Modul ABS

Biodata penulis (untuk Unit ..) Nama penulis: Abu Bakar Salleh No telefon: 03 89486101 samb 3635 Faks: 03 8943 0913 E-ma...

173 downloads 77 Views 858KB Size
Biodata penulis (untuk Unit ..) Nama penulis: Abu Bakar Salleh No telefon: 03 89486101 samb 3635 Faks: 03 8943 0913 E-mail: [email protected] (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk berhubung dengan penulis)

UNIT ASID NUKLEIK Pengenalan Satu kelas metabolit yang penting dalam sel. Biasanya ditemui sebagai RNA dan DNA. Nukleik sebagai DNA dikenali umum sebagai sebatian pembawa maklumat genetik. Adalah pentingkita memahami tentang asid nukleik. Kita sering mendengar atau membaca bagaimana corak DNA dapat mengenalpasti pertalian anak dan ibu bapa, atau mengenalpasti penjenayaha berasaskan corak DNA tisu yang tertinggal di tempat jenayah berlaku dan akhir-akhir ini kita dimaklumkan tentang kejayaan mengklonkan haiwan. Dismping itu bidang perubatan berkembang pesat dimana penyelidik kini menanganii masalah kesihatan melalui kaedah genetik. Disamping itu nukleik asid mempunyai banyak lagi peranan penting dalam sel hidupan. Saya harap anda akan dapt menghayatinya diakhir unit ini

Tajuk-tajuk dalam Unit 1. 2. 3. 4.

Pengenalan asid nukleik dan fungsinya Struktur asas asid nukleik Struktur DNA Struktur RNA

Objektif Pembelajaran Unit Selepas selesai mempelajar unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat 1. 2. 3. 4.

Mengenal molekul asid nukleik dan peranannya dalam alam biologi Mengenali struktur dan nomenklatur nukleosida dan nukleotida Mengenali struktur dan fungsi DNA Mengenali struktur dan fungsi RNA

1

1.0

Pengenalan asid nukleik dan fungsinya

Asid nukleik terkenal sebagai bahan genetik. Setiap sel hidup mengandungi asid nukleik samada asid deoksiribonukleik (DNA) atau asid ribonukleik (RNA). Bahan genetik ini berupa rantai panjang yang berasaskan monomer-monomer asid nukleik, yang mengkodkan maklumat untuk sel berfungsi. Maklumat ini diekspresikan melalui protein-protein khusus yang dapat menjalankan proses metabolisme sel. Melalui kaedah inilah, DNA dan RNA mencorakkan sesuatu organisme. Peranan DNA. dan RNA ini membuahkan 'Central dogma'. Konsep ini menggambarkan pengaliran maklumat genetik (DNA) yang ditranskripsi (salin) ke RNA dan seterusnya ditranslasi ke protein (Rajah 1)

DNA

RNA

protein

Rajah 1. Central Dogma Sementara itu harus dimaklumi bahawa asid nukleik mempunyai fungsi lain dalam sel. Fungsi-fungsi ini tidak kurang pentingnya dan menjadi keperluan untuk sesuatu sel berfungsi dengan sempurna. Di antara fungsi asid nukleik ialah •

• • •

Berperanan sebagai sebatian yang menyimpanan tenaga dalam tindak balas pemindahan fosfat. Biasa di dijalankan oleh molekul ATP. ATP berperanan sebagai sumber tenaga serta merta bagi memenuhi keperluan sel Sebagai pengantara dalam pelbagai proses sel penting. Terutama sebagai penyampai kedua seperti siklik-AMP (cAMP), dalam proses penyampaian signal Menjadi sebahagian beberapa koenzim penting seperti NAD+, NADP+, FAD dan koenzim A. Pengawalan kadar tindak balas enzim melalui kesan timbal balik dan allosterik. Banyak nukelotida berupaya mengawal edaran metabolisme secara pantas melaui keadah ini.

2



Bertindak sebagai bahantara teraktif dalam banyak tindak balas biosintetik, termasuk S-adenosilmethionin yang terlibat dalam pemindahan metil, dan juga pengikatan gula pada nukleotida dalam proses biosintesis glikogen dan glikoprotein.

Aktiviti 1.0 Soalan: Objektif Apakah peranan asid nukleik. Tanda kenyataan yang PALSU A. B. C. D. E.

sebagai bahan bakar untuk mendapat tenaga sebagai perantara dalam pelbagai proses penting dalam sel sebagai sebahagian komponen koenzim penyimpan maklumat genetik pengesan (modulator) allosterik kadar tindak balas enzim

Subjektif: Bincang apa yang dimaksudkan sebagai 'Central dogma'

2.0

Komponen asid nukleik

2.1

Bes nitrogen Nukleotida yang terdapat dalam sel adalah terbitan sebatian heterosiklik yang amat basik, iaitu purin dan pirimidin (Rajah 2a,b). Kedua sebatian ini merupakan sebatian yang turut mengandungi nitrogen dalam sel hidupan.

