Fermentasi

Fermentasi

Fermentasi karbohidrat merupakan proses dengan molekul organik yang berperan sebagai donor elektron dan satu atau lebih produk organik  yang merupakan aseptor organik akhir (Leboffe and Pierce, 2011).  Produksi priruvat merupakan produk awal dari fermentasi glukosa (Leboffe and Pierce, 2011).  Produk akhir fermentasi priruvat berupa asam, alkohol, H2 atay gas CO2 (Leboffe and Pierce, 2011). Mikrobia akan membuat produk yang spesifik bergantung pada spesiesnya (Leboffe and Pierce, 2011).

                Fermentasi asam homolaktik merupakan siklus metabolisme sederhana  asam pirivat  yang hanya menghasilkan asam lactic (Black, 2008) . Asam lactic merupakan hasil perubahan asam piruvat yang direduksi dengan elektron yang berasal dari NAD (Black, 2008). Fermentasi ini tidak menghasilkan gas (Black, 2008)..

                Fermentasi alkohol merupakan proses pelepasan karbondioksida dari asam piruvat menjadi bentuk asetaldehid yang akan tereduksi secara cepat menjadi etil alkohol dengan elektron yang berasal dari reduksi NAD (Black, 2008).

Sumber:

Black, J. B.  2008. Microbiology: Principles and Explorations. John Wiley and Sons. Hoboken, NJ.  p. 126

Leboffe, M. J. And B. E. Pierce. 2011. A Photographic Atlas for The Microbiology Laboratory. 4th Ed. Morton. Colorado. p. 71

METALLOTHIONEIN

MAKALAH BIOKIMIA LANJUT

METALLOTHIONEIN

NAMA            : CANDRA PUSPITA R.

NIM                : 12/339127/BI/8994

LABORATORIUM BIOKIMIA

FAKULTAS BIOLOGI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

2015

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI  …………………...…………………………………………………………….2

BAB 1 PENDAHULUAN…………………………………………………………………….3

BAB 2 PEMBAHASAN…....…………………………………………………………………4

BAB 3 KESIMPULAN…………………...………………………………………………….13

BAB 1
PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Protein terdiri dari bermacam-macam asam amino. Dengan komposisi asam amino yang berbeda akan menghasilkan protein yang berbeda-beda. Salah satu contoh protein adalah metallothionein. Metallothionein merupakan salah satu protein yang tersusun dari sistein. Protein ini seperti protein pada umumnya merupakan polimer dari asam amino. Protein ini dapat kita temukan pada mamalia, cendawan dan beberapa prokarotik.

Metallothionein memiliki struktur, karakteristik dan fungsi yang berbeda dari protein lain. Struktur dan fungsi dari protein ini akan terpengaruh oleh kombinasi, jumlah dan urutan asam amino penyusunnya.

B. TUJUAN                                   

            Makalah ini bertujuan untuk mempelajari struktur, fungsi, dan sintesis metallothionein.

C. RUMUSAN MASALAH

            Logam ketika masuk  ke dalam  sel akan mengacaukan proses metabolisme.  Dan ketika metabolisme tidak berjalan dengan baik, akan terjadi kerusakan organ dan selanjutnya akan menyebabkan  kematian. Dalam mengatasi adanya logam berat, tubuh menghasilkan protein metallothionein untuk mendetoksifikasinya. Dan seperti apakah fungsi, struktur dan karakteristik serta sintesis protein ini? Dan sintesis protein ini berfungsi untuk apa?

BAB II

PEMBAHASAN

a.       Struktur dan karakteristik

Metallothionein terdapat dimana-mana dan merupakan molekuler protein. Protein metallohionein merupakan sebuah protein tjionein yang mengikat logam. Protein ini memiliki berat molekul rendah dengan berat molekul 6000-7000 dalton serta terkandung asam amino sistein 30%. Asam amino sistein dan thiol menyusun protein metallohionein dengan komposisi tinggi dan berakibat daya afinitasnya kuat pada logam. Protein ini memiliki sifat heat-stable.

