memanaskan putih telur menyebabkan perubahan dari cairan bening menjadi padatan putih?
Menambahkan cuka (asam asetat) pada susu menyebabkan penggumpalan?
Logam berat seperti merkuri (Hg²⁺) bersifat racun bagi tubuh?

Jawaban:

a. Pemanasan putih telur menyebabkan denaturasi protein (terutama ovalbumin). Suhu tinggi memutus ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik yang menstabilkan struktur protein, menyebabkan protein terurai dan membentuk jaringan padat (koagulasi).

b. Penambahan cuka menurunkan pH susu mendekati titik isoelektrik protein susu (kasein). Pada titik isoelektrik, muatan protein netral, mengurangi gaya tolak-menolak antar molekul protein, sehingga terjadi agregasi dan penggumpalan.

c. Ion logam berat seperti Hg²⁺ bereaksi dengan gugus sulfhidril (-SH) pada protein (terutama enzim), membentuk ikatan kuat yang mendenaturasi protein dan menghambat fungsi enzim esensial dalam tubuh.

Soal 4: Uji Pengenalan Protein

Seorang siswa melakukan uji terhadap tiga sampel protein dengan hasil sebagai berikut:

Sampel	Uji Biuret	Uji Xantoproteat	Uji Timbal Asetat
A	Ungu	Kuning → Jingga	Tidak ada endapan
B	Ungu	Tidak berwarna	Endapan hitam
C	Biru (negatif)	Tidak berwarna	Tidak ada endapan

Analisis sifat-sifat sampel A, B, dan C berdasarkan hasil uji di atas!

Jawaban:

Sampel A: Protein yang mengandung asam amino aromatik (positif xantoproteat) tetapi tidak mengandung belerang (negatif timbal asetat). Contoh: protein kaya tirosin/fenilalanin tetapi miskin sistein/metionin.

Sampel B: Protein yang tidak mengandung asam amino aromatik (negatif xantoproteat) tetapi mengandung belerang (positif timbal asetat). Contoh: protein kaya sistein/metionin tetapi miskin tirosin/fenilalanin/triptofan.

Sampel C: Bukan protein atau peptida dengan ikatan peptida minimal 2 (negatif biuret), tidak mengandung asam amino aromatik (negatif xantoproteat), dan tidak mengandung belerang (negatif timbal asetat). Mungkin asam amino tunggal atau senyawa lain.

Soal 5: Hidrolisis Protein dan Aplikasi

Dalam industri makanan, hidrolisis protein memiliki berbagai aplikasi:

Mengapa protein perlu dihidrolisis dalam pembuatan kecap?
Apa perbedaan hidrolisis asam dan hidrolisis enzimatik dalam produksi protein terhidrolisis?
Jelaskan bagaimana prinsip hidrolisis protein digunakan dalam tes alergi makanan!

Jawaban:

a. Protein kedelai (dalam pembuatan kecap) dihidrolisis untuk:

Memecah protein menjadi asam amino dan peptida kecil yang larut
Menghasilkan rasa umami (gurih) dari asam amino glutamat
Membuat produk yang lebih mudah dicerna

b. Perbedaan hidrolisis asam vs enzimatik:

Aspect	Hidrolisis Asam	Hidrolisis Enzimatik
Suhu	Tinggi (100-130°C)	Sedang (30-60°C)
Spesifisitas	Tidak spesifik, semua ikatan terputus	Spesifik, tergantung enzim
Produk	Asam amino bebas, mungkin rusak	Peptida spesifik, asam amino utuh

c. Dalam tes alergi makanan, protein alergen dihidrolisis parsial untuk menghasilkan peptida yang mempertahankan epitop (bagian yang dikenali antibodi) tetapi mengurangi kemampuan menyebabkan reaksi alergi parah, sehingga dapat digunakan untuk tes kulit atau desensitisasi.

C. LIPID

Lipid adalah kelompok senyawa organik heterogen yang bersifat hidrofobik (tidak larut dalam air) tetapi larut dalam pelarut organik non-polar seperti eter, kloroform, dan benzena. Lipid berperan penting dalam penyimpanan energi, penyusun membran sel, dan fungsi biologis lainnya.

C1. Pengertian dan Fungsi Lipid

Lipid bukanlah suatu kelas senyawa tunggal tetapi merupakan kelompok senyawa dengan sifat kelarutan yang serupa. Fungsi utama lipid meliputi:

Fungsi	Penjelasan	Contoh Lipid
Sumber dan Cadangan Energi	Menyediakan 9 kkal/g (lebih tinggi dari karbohidrat dan protein)	Triglisrida dalam jaringan adiposa
Penyusun Membran Sel	Membentuk bilayer fosfolipid yang semipermeabel	Fosfolipid, kolesterol
Insulasi dan Proteksi	Melindungi organ dan menjaga suhu tubuh	Lemak subkutan
Pelarut Vitamin	Melarutkan vitamin A, D, E, K (vitamin larut lemak)	Lemak makanan
Prekursor Hormon	Bahan baku sintesis hormon steroid	Kolesterol

C2. Klasifikasi Lipid

Berdasarkan struktur kimianya, lipid diklasifikasikan menjadi:

C2-a. Lipid Sederhana

Esters asam lemak dengan berbagai alkohol.

