Materi – Soal Biomedik 1

Contoh Materi Biomedik 1 : Biokimia Dasar

Definisi BiokimiaBiokimia adalah ilmu yang mempelajari kimiawi dan biologi molekuler pada organisme hidup. Ilmu ini berkembang mulai dari abad ke-20 setelah beberapa ilmuwan mengkombinasikan kimia, fisiologi dan biologi untuk menginvestigasi organisme hidup melalui :
1. Mempelajari struktur dan sifat suatu kompleks molekul yang ditemukan pada material biologis
2. Mempelajari bagaimana molekul berinteraksi membentuk sel, jaringan hingga organisme
Prinsip BiokimiaSel (unit struktural dasar organisme hidup) adalah struktur terorganisir dan memerlukan energi secara konstan untuk mempertahankan kehidupannya. Proses kehidupan melalui ribuan jalur kimiawi. Regulasi dan integrasi jalur – jalur kimiawi berperan untuk mempertahankan suatu kehidupan. Beberapa jalur penting seperti glikolisis hampir ditemukan pada seluruh organisme. Semua organisme menggunakan tipe molekul yang sama, yaitu karbohidrat, protein, lipid dan asam nukleat. Untuk bertumbuh, reproduksi dan berkembang, setiap organisme memerlukan DNA.
SelSel adalah unit struktural terkecil makhluk hidup. Jumlahnya sekitar 1014 pada manusia, dan terdapat >200 jenis sel yang berbeda.
– Sel merupakan building blocks dasar dalam kehidupan.
– Sel merupakan unit kehidupan terkecil pada organisme.
– Sel dapat bertumbuh, reproduksi, menggunakan energi, beradaptasi dan berespon terhadap lingkungan.
– Kebanyakan sel tidak dapat dilihat dengan mata telanjang

Sel pada organisme dibagi menjadi sel prokariotik dan sel eukariotik. Sel prokariotik ditandai dengan tidak adanya membran sel dan nukleus, namun mengandung regio nukleoid yang berisi DNA. Sel prokariotik mengandung ribosom untuk membuat protein di sitoplasma. Sel eukariotik mempunyai 3 struktur dasar, yaitu nukleus, membran sel dan sitoplasma dengan organelnya. Sel eukariotik berbeda antara hewan dan tumbuhan.  
Bagaimana molekul kompleks organik berkembang dari molekul sederhana?Mungkin bakal muncul di benak kita bagaimana caranya suatu molekul kompleks terbentuk dari molekul sederhana. Misalnya bagaimana suatu imunoglobulin terbentuk dari molekul metana, air, NH3 dan HCN. Proses inilah yang disebut sebagai evolusi biokimia.  

Percobaan ini pertama kali dilakukan pada tahun 1828. Pada saat itu baru diketahui bahwa urea disintesis dari pemanasan senyawa amonium sianat. Hasil ini menunjukkan bahwa senyawa – senyawa yang ditemukan dalam organisme berasal dari substansi inorganik yang biasa ditemukan.  

Pada tahun 1950, Urey Miller melakukan percobaan dengan melakukan percobaan senyawa apa saya yang terbentuk dari suatu NH3, CH4 dan H2. Hasil dari kondensasi senyawa tersebut menghasilkan beberapa asam amino seperti glisin, alanin, asam glutamat dan leusin. Dari hasil inilah kita mengetahui bahwa senyawa kompleks berkembang dari molekul – molekul sederhana.

Istilah – istilah yang harus diketahui adalah :
1. Biopolimer, yaitu makromolekul yang terbentuk dari beberapa molekul organik yang lebih kecil (monomer)
2. Reaksi kondensasi, yaitu penggabungan monomer (pembuangan H2O selama proses)
3. Residu, yaitu monomer pada sebuah rantai  
Organisasi MolekulOrganisasi dalam skala molekul dibagi menjadi 4 level, yaitu :
1. Level 1 : Unit monomerik, misalnya nukleotida, asam amino, glukosa
2. Level 2 : Makromolekul, misalnya DNA, protein, selulosa
3. Level 3 : Kompleks supramolekular, misalnya kromosom, membran plasma, dinding sel
4. Level 4 : Sel dan organelnya  
Biomolekul/ MakromolekulBiomolekul terbentuk dari beberapa bulding blocks dari sel. Hewan dan tumbuhan mempunyai sekitar 10.000 biomolekul. Air memegang peranan 50 – 95% dari berat sel. Ion seperti Na+, K+ dan Ca2+ memegang peranan 1% dari berat sel  
Kebanyakan biomolekul bersifat organik (mengandung C, H, N, O, P dan S). Atom karbon merupakan molekul yang paling banyak ditemukan dalam biomolekul (rata – rata merupakan turunan dari hidrokarbon). Komponen kimiawi dan sifat dari biomolekul organik ditentukan dari gugus fungsionalnya.  

Biomolekul (makromolekul) terdiri dari :
1. Karbohidrat
2. Lipid
3. Protein
4. Asam nukleat  

Pengabungan Monomer
Proses penggabungan monomer menjadi makromolekul membutuhkan reaksi dehidrasi, yaitu membuang hasil pembentukan H2O.  

