BIOMOLEKUL: PENGELASAN DAN FUNGSI UTAMA - BIOLOGI - 2026

The biomolekul adalah molekul yang dijana dalam makhluk hidup. Awalan "bio" bermaksud kehidupan; oleh itu, biomolekul adalah molekul yang dihasilkan oleh makhluk hidup. Makhluk hidup terdiri daripada pelbagai jenis molekul yang menjalankan pelbagai fungsi yang diperlukan untuk kehidupan.

Secara semula jadi, terdapat sistem biotik (hidup) dan abiotik (bukan hidup) yang berinteraksi dan, dalam beberapa kes, bertukar unsur. Satu ciri yang dimiliki oleh semua makhluk hidup adalah organik, yang bermaksud bahawa molekul penyusunnya terdiri daripada atom karbon.

Biomolekul juga mempunyai atom yang sama selain karbon. Atom-atom ini merangkumi hidrogen, oksigen, nitrogen, fosforus dan sulfur, terutamanya. Unsur-unsur ini juga disebut bioelemen kerana mereka adalah komponen utama molekul biologi.

Namun, ada atom lain yang juga terdapat dalam beberapa biomolekul, walaupun dalam jumlah yang lebih kecil. Ini umumnya ion logam seperti kalium, natrium, besi, dan magnesium, antara lain. Oleh itu, biomolekul boleh terdiri daripada dua jenis: organik atau bukan organik.

Oleh itu, organisma terdiri daripada banyak jenis molekul berasaskan karbon, misalnya: gula, lemak, protein dan asid nukleik. Walau bagaimanapun, terdapat sebatian lain yang juga berasaskan karbon dan bukan sebahagian daripada biomolekul.

Molekul-molekul yang mengandung karbon ini yang tidak terdapat dalam sistem biologi dapat dijumpai di kerak bumi, di tasik, laut dan lautan, dan di atmosfera. Pergerakan unsur-unsur ini di alam dijelaskan dalam apa yang dikenali sebagai kitaran biogeokimia.

Diperkirakan bahawa molekul organik sederhana yang terdapat di alam adalah molekul yang menimbulkan biomolekul paling kompleks yang merupakan sebahagian daripada struktur asas kehidupan: sel. Inilah yang dikenali sebagai teori sintesis abiotik.

Klasifikasi dan fungsi biomolekul

Biomolekul bervariasi dalam ukuran dan struktur, yang memberi mereka ciri unik untuk pelaksanaan fungsi yang diperlukan untuk kehidupan. Oleh itu, biomolekul bertindak sebagai penyimpanan maklumat, sumber tenaga, sokongan, metabolisme sel, antara lain.

Biomolekul dapat dikelaskan kepada dua kumpulan besar, berdasarkan kehadiran atau ketiadaan atom karbon.

Biomolekul tak organik

Mereka adalah molekul-molekul yang ada pada makhluk hidup dan tidak mengandungi karbon dalam struktur molekulnya. Molekul bukan organik juga boleh dijumpai dalam sistem lain (bukan hidup) di alam semula jadi.

Jenis biomolekul bukan organik adalah seperti berikut:

Air

Ini adalah komponen utama dan asas makhluk hidup, ia adalah molekul yang dibentuk oleh atom oksigen yang dihubungkan dengan dua atom hidrogen. Air sangat penting untuk kehidupan dan merupakan biomolekul yang paling biasa.

Antara 50 dan 95% berat mana-mana makhluk hidup adalah air, kerana perlu menjalankan beberapa fungsi penting, seperti pengaturan termal dan pengangkutan zat.

Garam mineral

Mereka adalah molekul sederhana yang terdiri daripada atom bermuatan yang berpisah sepenuhnya di dalam air. Contohnya: natrium klorida, terdiri daripada atom klorin (bermuatan negatif) dan atom natrium (bermuatan positif).