Lemak netral (Triglisrida): Esters asam lemak dengan gliserol
Minyak: Triglisrida yang cair pada suhu kamar
Lilin (Wax): Esters asam lemak dengan alkohol monohidrat berantai panjang

C2-b. Lipid Kompleks (Kompleks Lipid)

Mengandung gugus tambahan selain asam lemak dan alkohol.

Fosfolipid: Mengandung gugus fosfat
Glikolipid: Mengandung karbohidrat
Lipoprotein: Kombinasi lipid dengan protein

C2-c. Lipid Turunan (Derived Lipids)

Hasil hidrolisis lipid sederhana atau kompleks.

Asam lemak: Penyusun berbagai lipid
Steroid: Struktur inti sterana (4 cincin terpadu)
Terpena: Disusun oleh unit isoprena

C3. Sifat Fisik-Kimia Lipid

C3-a. Sifat Fisik

Titik Leleh: Dipengaruhi oleh tingkat kejenuhan asam lemak
- Asam lemak jenuh: titik leleh tinggi (padat)
- Asam lemak tak jenuh: titik leleh rendah (cair)
Bilangan Iodin: Indikator tingkat ketidakjenuhan (makin tinggi, makin tak jenuh)
Bilangan Penyabunan: Berat molekul rata-rata asam lemak dalam lemak
Kelarutan: Tidak larut air, larut pelarut organik

C3-b. Sifat Kimia

Hidrolisis: Pemecahan lemak menjadi asam lemak dan gliserol
Saponifikasi: Hidrolisis lemak dengan basa menghasilkan sabun
Hidrogenasi: Penambahan H₂ pada ikatan rangkap (mengubah minyak menjadi margarin)
Oksidasi dan Ketengikan: Kerusakan lemak oleh oksigen udara

C4. Asam Lemak

Asam lemak adalah asam karboksilat dengan rantai hidrokarbon panjang. Klasifikasi asam lemak:

Jenis	Struktur	Sifat	Contoh	Sumber
Jenuh	Semua ikatan C-C tunggal	Padat, titik leleh tinggi, stabil	Asam palmitat (C16:0), asam stearat (C18:0)	Lemak hewan, minyak kelapa sawit
Tak Jenuh Tunggal	1 ikatan rangkap C=C	Cair, titik leleh sedang	Asam oleat (C18:1, ω-9)	Minyak zaitun, minyak canola
Tak Jenuh Ganda	≥2 ikatan rangkap C=C	Cair, titik leleh rendah, mudah tengik	Asam linoleat (ω-6), asam α-linolenat (ω-3)	Minyak ikan, minyak biji bunga matahari

Rumus umum asam lemak jenuh: CH₃(CH₂)_nCOOH
Contoh: Asam stearat = CH₃(CH₂)₁₆COOH

C5. Lemak dan Minyak (Triglisrida)

Triglisrida adalah ester yang terbentuk dari satu molekul gliserol dan tiga molekul asam lemak. Merupakan bentuk utama penyimpanan energi pada hewan (lemak) dan tumbuhan (minyak).

Struktur triglisrida: CH₂OCOR₁ - CHOCOR₂ - CH₂OCOR₃

Perbedaan Lemak dan Minyak:

Aspek	Lemak	Minyak
Wujud pada suhu kamar	Padat	Cair
Asam lemak penyusun	Lebih banyak jenuh	Lebih banyak tak jenuh
Titik leleh	Tinggi	Rendah
Sumber	Hewan (lemak sapi, babi)	Tumbuhan (minyak kelapa, zaitun)

C6. Fosfolipid

Fosfolipid adalah lipid yang mengandung gugus fosfat. Merupakan komponen utama membran sel (membentuk bilayer fosfolipid).

Struktur fosfolipid: Gliserol + 2 asam lemak + gugus fosfat + gugus kepala polar

Struktur amfipatik:

Kepala polar: Hidrofilik (suka air), mengandung fosfat dan gugus tambahan seperti kolin, serin, etanolamin
Ekor non-polar: Hidrofobik (takut air), terdiri dari rantai asam lemak

Contoh fosfolipid penting:

Fosfatidilkolin (lesitin): Komponen utama membran sel, emulsifier alami
Fosfatidiletanolamin (kefalin): Berperan dalam pembekuan darah
Fosfatidilserin: Berperan dalam sinyal apoptosis

C7. Steroid

Steroid adalah lipid dengan struktur dasar berupa empat cincin karbon terpadu (3 cincin sikloheksana dan 1 cincin siklopentana).