Pemecahan Polimer
Proses pemecahan makromolekul menjadi monomer membutuhkan reaksi hidrolisis, yaitu penambahan molekul H2O.
KarbohidratKarbohidrat mengandung karbon, hidrogen dan oksigen. Biasanya disebut sebagai gula. Karbohidrat terdiri dari : Monosakarida, misalnya glukosa; Disakarida, misalnya sukrosa; Polisakarida, misalnya glikogen, peptidoglikan.
LipidContoh lipid adalah : Waxes, Fats dan oils, Fosfolipid, Steroid  
ProteinProtein dibentuk dari kumpulan asam amino yang berikatan dengan ikatan peptida. Polimer yang mempunyai lebih dari 3 asam amino disebut polipeptida.

Struktur protein terdiri dari :
– Struktur primer, yaitu sekuens linear dari asam amino
– Struktur sekunder, yaitu pembentukan sekuens heliks/sheets
– Struktur tersier, yaitu folded protein (protein yang terlipat)
– Struktur kuartener, yaitu 2 atau lebih rantai polipeptida terikat bersama  

Contoh protein adalah enzim, yaitu katalisator biologis (mempercepat reaksi kimia tanpa mengubah substrat pereaksinya). Biasanya enzim berakhiran –ase, misalnya lipase.
Asam NukleatContoh asam nukleat adalah DNA (Deoxyribonucleic Acid) dan RNA (Ribonucleic acid). DNA/RNA adalah molekul herediter yang mengandung gen untuk mengkode suatu produk. DNA ditranslasi menjadi RNA untuk memproduksi protein atau produk lain.  

Asam nukleat dibentuk oleh basa nitrogen + gula + fosfat. Penentukan DNA atau RNA ditentukan dari jenis gulanya, jika gulanya adalah deoksiribosa maka akan terbentuk DNA, dan jika gulanya adalah ribosa maka akan terbentuk RNA.

Basa nitrogen terdiri dari adenin, guanin, sitosin, timin (hanya pada DNA) dan urasil (hanya pada RNA). Adenin dan guanin membentuk purin (cincin ganda), sedangkan sitosin,timin dan urasil membentuk pirimidin (cincin tunggal).  
Kebutuhan suatu KehidupanSuatu kehidupan membutuhkan 3 hal, yaitu :
1. Energi, yaitu bagaimana cara ekstraksinya, transformasinya dan utilisasinya. Yang akan dipelajari dalam aspek biokimianya adalah proses dari nutrisi tersedia (dimakan), kemudian masuk ke reaksi katabolisme dan anabolisme. Pada tumbuhan misalnya proses fotosintesis dengan mengambil cahaya matahari untuk sintesis senyawa organik. Pada manusia, misalnya proses glikolisis untuk pembentukan ATP (energi).
2. Molekul sederhana, yaitu bagaimana konversinya, polimerisasi dan degradasinya.
3. Mekanisme kimiawi, untuk memanfaatkan energi, dorongan reaksi kimia sekuensial, sintesis dan degradasi makromolekul, mempertahankan kondisi stabil yang dinamis, merakit sendiri struktur kompleks, replikasi secara akurat dan efisien, serta mempertahankan keteraturan biokimia.
Jenis Reaksi Kimia untuk Proses Biokimia1. Substitusi nukleofilik, yaitu substitusi grup 1 atom ke lainnya
2. Reaksi eliminasi, yaitu pembuangan atom molekul dan menghasilkan ikatan ganda
3. Reaksi adisi, yaitu dua molekul digabung menjadi 1 produk, biasanya merupakan reaksi hidrasi.
4. Reaksi isomerisasi, yaitu mengubah posisi atom/grup intramolekular
5. Reaksi oksidasi dan reduksi (redoks), yaitu reaksi dengan mentransfer elektron dari donor ke akseptor elektron.
6. Reaksi hidrolisis, yaitu pemecahan ikatan ganda dengan air.  

Latihan Soal

Pernyataan yang benar mengenai perbedaan DNA pada sel prokariota dan sel eukariota adalah (Soal BM 1 FKUH Angkatan 2021)
A. DNA sel eukariota terdapat pada nucleus dan mitokondria sedangkan DNA sel prokariota terdapat sitoplasma
B. Sel prokariota dan sel eukariota tidak memiliki DNA
C. DNA sel eukariota hanya terdapat pada mitokondria sedangkan DNA sel prokariota terdapat pada nucleus dan mitokondria
D. Sel eukariota tidak memiliki DNA sedangkan DNA sel prokariota terdapat pada nucleus dan mitokondria
E. DNA sel eukariota terdapat pada sitoplasma sedangkan DNA sel prokariota terdapat pada nucleus dan mitokondria
Jawaban : A

Contoh supramolekular kompleks adalah … (Soal BM 1 FKUH Angkatan 2020)
A. Kromosom
B. Sel
C. Asam amino
D. Asam nukleat
E. Asparagin
Jawaban : A

Dibawah ini pernyataan yang sesuai dengan prinsip biokimia adalah … (Soal BM1 FKUH Angkatan 2019)
A. Semua organisme mengunakan jenis molekul yang sama, yaitu karbohidrat, protein, lipid dan asam nukleat
B. Reaksi biokimia hanya berlangsung 1 jalur saja
C. Atom – atom penyusun molekul tubuh kita paling banyak terhubung dengan ikatan van der waals
D. Atom utama penyusun tubuh manusia adalah nitrogen dan fosfat
E. Satu substrat minimal harus dikatalis oleh 3 enzim
Jawaban: A