Protein ini merupakan polipeptida dengan metal ekstream tinggi. Metallothionein memiliki kespesifikan terhadap logam, dan MT hanya mengikat 1 jenis logam. Contohnya terdapat MT pengikat Cd, MT pengikat Hg, MT pengikat Pb, MT pengikat Zn dan MT pengikat logam lainnya. MT dibagi menjadi 3 dalam subfamili menurut Carpene et al.,  terbagai dalam 4 subfamili, yaitu:

1.      MT-1/ MT-2

MT-1/ MT-2  merupakan isomer. Protein ini akan terlibat dalam homeostatis zinc dan proteksi melawan toksisitas logam berat dan stres oksidatif.

2.      MT-3

MT ini akan terekspresi pada neurins serta glia.

3.      MT-4

MT-4 banyak terdapat pada diferensiasi bertingkat sel squamosa epithelial.

Menurut Carpene et al.,  struktur mettalothionein berupa:

1.      Thionein

MTs mamalia terdapat informasi mekanisme yang tepat. Informasi ini berupa inisial ion metal chelation tersisa seperti hilangnya kinetik dan subsequent protein unfolding Apo-MT pada sel setimbang kuantitasnya seperti protein metalled yang mengindikasi peran potensial untuk MT pada absennya metal. Kalkulasi demetallation CdMT1a mengindikasikan protein metal bebas dengan struktur stabil.

2.      Metallation

Ketika thionein  telah disintesis di ribosom akan terjadi kejenuhan dengan perbedaan metal ion berdasarkan spesifik isoform atau jumlah berbedaan konsentrasi metal yang tersedia. MT-3 mengikat ion Zn dan Cd lebih lemah dari MT-2 tapi ikatan metalnya lebih mengekspos kapasitas dan plastisitasnya. Rendahnya afinitas ikatan logam dapat terjadi karena koneksi dengan menyelipan hexapeptide dan pada saat bersamaan dengan penyelipan acidic yang ikut serta pada adisional ikatan metal.

3.      Dimerization

Domain N-terminal bertanggung jawab pada formasi non-oxidatil jembatan metal dimmer. Sedangkan pada kondisi aerobik, spesifikasi intermolekuler disulfida dibentuk antara domain C-terminal. Kedua bentuk dimer memperlihatkan perbedaan radikal pada properti reaktif pada kluster respektif  mereka pada pengikatan ion metal. Oksidasi cysteines telah berperan pada mekanisme diasosiatif yang mengkontrol fluktuasi zinc bebas dan modulasi jalur signal seluler.

b.      Fungsi

Metallothionein terdapat di hati. Fungsi protein ini untuk mendetoksifikasi logam metal. Keberadaan metallothionein di dalam tubuh organisme juga berfungsi untuk homeostatis (keseimbangan)  metal essensial, seperti Co dan Zn. Metallothionein juga dapat berperan sebagai antioksidan. Metallothionein sebagai antioksidan dengan cara melawan reactif oxygen sp. Peran protein juga berfunsi untuk melindungi DNA, oxidative stress,survival sel, angiogenesis dan apoptosis.

MT mengatur sebuah tiga proses dasar. Proses pertama mengatur pelepasan mediator gas seperti hidroksil oksida radikal. Proses kedua merupakan proses apoptosis. Dan pada proses yang ketika merupakan proses pertukaran dan mengikat logam berat.

Adanya metallothionein dapat digunakan sebagai biomarker pencemaran logam. Adanya logam  pada lingkungan akan mengakibatkan jaringan menyerap logam. Selanjutnya MT  pada jaringan organisme mengikat logam dan bersifat sensitif sebagai biomarker. Adanya MT pada individu merupakan reaksi sebelum respon terjadi pada tingkatan organisasi biologi yang lebih tinggi.

c.       Sintesis

Protein MT terekspresi akibat adanya akumulasi logam berat. Protein ini dapat terekspresi di gonad, usus dan hepar. Karena protein ini berfungsi untuk mendetoksifikasi logam berat dan scavenger  radikal bebas sehingga akan terekspresikan protein MT.  Protein metal transcription factor-1 akan terlibat dalam mekanisme yang mengkontrol sintesis protein MT. Serta akumilasi logam mengaktifikasi MTF-1 dan tejadi translokasi ke nukleus dan berikatan dengan metal response element  yang berada di promoton gen MT. Kemudian ekspresi protein tersebut terpacu.