Inti steroid: Cincin A, B, C (sikloheksana) + cincin D (siklopentana)

Contoh steroid penting:

Steroid	Fungsi	Sumber
Kolesterol	Komponen membran sel, prekursor hormon steroid, vitamin D, asam empedu	Hati, makanan hewani
Hormon Steroid	Kortisol: Regulasi metabolisme, respons stres Estrogen/progesteron: Hormon seks wanita Testosteron: Hormon seks pria	Kelenjar adrenal, gonad
Asam Empedu	Emulsifikasi lemak dalam pencernaan	Hati
Vitamin D	Metabolisme kalsium dan fosfor	Sinar matahari, makanan

C8. Reaksi Kimia Lipid

C8-a. Hidrolisis

Pemecahan triglisrida menjadi gliserol dan asam lemak dengan bantuan air.

Triglisrida + 3H₂O → Gliserol + 3 Asam Lemak

C8-b. Saponifikasi (Penyabunan)

Hidrolisis triglisrida dengan basa kuat (NaOH/KOH) menghasilkan sabun (garam asam lemak) dan gliserol.

Triglisrida + 3NaOH → Gliserol + 3RCOONa (sabun)

Contoh Saponifikasi:

Asam stearat + NaOH → Natrium stearat (sabun) + H₂O

C₁₇H₃₅COOH + NaOH → C₁₇H₃₅COONa + H₂O

C8-c. Hidrogenasi

Penambahan hidrogen pada ikatan rangkap asam lemak tak jenuh, mengubah minyak menjadi lemak padat.

Asam oleat (tak jenuh) + H₂ → Asam stearat (jenuh)

C8-d. Oksidasi dan Ketengikan

Kerusakan lemak/minyak oleh oksigen udara, menghasilkan senyawa berbau dan berasa tidak sedap.

Ketengikan hidrolitik: Oleh enzim lipase/air
Ketengikan oksidatif: Oleh oksigen udara (radikal bebas)
Ketengikan ketonik: Oleh mikroorganisme

C9. Uji Pengenalan Lipid

Uji	Prinsip	Prosedur	Hasil Positif
Uji Kelarutan	Lipid larut dalam pelarut organik non-polar	Teteskan sampel pada eter/kloroform	Larut sempurna
Uji Noda pada Kertas	Lipid meninggalkan noda transparan pada kertas	Oleskan sampel pada kertas, panaskan	Noda transparan permanen
Uji Sudan III/IV	Pewarna Sudan larut dalam lipid	Campur sampel dengan Sudan III/IV	Warna merah/oranye pada lipid
Uji Akrolein	Dekomposisi gliserol menjadi akrolein yang berbau tajam	Panaskan lemak dengan KHSO₄	Bau tajam menyengat (akrolein)
Uji Saponifikasi	Pembentukan sabun dari lemak dengan basa	Panaskan lemak dengan NaOH, lalu tambahkan NaCl	Terbentuk sabun (mengapung/mengendap)

C10. Latihan Soal dan Pembahasan Lipid

Soal 1: Sifat dan Klasifikasi Lipid

Seorang siswa mengamati dua sampel lipid dengan sifat sebagai berikut:

Sampel A: Padat pada suhu kamar (25°C), berasal dari hewan
Sampel B: Cair pada suhu kamar, berasal dari tumbuhan

Berdasarkan sifat tersebut:

Manakah yang mengandung lebih banyak asam lemak jenuh?
Mengapa sampel A padat sedangkan B cair pada suhu yang sama?
Jika dilakukan hidrogenasi pada sampel B, apa yang akan terjadi?

Jawaban:

a. Sampel A mengandung lebih banyak asam lemak jenuh. Lemak hewani umumnya kaya asam lemak jenuh yang menyebabkan titik leleh tinggi dan berwujud padat pada suhu kamar.

b. Sampel A padat karena mengandung asam lemak jenuh lebih banyak yang memiliki struktur rantai lurus sehingga dapat berkemas rapat dengan interaksi van der Waals yang kuat. Sampel B cair karena mengandung asam lemak tak jenuh lebih banyak yang memiliki ikatan rangkap menyebabkan struktur rantai bengkok, tidak dapat berkemas rapat, sehingga interaksi antar molekul lemah dan titik leleh rendah.

c. Hidrogenasi pada sampel B akan menambah atom hidrogen pada ikatan rangkap, mengubah asam lemak tak jenuh menjadi jenuh. Hal ini akan meningkatkan titik leleh sampel B, dan dapat mengubahnya dari cair menjadi semi-padat atau padat (seperti dalam pembuatan margarin dari minyak nabati).

Soal 2: Fosfolipid dan Membran Sel

Fosfolipid merupakan komponen utama membran sel.

Jelaskan struktur amfipatik fosfolipid!
Bagaimana sifat kelarutan bagian kepala dan ekor fosfolipid?
Mengapa fosfolipid dapat membentuk bilayer dalam air?
Sebutkan perbedaan fosfolipid dengan triglisrida!