Garam mineral mengambil bahagian dalam pembentukan struktur kaku, seperti tulang vertebrata atau exoskeleton invertebrata. Biomolekul anorganik ini juga diperlukan untuk menjalankan banyak fungsi sel penting.

Gas

Mereka adalah molekul yang berbentuk gas. Mereka penting untuk pernafasan haiwan dan fotosintesis pada tumbuhan.

Contoh gas ini adalah: oksigen molekul, terdiri daripada dua atom oksigen yang terikat bersama; dan karbon dioksida, terdiri daripada atom karbon yang terikat pada dua atom oksigen. Kedua-dua biomolekul mengambil bahagian dalam pertukaran gas yang dilakukan oleh makhluk hidup dengan persekitarannya.

Biomolekul organik

Biomolekul organik adalah molekul yang mengandungi atom karbon dalam strukturnya. Molekul organik juga boleh didapati disebarkan di alam sebagai sebahagian daripada sistem bukan hidup, dan mereka membentuk apa yang dikenali sebagai biomas.

Jenis biomolekul organik adalah seperti berikut:

Karbohidrat

Karbohidrat mungkin merupakan bahan organik yang paling banyak dan meluas di alam semula jadi, dan ia adalah komponen penting bagi semua makhluk hidup.

Karbohidrat dihasilkan oleh tumbuhan hijau dari karbon dioksida dan air semasa proses fotosintesis.

Biomolekul ini terdiri terutamanya dari atom karbon, hidrogen dan oksigen. Mereka juga dikenali sebagai karbohidrat atau sakarida, dan berfungsi sebagai sumber tenaga dan sebagai komponen struktur organisma.

- Monosakarida

Monosakarida adalah karbohidrat termudah dan sering disebut gula sederhana. Mereka adalah unsur asas dari mana semua karbohidrat terbesar terbentuk.

Monosakarida mempunyai formula molekul umum (CH2O) n, di mana n boleh menjadi 3, 5 atau 6. Oleh itu, monosakarida dapat diklasifikasikan mengikut bilangan atom karbon yang terdapat dalam molekul:

Sekiranya n = 3, molekul itu adalah triose. Contohnya: gliseraldehid.

Sekiranya n = 5, molekul itu adalah pentosa. Contohnya: ribosa dan deoxyribose.

Sekiranya n = 6, molekul itu adalah heksosa. Contohnya: fruktosa, glukosa, dan galaktosa.

Pentosis dan heksosa boleh wujud dalam dua bentuk: siklik dan bukan siklik. Dalam bentuk bukan kitaran, struktur molekulnya menunjukkan dua kumpulan berfungsi: kumpulan aldehid atau kumpulan keton.

Monosakarida yang mengandungi kumpulan aldehid disebut aldosis, dan yang mempunyai kumpulan keton disebut ketosis. Aldosis adalah gula yang mengurangkan, sementara ketosis adalah gula yang tidak mengurangkan.

Walau bagaimanapun, dalam pentosa air dan heksosa terdapat terutamanya dalam bentuk siklik, dan dalam bentuk inilah mereka bergabung untuk membentuk molekul sakarida yang lebih besar.

- Disakarida

Sebilangan besar gula yang terdapat di alam adalah disakarida. Ini terbentuk oleh pembentukan ikatan glikosidik antara dua monosakarida, melalui tindak balas pemeluwapan yang membebaskan air. Proses pembentukan ikatan ini memerlukan tenaga untuk menyatukan dua unit monosakarida itu.

Tiga disakarida yang paling penting ialah sukrosa, laktosa, dan maltosa. Mereka terbentuk dari pemeluwapan monosakarida yang sesuai. Sukrosa adalah gula yang tidak mengurangkan, sementara laktosa dan maltosa mengurangkan gula.