BAB III KESIMPULAN

Metallothionein memiliki struktur Thionein, metallation dan dimerization. Protein ini memiliki berat molekul yang rendah dan terdiri dari asam amino sistein dan thiol yang tinggi. Fungsi dari metallothionein adalah untuk mendetoksifikasi logam, mengankap radikal bebas, biomarker dan menjada homeostatis logam. Sintesis protein terjadi untuk mendetoksifikasi logam berat.

DAFTAR PUSTAKA

Anwar, Y. 2008. Isolasi dan Karakterisasi Fragmen cDNA dari Gen Penyandi Metallothionein Tipe 2 dari Kedelai Kultivar Slamet. Resporitory.ipb.ac.id/handle/123456789/11613. Diakses pada 26 Febuari.

Carpene, F., G. Andreani and G. Isani. 2007. Metallothionein Functions and Struktural Characteristics. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 21:35-39.

Dewi, N. K., Purwanto, and H. R. Sunoko. 2014. Metallothionein pada Hati Ikan sebagai Biomarker Pencemaran Kadmium (Cd) di Perairan Kaligarang Semarang. J. Manusia dan Lingkungan. 21(3): 304-309.

Rumahlatu, D., A. D. Corebima, M. Amin, F. Rachman. 2012. Kadmium dan Efeknya terhadap Ekspresi Protein Metallothionein pada Deadema setosum (Echinoidea; Echinodermata). J. Penelitian dan Perikanan. 1(1): 26-35.

Thirumoorthy, N., A. S. Sunder, KT. M. Kumar, M. S. Kumar, GNK. Ganesh, and M. Chatterjee. 2011. A Review of Metallothionein Isoforms and Their Role in Pathophysiology. World Journal of Surgical Oncology. 9:54

Fotosintesis

Fotosintesis

                Fotosintesis merupakan proses pengubahan energi dari matahari menjadi energi kimia menggunakan basis rantai makanan di bumi (Levetin and McMahon, 2008). Fotosintesis dibagi menjadi 2 tahap: reaksi terang dan siklus Calvin (Postlethwait & Hopson, 2006). Fotosintesisi membutuhkan H₂O dan CO₂ sebagai substrat (Suyitno, 2003). Substrat H₂O dan CO₂  didapat dari sisa reaksi oksidasi pada jaringan fotosintetik (Suyitno, 2003). Bahan CO₂  dapat juga berasal dari difusi dari atmosfer. Air dapat juga berasal dari lingkungan dengan proses absorbsi akar (Suyitno, 2003).

Reaksi terang menggunakan energi cahaya dengan mengabsorbsi dari matahari, selanjutnya diubah menjadi energi kimia(Postlethwait & Hopson, 2006). Energi kimia yang terbentuk dari reaksi terang berupa ATP dan molekul pembawa energi berupa NADPH (Postlethwait & Hopson, 2006). Proses ini terjadi ketika air dipecah sehingga tersedia elektron dan proton dan oksigen dilepaskan. Klorofil akan menyerap cahaya dan menggerakkan transfer elektron  dan ion hidrogen yang akan diterima oleh NADP⁺. Penggunaan sinar matahari pada reaksi terang berguna untuk mereduksi NADP⁺ dan mengubahnya menjadi NADPH dengan memberikan sepasang elektron dan H⁺. Penambahan fosfat pada ADP akan membentuk ATP pada reaksi ini (Campbell et al., 2010).

Siklus Calvin membentuk komponen organik dengan karbondioksida, ATP, dan NADPH (Postlethwait & Hopson, 2006).  Siklus ini dimulai saa karbondioksida dari udara bergabung dengan molekul organik yang ada di kloroplast. Siklus Calvin akan mereduksi karbon yang telah terfiksasi membentuk karbon pada proses penambahan elektron. Reduksi karbon membutuhkan energi berupa NADPH dan ATP. Siklus ini disebut juga reaksi gelap (Campbell et al., 2010).