Jawaban:

a. Struktur amfipatik fosfolipid terdiri dari:

Kepala polar/hidrofilik: Terdiri dari gugus fosfat dan gugus tambahan (seperti kolin, etanolamin)
Ekor non-polar/hidrofobik: Terdiri dari dua rantai asam lemak (sering satu jenuh dan satu tak jenuh)

b. Sifat kelarutan:

Bagian kepala: Hidrofilik (suka air), larut dalam air karena bermuatan atau polar
Bagian ekor: Hidrofobik (takut air), tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik non-polar

c. Fosfolipid membentuk bilayer dalam air karena:

Bagian kepala polar berinteraksi dengan air (mengarah ke fase air)
Bagian ekor non-polar menghindari air (mengarah ke dalam, saling berinteraksi)
Susunan ini meminimalkan energi dan menstabilkan sistem

d. Perbedaan fosfolipid dan triglisrida:

Aspek	Fosfolipid	Trigliserida
Jumlah asam lemak	2	3
Gugus tambahan	Gugus fosfat + kepala polar	Tidak ada
Fungsi utama	Komponen membran sel	Cadangan energi
Sifat	Amfipatik	Hidrofobik

Soal 3: Reaksi Kimia Lipid

Tuliskan reaksi kimia untuk proses berikut:

Saponifikasi tristearin (trigliserida asam stearat) dengan NaOH
Hidrogenasi asam oleat (C₁₈H₃₄O₂)
Hidrolisis triolein (trigliserida asam oleat)

Jawaban:

a. Saponifikasi tristearin:

(C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → C₃H₅(OH)₃ + 3C₁₇H₃₅COONa
Tristearin + Natrium hidroksida → Gliserol + Natrium stearat (sabun)

b. Hidrogenasi asam oleat:

C₁₇H₃₃COOH + H₂ → C₁₇H₃₅COOH
Asam oleat (tak jenuh) + Hidrogen → Asam stearat (jenuh)

c. Hidrolisis triolein:

(C₁₇H₃₃COO)₃C₃H₅ + 3H₂O → C₃H₅(OH)₃ + 3C₁₇H₃₃COOH
Triolein + Air → Gliserol + Asam oleat

Soal 4: Steroid dan Kolesterol

Kolesterol sering disebut sebagai "lipid esensial yang kontroversial".

Sebutkan 3 fungsi kolesterol dalam tubuh!
Mengapa kolesterol perlu diatur kadarnya dalam darah?
Apa perbedaan LDL dan HDL? Manakah yang disebut "kolesterol jahat" dan mengapa?
Bagaimana struktur dasar steroid?

Jawaban:

a. Tiga fungsi kolesterol:

Komponen membran sel: Memengaruhi fluiditas membran
Prekursor hormon steroid: Seperti kortisol, estrogen, testosteron
Prekursor vitamin D dan asam empedu: Untuk metabolisme kalsium dan pencernaan lemak

b. Kadar kolesterol perlu diatur karena:

Kolesterol berlebih dapat mengendap di dinding pembuluh darah membentuk plak aterosklerosis
Dapat menyumbat pembuluh darah menyebabkan penyakit jantung dan stroke
Tubuh sudah memproduksi kolesterol sendiri, asupan berlebih dari makanan meningkatkan risiko

c. Perbedaan LDL dan HDL:

Parameter	LDL (Low Density Lipoprotein)	HDL (High Density Lipoprotein)
Kepadatan	Rendah	Tinggi
Fungsi	Mengangkut kolesterol dari hati ke jaringan	Mengangkut kolesterol dari jaringan ke hati
Julukan	"Kolesterol jahat"	"Kolesterol baik"
Alasan	Meningkatkan deposisi kolesterol di pembuluh darah	Membersihkan kolesterol dari pembuluh darah

d. Struktur dasar steroid terdiri dari empat cincin karbon terpadu: 3 cincin sikloheksana (cincin A, B, C) dan 1 cincin siklopentana (cincin D). Pada kolesterol, terdapat rantai samping pada C17 dan gugus hidroksil pada C3.

Soal 5: Aplikasi dan Identifikasi Lipid

Seorang siswa memiliki 3 sampel: minyak goreng, margarin, dan sabun batang.

Bagaimana cara membedakan ketiganya dengan uji kelarutan dalam air dan eter?
Uji apa yang dapat membedakan minyak goreng dengan margarin?
Mengapa sabun dapat membersihkan lemak/minyak yang menempel di piring?
Jelaskan mekanisme kerja sabun sebagai emulsifier!