Disakarida larut dalam air, tetapi merupakan biomolekul yang terlalu besar untuk menyeberangi membran sel melalui penyebaran. Atas sebab ini, mereka dipecah dalam usus kecil semasa pencernaan sehingga komponen penting mereka (iaitu monosakarida) masuk ke dalam darah dan sel-sel lain.

Monosakarida digunakan dengan cepat oleh sel. Walau bagaimanapun, jika sel tidak memerlukan tenaga, ia dapat menyimpannya dalam bentuk polimer yang lebih kompleks. Oleh itu, monosakarida ditukar menjadi disakarida melalui tindak balas pemeluwapan yang berlaku di dalam sel.

- Oligosakarida

Oligosakarida adalah molekul antara yang terdiri daripada tiga hingga sembilan unit gula sederhana (monosakarida). Mereka terbentuk dengan memecah sebahagian karbohidrat kompleks (polisakarida).

Oligosakarida yang paling banyak dijumpai secara semula jadi terdapat pada tumbuhan dan, dengan pengecualian maltotriose, tidak dapat dicerna oleh manusia kerana tubuh manusia kekurangan enzim yang diperlukan dalam usus kecil untuk memecahnya.

Di dalam usus besar, bakteria bermanfaat dapat memecah oligosakarida melalui penapaian; dengan itu mereka berubah menjadi nutrien yang dapat diserap yang memberikan sedikit tenaga. Produk pemecahan oligosakarida tertentu boleh memberi kesan yang baik pada lapisan usus besar.

Contoh oligosakarida termasuk raffinose, trisakarida dari kekacang, dan beberapa bijirin yang terdiri daripada glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Maltotriose, gliser trisakarida, berlaku di beberapa tumbuh-tumbuhan dan dalam darah arthropoda tertentu.

- Polisakarida

Monosakarida dapat menjalani serangkaian tindak balas pemeluwapan, menambahkan satu unit demi satu ke rantai sehingga molekul yang sangat besar terbentuk. Ini adalah polisakarida.

Sifat polisakarida bergantung pada beberapa faktor struktur molekulnya: panjang, cabang sisi, lipatan dan sama ada rantai itu "lurus" atau "melingkar". Terdapat beberapa contoh polisakarida di alam semula jadi.

Pati sering dihasilkan dalam tanaman sebagai cara untuk menyimpan tenaga, dan terdiri daripada polimer α-glukosa. Sekiranya polimer bercabang disebut amilopektin, dan jika tidak bercabang disebut amilosa.

Glikogen adalah polisakarida simpanan tenaga pada haiwan dan terdiri daripada amilopektin. Oleh itu, pati tumbuhan dipecah di dalam badan untuk menghasilkan glukosa, yang memasuki sel dan digunakan dalam metabolisme. Glukosa yang tidak digunakan berpolimerisasi dan membentuk glikogen, simpanan tenaga.

Lipid

Lipid adalah jenis biomolekul organik lain yang ciri utamanya ialah hidrofobik (mereka mengusir air) dan, akibatnya, ia tidak larut dalam air. Bergantung pada strukturnya, lipid dapat dikelaskan kepada 4 kumpulan utama:

- Trigliserida

Trigliserida terdiri daripada molekul gliserol yang melekat pada tiga rantai asid lemak. Asid lemak adalah molekul linier yang mengandungi asid karboksilik pada satu hujung, diikuti oleh rantai hidrokarbon dan kumpulan metil di hujung yang lain.

Bergantung pada strukturnya, asid lemak boleh menjadi tepu atau tak jenuh. Sekiranya rantai hidrokarbon hanya mengandungi ikatan tunggal, ia adalah asid lemak tepu. Sebaliknya, jika rantai hidrokarbon ini mempunyai satu atau lebih ikatan berganda, asid lemak tidak tepu.

Dalam kategori ini terdapat minyak dan lemak. Yang pertama adalah simpanan tenaga tumbuhan, mereka tidak jenuh dan cair pada suhu bilik. Sebaliknya, lemak adalah simpanan tenaga haiwan, molekul tepu dan padat pada suhu bilik.