Rajah 2a: Purin

3

Rajah 2b:Pirimidin

Ciri basik nukleotida telah memberi nama bes kepada nukleotida yang didapati dalam DNA dan RNA. Terdapat 5 jenis bes utama dalam sel iaitu terbitan purin dipanggil adenin dan guanin dan terbitan pirimidin dikenali sebagai taimin, sitosin dan urasil. Singkatan umum yang dipakai kepada 5 bes ini ialah A, G, T, C dan U (Rajah 3) purin pirimidin

adenin

Guanin

sitosin

Taimin

Rajah 3: Bes purin dan pirimidin bagi asid nukleik

Perhatian! Terdapat beberapa bes terbitan dalam sel selain daripada yang lima ini. Bes terbitan ini ditemui dalam DNA dan RNA tertentu. Bestambahan ini dimodifikasi selepas replikasi atau transkripsi akan datang 2.2

Nukelosida dan nukleotida Jika bes purin dan pirimidin digabung kepada karbohidrat, bentuk ini dipanggil nucleosida.. Nukleosida diikat kepada gula D-ribosa atau 2'-deoksi-D-ribosa melalui ikatan α,β-N-glikosidik antara karbon anomerik (C1) ribosa dan N9 purin atau N1 pirimidin

4

Rajah 4: Nukleosida. Gabungan pentosa dan bes melalui ikatan N-glikosidik Bes boleh berada dalam 2 orientasi nyata pada ikatan N-glikosidik. Konfomasi ini dikenalai sebagai syn dan anti. Konformasi anti didapati dengan banyak dalam nukleotidas semula jadi (Rajah 5)

syn-Adenosin

anti-Adenosin

Rajah 5: Orientasi ikatan N-glikosidik. Teliti kedudukan bes yang terikat pada C1’ deoksiribosa Nukleosida biasanya didapati dalam sel dalam bentuk berfosforilasi dan dipanggil nukleotida. Bahagian nukleotida dalam sel yang paling biasa difosforilasikan ialah kumpulan hidroksil yang terlekat pada 5'-karbon ribosa. Atom karbon ribosa dalam nukleotida di tanda dengan prime ( ' ) untuk membeza dengan atom tulang belakang bes. Nukleotida boleh berada dalam bentuk mono-, di-, atau tri-fosforilasi (Rajah 6 dan 7).

5

Ikatan glikosidik

Rajah 6: Nukleotida (Adenosin mononukelotida). Sila kaji Rajah 6, dan ambil perhatian perkara berikut • • • • •

Penomboran atom bagi bes (1 hingga 9 bagi purin , 1 hingga 6 bagi primidin) Penomboran atom bagi gula pentosa Ikatan glikosidik Rajah ini mempamerkan struktur adenosin monofosfat Gula pentosa ialah gula deoksiribosa. Perhatikan C2’ dimana kumpulan OH telah dinyahkan

Nukleotida diberi singkatan nyata untuk memudahkan pengenalan struktur dan keadaan fosforilasi. Bentuk monofosforilasi adenosin yang difosforilasi mono misalnya adenosin-5'-monofosfat ditulis sebagai AMP. Bentuk di- dan tri-fosforilasi ditulis sebagai ADP danATP, Penggunaan singkatan nukleotida adalah dalam bentuk fosforilasi 5'. Di- dan tri-fosfat nukleotida digabung oleh ikatan asid anhidrid. Ikatan ini mempunyai ∆ G0' hidrolisis melebih 30KJ per mol, dengan itu mempunyai potensi tinggi untuk memindah fosfat kepada molekul lain. Ciri nukleotida ini menyebabkan penglibatan mereka dalam tindak balas pemindahan kumpulan atau tindak balas sintesis dalam sel.

6

Rajah 7: Struktur ATP Sila kaji Rajah 8 dan ambil perhatian perkara berikut • • •

Ini ialah contoh struktur nukleotida trifosfat Pentosa kali ini ialah gula ribosa Hidrolisis kumpulan yang dihujung dan yang tengah sahaja dapat mengeluarkan tenaga tinggi

Lihat Jadual 1 bagi mendapat penjelasan lajut tentang penamaan dan jenis nukleotida

Jadual 1: Bes, nukleosida dan nukleotida Bes Bes (X=H) Bes (X=H)

Bes (X=H)

gula

fosfat

Nama A, G, T, C dan U. Nucleosida

X=ribosa fosfat

Nukleotida

X=ribosa atau deoksiribosa X=ribosa atau deoksiribosa

C

Sitosin Sitidin monofosfat (CMP) Uracil Uridin Uridin Monofosfat

U

7

(UMP) Taimin Taimidin Taimidin Monofosfat (TMP) Adenin Adenosin Adenosin Monofosfat (AMP) Guanin Guanosin