Jawaban:

a. Uji kelarutan:

Sampel	Dalam Air	Dalam Eter
Minyak goreng	Tidak larut (terpisah)	Larut sempurna
Margarin	Tidak larut (terpisah)	Larut sempurna
Sabun batang	Larut (membentuk larutan berbuih)	Tidak larut atau larut sebagian

b. Untuk membedakan minyak goreng dan margarin:

Uji wujud pada suhu kamar: Minyak goreng cair, margarin padat/semi-padat
Uji titik leleh: Margarin memiliki titik leleh lebih tinggi
Uji derajat ketidakjenuhan (bilangan iodin): Minyak goreng biasanya lebih tidak jenuh (bilangan iodin lebih tinggi)

c. Sabun dapat membersihkan lemak karena:

Struktur amfipatik: kepala polar (hidrofilik) dan ekor non-polar (hidrofobik)
Ekor hidrofobik mengikat partikel lemak/minyak
Kepala hidrofilik berinteraksi dengan air
Membentuk misel yang mengemulsi lemak sehingga dapat dibilas dengan air

d. Mekanisme sabun sebagai emulsifier:

Molekul sabun mengelilingi tetesan minyak dengan ekor hidrofobik mengarah ke minyak
Kepala hidrofilik mengarah ke air
Terbentuk misel yang menstabilkan emulsi minyak dalam air
Muatan negatif pada kepala sabun menyebabkan misel saling tolak, mencegah penggabungan kembali
Misel dapat dibilas dengan air karena bagian luarnya hidrofilik

D. ASAM NUKLEAT

Asam nukleat adalah biomolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan pembawa informasi genetik pada semua organisme hidup. Terdapat dua jenis utama asam nukleat: DNA (Deoxyribonucleic Acid) dan RNA (Ribonucleic Acid).

D1. Struktur Asam Nukleat

D1-a. Komponen Penyusun Asam Nukleat

Asam nukleat tersusun atas monomer yang disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen:

Komponen	Deskripsi	Fungsi	Contoh
Gula Pentosa	Gula dengan 5 atom karbon	Menyediakan kerangka struktur	Ribosa (RNA), Deoksiribosa (DNA)
Gugus Fosfat	Gugus PO₄^3-	Memberikan muatan negatif, menghubungkan nukleotida	Asam fosfat
Basa Nitrogen	Senyawa heterosiklik mengandung nitrogen	Penyimpan informasi genetik	Adenin, Guanin, Sitosin, Timin, Urasil

Struktur nukleotida: Basa Nitrogen - Gula Pentosa - Gugus Fosfat

D1-b. Basa Nitrogen

Basa nitrogen pada asam nukleat dikelompokkan menjadi dua jenis:

Kelompok	Struktur	Basa	Jenis Asam Nukleat	Pasangan Basa
Purina	Cincin ganda (6+5 anggota)	Adenin (A), Guanin (G)	DNA dan RNA	A-T (DNA), A-U (RNA)
Pirimidina	Cincin tunggal (6 anggota)	Sitosin (C), Timin (T), Urasil (U)	T: DNA saja, U: RNA saja	G-C (DNA dan RNA)

Aturan Chargaff: Dalam DNA, jumlah adenin = timin (A=T) dan jumlah guanin = sitosin (G=C). Jumlah purina = pirimidina (A+G = T+C).

D1-c. Ikatan dalam Asam Nukleat

Ikatan Fosfodiester: Menghubungkan gugus fosfat suatu nukleotida dengan gugus OH pada karbon 3' gula pentosa nukleotida berikutnya
Ikatan Hidrogen: Menghubungkan pasangan basa komplementer antara dua rantai DNA (A-T: 2 ikatan H; G-C: 3 ikatan H)
Ikatan Glikosidik: Menghubungkan basa nitrogen dengan gula pentosa pada karbon 1'

D2. Perbedaan DNA dan RNA

Karakteristik	DNA (Asam Deoksiribonukleat)	RNA (Asam Ribonukleat)
Gula Pentosa	Deoksiribosa (kehilangan O pada C2')	Ribosa (memiliki OH pada C2')
Basa Nitrogen	Adenin, Guanin, Sitosin, Timin	Adenin, Guanin, Sitosin, Urasil
Struktur	Double helix (rantai ganda), panjang, stabil	Single strand (rantai tunggal), pendek, tidak stabil
Lokasi dalam Sel	Nukleus, mitokondria, kloroplas	Nukleus, sitoplasma, ribosom
Fungsi	Penyimpan informasi genetik, replikasi	Transkripsi, translasi, regulasi gen
Stabilitas Kimia	Stabil (deoksiribosa lebih tahan hidrolisis)	Kurang stabil (ribosa rentan hidrolisis)

D3. Struktur DNA: Model Double Helix Watson-Crick

James Watson dan Francis Crick (1953) mengusulkan model struktur DNA:

Rantai ganda antiparalel: Dua rantai polinukleotida berjalan berlawanan arah (5'→3' dan 3'→5')
Double helix: Berpilinkan ke kanan (heliks B-DNA)
Pasangan basa komplementer: A selalu berpasangan dengan T (2 ikatan H), G selalu berpasangan dengan C (3 ikatan H)
Backbone luar: Terdiri dari gula-fosfat yang hidrofilik
Basa nitrogen di dalam: Terlindung dari lingkungan aqueous, berinteraksi melalui ikatan hidrogen