Faktor lingkungan akan mempengaruhi proses fotosintesis. Kondisi lingkungan akan mempengaruhi fotosintesis pada kurun waktu yang singkat hanya berlangsung hari sampai ke minggu. Pengaruh kondisi lingkungan dalam waktu singkan akan meregulasi konduksi stomata serta kapasitas fotosintetik mesofil (Pallardy, 2008). Sedangkan kondisi lingkungan dalam kurun waktu yang lama akan meregulasi perubahan area daun (Pallardy, 2008). Faktor lingkungan yang mempengaruhi fotosintesis berupa:

a.       Intensitas cahaya

Intensitas cahaya akan mempengaruhi laju fotosintesis (Pallardy, 2008). Mikroklimat berupa cahaya akan memodifikasi tebal-tipisnya stand dan persebaran cabang (Pallardy, 2008). Stomata merespon adanya cahaya langsung atau ketika proses fotosintesis berlangsung terjadi deplesei CO₂ (Pallardy, 2008).

b.      Temperatur udara

Naiknya suplai karbondioksida dan tingginya intensitas cahaya akan menaikkan produksi fotosintesis bersamaan dengan naiknya temperatur udara sampai ke atas temperatur kritis yang dimulai dari penurunan secara cepat (Pallardy, 2008). Efek temperatur udara selalu termodifikasi oleh adanya intensitas cahaya, CO₂, suhu tanah, suplai  air, dan efek prekondisi faktor lingkungan (Pallardy, 2008). Tumbuhan memerlukan waktu untuk melakukan aklimasi temperature yang berguna untuk fotosintesis. Aklimasi pada tumbuhan berfungsi untuk merespon pada perubahan suhu (Pallardy, 2008). Respon ini  bergantung pada spesies, ontogeni dan status nutrien (Pallardy, 2008).

Tumbuhan secara subsjektif dipengaruhi oleh efek temperatur tinggi atau rendah (Pallardy, 2008). Suhu tinggi atau rendah ini akan berpengaruh pada laju fotosintesis (Pallardy, 2008).

c.       Temperatur tanah

Temperatur tanah akan mempengaruhi fotosintesis (Pallardy, 2008). Pada suhu yang rendah laju pengambilan karbondioksida menurun (Pallardy, 2008). Rendahnya suhu tanah merupakan faktor pembatas dominan pada fotosintensis (Pallardy, 2008).

d.      Karbondioksida

Ketersediaan karbondioksida untuk sel fotosintetik terbatasi oleh resisntensi pada jalur  difusi  termasuk batas lapisan atau udara, sirkulasi, stomal dan ruangan udara mesofil dan resistensi difusi liquid (Pallardy, 2008). Total mesofil mengkonduksi dengan menentukan biokimia dan karakteristik difusi serta berkorelasi dengan konsentrasi enzim fotosintetik karboksilasi dan kapabilitas fotokimia pada daun (Pallardy, 2008).

SUMBER:

Campbell,  N. A., J. B. Reece, L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, & R. B. Jackson. 2010. Biologi. Erlangga. Jakarta. P.203,204

Pallardy, S. G. 2008. Physiology of Woody Plants. 3th ed. Academic Press. Amsterdam. p. 132

Postlethwait, J. H. & J. L. Hopson. 2006. Modern biology. Holt, Rinehart and Winston. New York. p.114

Suyitno. 2003. Petunjuk Praktikum Fisiologi Tumbuhan Dasar. Program Studi Biologi Jurdik Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Negeri Yogyakarta. Yogyakarta. P. 39

air

A.    Kepolaran Air

            Molekul air memiliki bentuk V dengan atom hidrogen 2 yang bergabung dengan atom oksigen. Penggabungan ikatan atom oksigen dan hidrogen ini menggunakan ikatan kovalen tunggal. Oksigen memiliki sifat lebih elektronegatif dari hidrogen. Dengan demikian elektron pada ikatan kovalen akan lebih lama di dekat oksigen daripada di hidrogen. Elektron-elektron yang lebih sering berada di dekat atom oksigen sehingga menyebarannya tak rata sehingga air akan bersifat polar.