T

A

G

Guanosin Monofosfat GMP

Nukleotida yang terdapat dalam DNA adalah unik daripada nukleotida RNA dimana ribosa berada dalam bentuk 2'-deoksi dan singkatan nukleotida mengadungi tanda 'd' . Bentuk monofosforilat adenosin dalam DNA (deoksiadenosin-5'-monofosfat) ditulis sebagai dAMP. Sementara itu nukleotida uridin tidak dijumpai dalam DNA dan hanya ditemui dalam RNA. Tiamin ditemui dalam tRNAs tetapi tidak dalam rRNA atau mRNAs. Ada beberapa bes yang luar biasa yang ditemui dalam DNA dan RNA. Bes termodifikasi primer DNA ialah 5-metilsitosin. Pelbagai bes termodifikasi dijumpai dalam jenis-jenis tRNA. Banyak nukleotida termdofikasi ditemui diluar polimer DNA dan RNA yang memain peranan biologi yang penting. Aktiviti 1.1 Soalan: Objektif Perbezaan antara nukleosida dan nukleotida ialah A. B. C. D. E.

bes yang berbeza ada atau tiada fosfat ketiadaan pentosa perbezaan ribosa atau deoksiribosa purin atau pirimidin

Subjektif:

8

Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida

3.0

DNA

Gula

Gula

Gula

Gula

bes

bes

bes

bes

bes

Gula

bes

bes

bes

Gula

Gula

Gula

Rajah 8: Model struktur dua benang DNA. Perhatikan komposisi tulang belakang setiap benang yang dianggotai oleh gula dan fosfat ( ), sementara bes berada disebelah dalam. Mari kita mengenali molekul DNA. DNA ialah satu polimer yang amat besar. Subunit monomernya dipanggil deoksibonukccleotida. Maklumat yang banyak adalah diperlukan untuk mengkod sesuatu organisme. Contohnya 3 juta bes diperlukan untuk bakterium yang agak ‘mudah’ dan 3 ribu juta bes diperlui bagi manusia Ini ini bukan perkara mudah kerana setiap sel manusia mengandungi 2 meter DNA. DNA berada dalam bentuk 2 benang nyahselari (antiparallel) yang berpasangan . Setiap satu benang berputar pada arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dengan benang bersebelahan. Watson-Crick mengutarakan model DNA yang merupakan heliksdua benang dengan bes berada di bahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90 darjah kepada paksi heliks. Model ini menjadi asas kepada kefahaman dan kajian pesat keatas molekul ini dan peranannya dalam sel hidupan. 3.1

Komposisi bes DNA

Empat bes yang menjadi komponen DNA disenaraikan dalam Jadual 2. Komposisi bes merupakan satu ciri sesuatu organsime, tak terikat pada tisu, umur atau status pemakanan, atau faktor sekitraran lain. Seperti yang kita sudah maklum, bes purin daripada satu benang akan berinteraksi dengan bes pirimidin benang bersebelahan.

9

Jadual 2. Bes purin dan primidin bagi DNA. Sila ambil perhatian tentang abjad singkatan bagi setiap bes.

Purin Adenin A Guanin G

Pirimidin Taimin T Sitosil C

Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula deoksiribosa dalam DNA

10

Rajah 9: Pasangan purin pirimidina bes melalui ikatan hidrogen. Sila ambil maklum bahawa adenin akan menghasilkan 2 ikatan hidrogen dengan taimin sementara guanin dan sitosin akan diikat dengan 3 ikatan hidrogen. Perbezaan ini memberi ciri kestabilan yang lebih bagi DNA yang mempunyai peratusn G:C yang tinggi. Pasangan antara purin dan pirimidin ini dikawal oleh peraturan Chargaff . Dimana A akan berpasangan dengan T dan G pula akan berpasangan dengan C (A:T, G:C). Julat peratus G:C agak lebar diantara25 hingga 75% dalam spesis bakteria yang berlainan tetapi lebih rapat dalam spesies berkaitan manusia iatu antara 39 - 46% (lihat Rajah 9)

Rajah 10: Polimer DNA. Ambil perhatian tentang 1. Arah 3’-5’ polimer, dan penghujung 3’ dan 5’ 2. Ikatan fosfodiester antara 3’ dan 5’ deoksiribosa 3.2.

Polimer DNA.