Panjang satu putaran heliks DNA: 3.4 nm, mengandung 10 pasangan basa
Diameter heliks: 2 nm
Jarak antar pasangan basa: 0.34 nm

D4. Jenis-Jenis RNA dan Fungsinya

Jenis RNA	Singkatan	Persentase	Fungsi Utama	Karakteristik
Messenger RNA	mRNA	3-5%	Membawa kode genetik dari DNA ke ribosom untuk sintesis protein	Rantai tunggal, memiliki kodon (triplet nukleotida)
Transfer RNA	tRNA	10-15%	Mengangkut asam amino ke ribosom selama sintesis protein	Struktur daun semanggi (cloverleaf), memiliki antikodon
Ribosomal RNA	rRNA	80-85%	Komponen struktural dan katalitik ribosom	Rantai tunggal, kompleks dengan protein ribosom
Small Nuclear RNA	snRNA	<1%	Terlibat dalam prosesing pre-mRNA (splicing)	Komponen spliceosome
Micro RNA	miRNA	<1%	Regulasi ekspresi gen post-transkripsi	Rantai pendek (21-25 nukleotida)

D5. Fungsi Asam Nukleat

D5-a. Fungsi DNA

Penyimpan informasi genetik: Mengkode semua informasi untuk perkembangan dan fungsi organisme
Replikasi: Duplikasi diri untuk pembelahan sel
Transkripsi: Template untuk sintesis RNA
Mutasi dan variasi genetik: Dasar evolusi dan keragaman spesies

D5-b. Fungsi RNA

Sintesis protein: mRNA (template), tRNA (pembawa asam amino), rRNA (katalis)
Regulasi gen: miRNA, siRNA mengatur ekspresi gen
Katalisis: Ribozim (RNA dengan aktivitas katalitik)
Penyimpan informasi genetik: Pada beberapa virus (HIV, influenza)

D6. Proses Sentral Dogma Molekuler

Aliran informasi genetik menurut Francis Crick (1958):

DNA → (Transkripsi) → RNA → (Translasi) → Protein

D6-a. Replikasi DNA

Proses duplikasi DNA sebelum pembelahan sel. Sifat:

Semi-konservatif: Masing-masing molekul DNA anak mengandung satu rantai induk dan satu rantai baru
Memerlukan primer, DNA polimerase, helicase, ligase
Terjadi dalam arah 5'→3'

D6-b. Transkripsi

Sintesis RNA menggunakan DNA sebagai template. Tahapan:

Inisiasi: RNA polimerase berikatan dengan promoter
Elongasi: Penambahan nukleotida RNA (5'→3')
Terminasi: Pengakhiran sintesis RNA
Processing: Splicing, capping, polyadenylation (pada eukariot)

D6-c. Translasi

Sintesis protein menggunakan mRNA sebagai template. Komponen:

mRNA: Membawa kode genetik (kodon)
tRNA: Membawa asam amino spesifik, memiliki antikodon
Ribosom: Tempat sintesis protein (subunit kecil dan besar)
Kode genetik: Universal, degenerat, tanpa tumpang tindih

D7. Kode Genetik

Sistem pengkodean informasi genetik dari nukleotida ke asam amino:

Kodon: Triplet nukleotida pada mRNA yang mengkode asam amino spesifik
64 kodon: 61 kodon sense (mengkode 20 asam amino), 3 kodon nonsense (stop: UAA, UAG, UGA)
Kodon start: AUG (metionin pada eukariot, formilmetionin pada prokariot)
Sifat kode genetik:
- Universal: Sama pada hampir semua organisme
- Degenerat/Redundan: Satu asam amino dikode oleh lebih dari satu kodon
- Spesifik: Satu kodon hanya mengkode satu asam amino
- Non-overlapping: Dibaca sebagai triplet yang terpisah

D8. Uji Pengenalan Asam Nukleat

Uji	Prinsip	Prosedur	Hasil Positif
Uji Diferensial DNA-RNA	Deoksiribosa DNA bereaksi dengan difenilamin dalam suasana asam	Tambahkan difenilamin + H₂SO₄ + asetaldehid pada sampel, panaskan	DNA: warna biru intens; RNA: warna hijau pucat
Uji Orcinol (Bial)	Ribosa RNA bereaksi dengan orcinol dalam suasana asam dengan FeCl₃ sebagai katalis	Tambahkan reagen Bial (orcinol + HCl + FeCl₃) pada sampel, panaskan	RNA: warna hijau-biru
Uji Dische	Reaksi deoksiribosa dengan difenilamin menghasilkan kompleks berwarna	Tambahkan reagen Dische (difenilamin dalam asam asetat + H₂SO₄)	DNA: warna biru; semakin pekat jika konsentrasi DNA tinggi
Uji Murexide	Purina dalam asam nukleat menghasilkan murexide (ammonium purpurate) dengan HNO₃ dan NH₃	Panaskan dengan HNO₃ pekat, netralkan dengan NH₃	Warna merah/ungu (murexide)
Spektrofotometri UV	Basa nitrogen menyerap sinar UV pada λ maks 260 nm	Ukur absorbansi pada 260 nm dan 280 nm	Rasio A260/A280: DNA murni ≈ 1.8, RNA murni ≈ 2.0

Catatan Penting: Uji difenilamin spesifik untuk DNA karena mendeteksi gula deoksiribosa. Uji orcinol spesifik untuk RNA karena mendeteksi gula ribosa.