            Dengan elektron yang sering berada di atom oksigen,atom hidrogen akan bersifat agak positif. Atom hidrogen yang agak positif ini akan menarik atom oksigen yang agak negatif dan ditahan dengan ikatan hidrogen.

            Molekul air secara teoritis tiap 4 molekul air berikatan sehingga terbentuk ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen pada air berwujud cair memiliki ikatan hidrogen rapuh dengan kekuatan kovalen 1/20. Ikatan hidrogen yang terbentuk ini akan putus dan menyambung dengan frekuensi tinggi dan waktu singkat. Tapi saat kondisi air berwujud padat,setiap molekul air memiliki sifat tetap pada ruangan dan hanya membentuk ikatan hidrogen dengan maksimal 4 molekul air. Dengan sifat seperti itu maka air bersifat polar.

B.     Orbital Air yang Tumpang Tindih

            Pada molekul air terdapat 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen. Oksigen dan hidrogen akan berikatan. Konfigurasi elektron kulit terluar oksigen adalah : 1s² 2s² 2p⁴. Dari konfigurasi ini terdapat 2 elektron yang tak memiliki pasangan. Sehingga 2 atom hidrogen dengan elektronnya dapat terikat di oksigen. Cara mengikatnya dengan orbital 1s-nya tumpang tindih  dengan orbital p oksigen yang terisi sebagian. Sehingga diagram orbital oksigen dalam air terisi penuh  dengan konfigurasi:  1s² 2s² 2p⁶.

            Jika 2 orbital p cenderung membentuk sudut 90°,dapat diduga bahwa ikatan H-O-H di air serupa. Tapi sayangnya sudut yang terbentuk adalah 104,5°. Hal ini dapat terjadi karena atom oksigen yang kecil sehingga awan elektron atom hidrogen terpaksa tumpang tindih bila diikatan 90°. Dengan pembentukan ikatan antara oksigen dengan hidrogen,orbital tiap hidrogen efektif diduduki sepasang elektrong sehingga tumpang-tindihnya menempatkan 2pasang elektron di daerah sama.  Dalam molekul air terdapat gaya tolak-menolak kuat yang terjadi antara awan elektron hidrogen mendorong elektron-elektron unu berjauhan dan terjadilah sudut ikatan 104,5°.

C.    Air sebagai Pelarut

            Air disebut pelarut universal. Hal ini dikarenakan dapat melarutkan banyak substansi. Struktur ionik larut dalam air karena molekul negatif air mengikat kation dari komponen ionik dan ion positif mengikat aton. Tetapi air tak dapat melarutkan lemak dan minyak. Larutan yang dapat larut dalam air memiliki wilayah ionik dan wilayah polar. Senyawa yang dapat larut dalam air merupakan senyawa organik netral dengan gugus fungsional,gugus karboksil dan gugus amino. Senyawa yang dapat larut dalam air seperti,gula,alkohol,keton dan aldehida.

Air dapat mendispersi suatu senyawa. Air mendispersi senyawa karena senyawa tersebut memiliki gugus hidrofobik dan hidrofilik,bersifat amfipatik. Senyawa amfipatik yang dicampur dengan air akan membentuk misel. Misel terbentuk karena rantai hidrokarbon yang hidrofobik dan tak dapat larut di air sehingga senyawa tersebut hanya akan terdispersi saja serta terbentuklah gumpalan. Gugus hidrofiliknya akan berinteraksi dengan air sedangkan gugus hidrofobiknya akan bersembunyi pada struktur.Rantai hidrokarbon masuk ke dalam misel yang tak berair akibat dari air cenderung membentuk ikatan hidrogen dan bersatu dengan gugus hidrofilik sehingga rantai karbon terpaksa berada di misel.

 

A.    Kohesi Air

Air yang mengadakan ikatan terus-menerus membentuk ikatan hidrogen membuat air lebih terstruktur. Air akan mengalami kohesi yang berupa sifat air yang berusaha mempertahankan keutuhannya.