Fosfolipid

Fosfolipid serupa dengan trigliserida kerana molekul gliserol melekat pada dua asid lemak. Perbezaannya adalah bahawa fosfolipid mempunyai kumpulan fosfat pada karbon gliserol ketiga, daripada molekul asid lemak lain.

Lipid ini sangat penting kerana cara mereka dapat berinteraksi dengan air. Dengan mempunyai kumpulan fosfat pada satu hujung, molekul menjadi hidrofilik (menarik air) di rantau itu. Walau bagaimanapun, ia masih bersifat hidrofobik dalam sisa molekul.

Oleh kerana strukturnya, fosfolipid cenderung mengatur diri mereka sedemikian rupa sehingga kumpulan fosfat tersedia untuk berinteraksi dengan medium berair, sementara rantai hidrofobik yang mereka susun di dalamnya jauh dari air. Oleh itu, fosfolipid adalah sebahagian daripada membran biologi.

- Steroid

Steroid terdiri daripada empat cincin karbon bersatu, di mana kumpulan fungsi yang berlainan dipasang. Salah satu yang paling penting adalah kolesterol, kerana ia penting untuk makhluk hidup. Ini adalah pendahulu beberapa hormon penting seperti estrogen, testosteron, dan kortison, antara lain.

- Lilin

Lilin adalah sekumpulan kecil lipid yang mempunyai fungsi pelindung. Mereka dijumpai di daun pohon, di bulu burung, di telinga beberapa mamalia dan di tempat yang perlu diasingkan atau dilindungi dari persekitaran luaran.

Asid nukleik

Asid nukleik adalah molekul utama pengangkutan maklumat genetik pada makhluk hidup. Fungsi utamanya adalah untuk mengarahkan proses sintesis protein, yang menentukan ciri-ciri yang diwarisi setiap makhluk hidup. Mereka terdiri daripada atom karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan fosfor.

Asid nukleik adalah polimer yang terdiri daripada pengulangan monomer, yang disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri daripada asas aromatik yang mengandungi nitrogen yang melekat pada gula pentosa (lima karbon), yang seterusnya melekat pada kumpulan fosfat.

Dua kelas utama asid nukleik adalah asid deoksiribonukleik (DNA) dan asid ribonukleik (RNA). DNA adalah molekul yang mengandungi semua maklumat spesies, sebab itulah ia terdapat di semua makhluk hidup dan di kebanyakan virus.

RNA adalah bahan genetik virus tertentu, tetapi ia juga terdapat di semua sel hidup. Di sana ia melakukan fungsi penting dalam proses tertentu, seperti pembuatan protein.

Setiap asid nukleik mengandungi empat daripada lima asas yang mungkin mengandungi nitrogen: adenin (A), guanin (G), sitosin (C), timin (T), dan urasil (U). DNA mempunyai asas adenin, guanin, sitosin, dan timin, sementara RNA mempunyai asas yang sama kecuali timin, yang menggantikan uracil dalam RNA.

- Asid Deoxyribonucleic (DNA)

Molekul DNA terdiri daripada dua rantai nukleotida yang disatukan oleh ikatan yang disebut ikatan fosfodiester. Setiap rantai mempunyai struktur berbentuk heliks. Kedua-dua heliks saling berkaitan untuk memberikan heliks berganda. Asas terletak di bahagian dalam heliks dan kumpulan fosfat berada di bahagian luar.

DNA terdiri daripada tulang belakang gula deoksiribosa terikat fosfat dan empat asas nitrogen: adenin, guanin, sitosin, dan timin. Pasangan asas terbentuk dalam DNA untai dua: adenin selalu mengikat timin (AT) dan guanin ke sitosin (GC).