D9. Latihan Soal dan Pembahasan Asam Nukleat

Soal 1: Struktur dan Komponen Asam Nukleat

Sebuah nukleotida DNA mengandung basa nitrogen adenin.

Sebutkan tiga komponen penyusun nukleotida tersebut!
Basa nitrogen apa yang akan berpasangan dengan adenin pada rantai DNA komplementer?
Berapa banyak ikatan hidrogen yang menghubungkan pasangan basa tersebut?
Jelaskan perbedaan gula pentosa pada DNA dan RNA!

Jawaban:

a. Tiga komponen penyusun nukleotida:

Gula pentosa: Deoksiribosa (pada DNA)
Gugus fosfat: PO₄^3-
Basa nitrogen: Adenin (dalam kasus ini)

b. Pada rantai DNA komplementer, adenin akan berpasangan dengan timin (T).

c. Pasangan basa A-T dihubungkan oleh 2 ikatan hidrogen.

d. Perbedaan gula pentosa:

Aspek	DNA	RNA
Nama gula	Deoksiribosa	Ribosa
Atom pada C2'	H (hidrogen)	OH (hidroksil)
Stabilitas	Lebih stabil terhadap hidrolisis	Kurang stabil (OH pada C2' rentan)

Soal 2: Perbedaan DNA dan RNA

Analisis dua sampel asam nukleat memberikan data berikut:

Sampel X: Mengandung deoksiribosa, basa timin, struktur double helix
Sampel Y: Mengandung ribosa, basa urasil, struktur single strand

Identifikasi jenis asam nukleat pada sampel X dan Y!
Mengapa sampel X lebih stabil secara kimia dibanding Y?
Jika dilakukan uji difenilamin, sampel mana yang akan memberikan hasil positif?
Sebutkan tiga jenis RNA dan fungsinya masing-masing!

Jawaban:

a. Identifikasi:

Sampel X: DNA (deoksiribosa, timin, double helix)
Sampel Y: RNA (ribosa, urasil, single strand)

b. Sampel X (DNA) lebih stabil karena:

Gula deoksiribosa tidak memiliki gugus OH pada C2', sehingga lebih tahan terhadap hidrolisis basa
Struktur double helix memberikan stabilitas tambahan melalui ikatan hidrogen dan interaksi stacking basa
DNA memiliki mekanisme perbaikan (repair) yang lebih efisien

c. Uji difenilamin akan positif pada sampel X (DNA) karena uji ini spesifik mendeteksi gula deoksiribosa yang hanya ada pada DNA.

d. Tiga jenis RNA dan fungsinya:

Jenis RNA	Fungsi
mRNA (messenger RNA)	Membawa kode genetik dari DNA ke ribosom untuk sintesis protein
tRNA (transfer RNA)	Mengangkut asam amino spesifik ke ribosom selama sintesis protein
rRNA (ribosomal RNA)	Komponen struktural dan katalitik ribosom

Soal 3: Replikasi dan Transkripsi DNA

Diberikan sekuens DNA sense: 5'-ATG CCT GAA TAC-3'

Tuliskan sekuens DNA antisense yang komplementer!
Tuliskan sekuens mRNA yang akan ditranskripsi dari DNA sense tersebut!
Tentukan urutan asam amino yang dikode oleh mRNA tersebut (gunakan tabel kode genetik)!
Jelaskan apa yang dimaksud dengan replikasi semi-konservatif!

Jawaban:

a. Sekuens DNA antisense (komplementer, arah 3'→5'):

3'-TAC GGA CTT ATG-5'

Catatan: A berpasangan dengan T, C dengan G, G dengan C, T dengan A

b. Sekuens mRNA (transkripsi dari DNA sense, sama dengan DNA antisense tetapi U mengganti T dan arah 5'→3'):

5'-AUG CCU GAA UAC-3'

c. Urutan asam amino (setiap 3 nukleotida = 1 kodon):

Kodon	Asam Amino
AUG	Metionin (Met) [start]
CCU	Prolin (Pro)
GAA	Glutamat (Glu)
UAC	Tirosin (Tyr)

Urutan asam amino: Met - Pro - Glu - Tyr

d. Replikasi semi-konservatif adalah cara duplikasi DNA dimana:

Setiap molekul DNA induk berpisah menjadi dua rantai tunggal
Masing-masing rantai berfungsi sebagai template untuk sintesis rantai baru
Hasilnya: Setiap molekul DNA anak terdiri dari satu rantai induk dan satu rantai baru
Dibuktikan oleh eksperimen Meselson-Stahl (1958) menggunakan isotop ¹⁵N

Soal 4: Kode Genetik dan Sintesis Protein

Kode genetik memiliki sifat-sifat tertentu yang penting dalam sintesis protein.