Dengan sifat air yang kohesi karena adanya ikatan hidrogen ini,beberapa organisme diuntungkan. Contohnya  tumbuhan,pengankutan air serta nutrien dari akar ke daun dapat melawan gravitasi. Saat air di daun teruapkan,ikatan hidrogen akan membuat molekul air meninggalkan vena dan menarik molekul dibawahnya sehingga tertarik ke atas yang diteruskan melalui sel pengankut air sampai ke akar.

            Dengan adanya ikatan hidrogen dalam air juga membantu adesi air. Adesi merupakan melekatnya zat ke zat yang berbeda. Adhesi ikatan hidrogen air membantu melawan tarikan gravitasi ke tanah,sehingga beberapa hewan dapat berjalan di atas permukaan air.

B.     Kalor Jenis Air

Air mempunyai kemampuan menstabilkan suhu karena kalor jenis air tinggi. Dibandingkan dengan pelarut lain,air memiliki kalor jenis yang lebih tinggi. Sehingga saat musim panas dan siang hari air menyerap panas dari sinar matahari tapi suhunya hanya mengalami perubahan beberapa derajat saja. Tapi air dapat menahan perubahan suhu.

Saat air akan mengubah suhunya,air akan menyerap atau melepas jumlah kalor setiap perubahan suhu. Penyerapan kalori digunakan untuk memutus ikatan hidrogen.  Sedangkan air melepas kalori ketika membentuk ikatan hidrogen sehingga air akan menghangatkan udara.

Dengan adanya komponen air dalam jumlah yang besar pada tiap organisme,organisme tersebut dapat menahan perubahan suhu. Manfaat lain dari sifat air ini adalah menjaga fluktuasi suhu di bumi sehingga menunjang kehidupan organisme yang hidup di dalamnya.

C.    Air sebagai Pendingin Evaporatif

Kalor penguapan tinggi pada air disebabkan oleh adanya ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen pada air ini harus diputus sebelum molekul air keluar dari cairan. Agar air teruapkan dibutuhkan energi yang tinggi. Ketika air laut teruapkan dengan sinar matahari pada daerah tropis,udara akan tersirkulasi ke arah kutub. Dengan tersirkulasinya udara yang mengandung air ini,udara akan melepaskan kalor kemudian terkondensasi dan terbentuklah hujan.

Molekul air yang terpanas dengan energi kinetik tinggi akan terlepas membentuk gas sehingga terjadi pendinginan evaporatif. Manfaat dari sifat pendingan evaporatif air ini adalah suhu yang stabil sehingga organisme terhindar dari pemanasan berlebih.

D.    Insulasi Badan Air oleh Es yang Mengapung

Air dalam wujud padatan memiliki densitas lebih rendah dari saat berwujud cair. Ketika air memadat,air malah mengembang berbeda pada zat umumnya yang akan mengerut. Perilaku mengembang ini terjadi akibat  adanya ikatan hidrogen.

Saat air berada pada suhu diatas 4°C,air memuai ketika suhunya naik dan mengalami pengerutan pada suhu mendingin. Molekul air tak dapat bergerak gesit agar ikatan hidrogennya terputus saat air mulai membeku.

Dengan suhu turun ke arah 0°C,ikatan hidrogen akan stabil sehingga air terkunci pada kisi kristalin. Densitas es akan menurun 10% lebih rendah ketika ikatan hidrogen menjaga jarak antar molekul air. Ikatan hidrogen akan terganggu saat es mendapat kalor yang menyebabkan suhu air meningkat di atas 0°C. Kristal es akan runtuh dan es mencair sehingga molekul-molekul airnya bergerak bebas dan saling mendekat. Saat suhu 4°C densitas air pada posisi paling tinggi dan akan terjadi pemuaian akibat molekulnya bergerak lebih cepat.

DAFTAR PUSTAKA

Brady,J. E. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Binarupa Aksara.

Campbell,N. A.,J. B. Reece,L. A. Urry.,M. L. Cain,S. A. Wasserman,P. V. Minorsky,and R. B. Jackson. 2010. Biologi. 8 ed. Erlangga. Jakarta.

Lehninger,A. L. 1982. Dasar-Dasar Biokimia Jilid 1. Erlangga. Jakarta.