Kedua-dua heliks dipegang bersama dengan memasangkan asas nukleotida dengan ikatan hidrogen. Strukturnya kadang-kadang digambarkan sebagai tangga di mana rantai gula dan fosfat adalah sisi dan ikatan asas-asas adalah anak tangga.

Struktur ini, bersama dengan kestabilan kimia molekul, menjadikan DNA sebagai bahan yang sesuai untuk menyebarkan maklumat genetik. Apabila sel membahagi, DNAnya disalin dan diturunkan dari satu generasi sel ke generasi berikutnya.

- Asid ribonukleik (RNA)

RNA adalah polimer asid nukleik yang strukturnya terdiri daripada rantai nukleotida tunggal: adenin, sitosin, guanin, dan urasil. Seperti dalam DNA, sitosin selalu mengikat guanin (CG) tetapi adenin mengikat uracil (AU).

Ia adalah perantara pertama dalam pemindahan maklumat genetik dalam sel. RNA sangat penting untuk sintesis protein, kerana maklumat yang terkandung dalam kod genetik umumnya dihantar dari DNA ke RNA, dan dari ini ke protein.

Beberapa RNA juga mempunyai fungsi langsung dalam metabolisme sel. RNA diperoleh dengan menyalin urutan asas segmen DNA yang disebut gen, ke bahagian asid nukleik untai tunggal. Proses ini, yang disebut transkripsi, dikatalisis oleh enzim yang disebut RNA polimerase.

Terdapat beberapa jenis RNA, terutamanya ada 3. Yang pertama adalah RNA messenger, yang merupakan salinan yang disalin secara langsung dari DNA melalui transkripsi. Jenis kedua ialah pemindahan RNA, yang memindahkan asid amino yang betul untuk sintesis protein.

Akhirnya, kelas RNA yang lain adalah RNA ribosom yang, bersama dengan beberapa protein, membentuk ribosom, organel sel yang bertanggungjawab untuk mensintesis semua protein dalam sel.

Protein

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

Protein terdiri daripada unit yang lebih kecil yang disebut asid amino, dihubungkan bersama oleh ikatan peptida dan membentuk rantai panjang. Asid amino adalah molekul organik kecil dengan sifat fizikokimia yang sangat khusus, terdapat 20 jenis yang berbeza.

Urutan asid amino menentukan struktur tiga dimensi unik setiap protein dan fungsi spesifiknya. Sebenarnya, fungsi protein individu berbeza-beza dengan urutan asid amino unik mereka, yang menentukan interaksi yang menghasilkan struktur tiga dimensi yang kompleks.

Pelbagai fungsi

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

Terdapat protein lain yang berfungsi untuk menyampaikan mesej penting kepada tubuh. Sebagai contoh, beberapa jenis hormon seperti hormon pertumbuhan menghantar isyarat untuk menyelaraskan proses biologi antara sel, tisu, dan organ yang berlainan.

Sebilangan protein mengikat bersama dan membawa atom (atau molekul kecil) ke dalam sel; seperti kes ferritin, yang bertanggungjawab untuk menyimpan zat besi dalam beberapa organisma. Kumpulan protein penting yang lain adalah antibodi, yang tergolong dalam sistem imun dan bertanggungjawab untuk mengesan toksin dan patogen.

Oleh itu, protein adalah produk akhir dari proses penyahkodan maklumat genetik yang bermula dengan DNA selular. Pelbagai fungsi yang luar biasa ini berasal dari kod yang sangat mudah yang dapat menentukan sekumpulan struktur yang sangat pelbagai.

Rujukan

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Biologi Molekul Sel (edisi ke-6). Ilmu Garland.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokimia (edisi ke-8). WH Freeman and Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologi (edisi ke-2) Pendidikan Pearson.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Biologi Sel Molekul (edisi ke-8). WH Freeman and Company.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (Edisi ke-7) Pembelajaran Cengage.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Asas Biokimia: Kehidupan di Tahap Molekul (edisi ke-5). Wiley.