Apa yang dimaksud dengan kode genetik yang degenerat/redundan?
Berikan contoh: satu asam amino yang dikode oleh lebih dari satu kodon!
Mengapa kode genetik disebut universal?
Jelaskan peran tRNA dalam sintesis protein!
Apa yang terjadi jika terjadi mutasi titik (point mutation) pada kodon?

Jawaban:

a. Kode genetik degenerat/redundan berarti satu asam amino dapat dikode oleh lebih dari satu kodon (triplet nukleotida). Misalnya, asam amino leusin dikode oleh 6 kodon berbeda (UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG).

b. Contoh: Leusin dikode oleh 6 kodon: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. Contoh lain: Serin dikode oleh UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC.

c. Kode genetik disebut universal karena kode yang sama digunakan oleh hampir semua organisme dari bakteri hingga manusia. Misalnya, kodon AUG selalu mengkode metionin (atau formilmetionin pada prokariot) dan berfungsi sebagai start codon. Pengecualian: beberapa kodon berbeda pada mitokondria dan organel tertentu.

d. Peran tRNA dalam sintesis protein:

Mengangkut asam amino spesifik ke ribosom
Mengenali kodon pada mRNA melalui antikodon yang komplementer
Memastikan urutan asam amino yang benar sesuai dengan kode genetik pada mRNA
Berperan dalam inisiasi, elongasi, dan terminasi sintesis protein

e. Mutasi titik dapat menyebabkan:

Mutasi salah arti (missense): Perubahan satu asam amino dalam protein
Mutasi tanpa arti (nonsense): Perubahan menjadi kodon stop prematur
Mutasi diam (silent): Tidak mengubah asam amino karena degenerasi kode
Dapat mengubah fungsi protein atau tidak berpengaruh, tergantung lokasi dan jenis perubahan

Soal 5: Aplikasi dan Teknologi Asam Nukleat

Teknologi DNA rekombinan telah merevolusi berbagai bidang.

Apa yang dimaksud dengan PCR (Polymerase Chain Reaction) dan apa kegunaannya?
Bagaimana prinsip elektroforesis gel untuk memisahkan fragmen DNA?
Jelaskan aplikasi teknologi DNA rekombinan dalam bidang medis!
Apa perbedaan antara DNA genomik dan DNA plasmid?
Mengapa enzim restriksi penting dalam rekayasa genetika?

Jawaban:

a. PCR (Polymerase Chain Reaction) adalah teknik amplifikasi (perbanyakan) DNA secara in vitro yang dikembangkan oleh Kary Mullis (1983).

Kegunaan PCR:

Amplifikasi DNA dari sampel sedikit untuk analisis
Diagnosis penyakit genetik dan infeksi
Forensik DNA (identifikasi individu)
Penelitian biologi molekuler
Kloning gen

b. Prinsip elektroforesis gel:

DNA bermuatan negatif karena gugus fosfat
Dalam medan listrik, DNA bergerak ke elektroda positif (anoda)
Fragmen DNA lebih kecil bergerak lebih cepat melalui pori-pori gel (agarosa/poliakrilamida)
Hasil: Pita DNA terpisah berdasarkan ukuran, dapat divisualisasi dengan pewarna (etidium bromida, SYBR Safe)

c. Aplikasi teknologi DNA rekombinan dalam bidang medis:

Produksi insulin manusia oleh bakteri rekombinan (E. coli)
Terapi gen untuk penyakit genetik (cystic fibrosis, hemofilia)
Vaksin rekombinan (hepatitis B, HPV)
Diagnostik molekuler (PCR untuk deteksi patogen)
Produksi hormon pertumbuhan dan faktor pembekuan darah

d. Perbedaan DNA genomik dan plasmid:

Aspek	DNA Genomik	DNA Plasmid
Lokasi	Kromosom utama sel	Di luar kromosom, sitoplasma
Ukuran	Besar (jutaan bp)	Kecil (ribuan bp)
Bentuk	Linear (eukariot) atau sirkuler (prokariot)	Sirkuler ganda
Fungsi	Mengandung gen esensial untuk kehidupan	Gen non-esensial (resistensi antibiotik, dll.)
Penggunaan	Studi genom	Vektor kloning dalam rekayasa genetika

e. Enzim restriksi penting karena:

Memotong DNA pada sekuens spesifik (situs restriksi)
Menghasilkan ujung sticky (kohesif) atau blunt yang dapat disambungkan
Memungkinkan penyisipan gen ke dalam vektor (plasmid)
Digunakan dalam pemetaan restriksi dan analisis DNA
Merupakan "gunting molekuler" dalam rekayasa genetika

Pages