11

Seterusnya kita akan melihat bagaimana polimer atau rantai panjang DNA terhasil. Mari kita menyemak semula komponen DNA. Unit asas DNA ialah nukleotida. Setiap nukelotida digabungi oleh satu bes nitrogen, satu gula deoksiribosa dan satu kumpulan fosfat. Terdapat 4 jenis nukleotida yang berbeza pada komponen besnya, sama ada A, T, G atau C. Polinukleotida dibentuk melalui kondensasi 2 atau lebih nukleotida. Kondensasi biasanya berlaku antara alkohol 5'-fosfat satu nukleotida dan 3'-OH yang kedua, dengan penyahan H2O, menghasilkan satu ikatan fosfodiester. Penghasilan ikatan fosfodiester dalam DNA mempamerkan arahan. Struktur primer DNA (pengaturan linear nukleotida) berlaku pada arah 5' ----> 3' . Struktur primer molekul DNA dengan mecatat jujukan nukleotida dari kiri kekanan sinonimus dengan arah 5' -----> 3' seperti ditunjuk . Ciri antiparallel heliks datang daripada orientasi setiap individu benang. Daripada mana-mana posisi tetap di heliks, satu benang orientasi ke arah 5' ---> 3' dan yang satu lagi kearah 3' ---> 5' (Rajah 10, 11 dan 12)

Model untuk struktur DNA telah dikemukakan oleh Watson dan Crick. Berasaskan data difraksi X-ray DNA, James Watson dan Francis Crick mecadangkan satu model untuk struktur DNA. Model ini (kemudiannya disahkan oleh data ujikaji) mengagak DNA berada dalam bentuk satu bebenang nyahselari yang berpasangan. Setiap satu pada arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dari benang bersebelahan. Dalam model Watson-Crick, bes berada dibahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90 darjah kepada heliks (Rajah 11). Purin bes membentuk ikatan hidrogen dengan pirimidin Penentutan ujikaji telah menunjukkan bagi sesuatu molekul DNA, kepekatan adenin (A) bersamaan dengan thymine (T) dan kepekatan cytidine (C) bersamaan guanin (G) dalam mana-mana molekul DNA. Ini bermakna A hanya berpasangan dengan T, dan C dengan G. Mengikut paten ini, dikenali pasangan-bes Watson-Crick pasangan- bes mengandungi G dan C mempunayi tiga ikatan hidrogen, sementara A dan T mengandungi 2 ikatan hidrogen. Oleh itu pasangan- bes G-C lebih stabil daripada pasangan bes A-T

12

Rajah 11: Ikatan fosfodiester antara nukleotida. Ikatan ini sama dalam DNA dan RNA. Ambil perhatian keatas struktur deoksiribosa dimana C-2’ tidak terikat pada kumpulan OH seperti gula ribosa RNA. Lihat juga kedudukan nyahselari benang DNA

Ciri selari heliks datangnya daripada orientasi setiap individu benang. Daripada manamana posisi tetap di heliks, satu benang berorientasi ke arah 5' ---> 3' dan yang satu lagi kearah 3' ---> 5'. Dipermukaan luar, heliks dubel DNA mengadungi 2 jalur dalam antara rantai ribosa-fosfat . Dua jalur ini berbeza saiznya dan dinamakan jalur major dan minor. Perbezaan saiz adalah disebabkan asimitri gelang deoksiribosa dan ciri nyata struktur permukaan atas pasangan bes dibandingan dengan yang dibawah (Rajah 13).

13

Rajah 13: Model struktur heliks DNA mempamerkan pasangan bes, heliks dubel dan jalur major dan minor 3.3

Struktur Primer

DNA dan RNA adalah rantai panjang samada deoksiribonukleosida monofosfat atauribonukleosida monofosfat disambung secara kovalen melalui ikatan fosfodiester . Ikatan fosfodiester antara unit monomer kepada satu molekul polimer ditakrifkan sebagai struktur primer. Ikatan fosfodiester mempunyai arah (dipanggil polariti, kecuali dimaklum sebaliknya, dan mengikut konvensyen ialah 5' ke 3'), dan pengaturan (atau order) nukleotida specifik sepanjang rantai dipanggil jujukan. Jujukan nukleotida biasanya dicatatkan sebagai jujukan bes seperti ACGTT (mengikut konvensyen jujukan bermula dengan hujung 5' disebelah kiri hujung 3' disebelah kanan). Jujukan DNA atau RNA ialah informasi genetik, dimana setiap jujukan 3 bes mengkodkan satu asid amino. Kita tidak akan membincang isu ini dengan lebih panjang kerana sudah melebihi kandungan kursus ini. 3.4

Struktur Sekunder

Asid nukleik juga mempunyai struktur sekunder yang terhasil dari pelipatan rantai polimer yang melibatkan ikatan bukan kovalen. Heliks dubel (dua benang) DNA telah ditunjuk boleh berada dalam pelbagai bentuk. Bergantung jujukan kandungan dan

14

keadaan ionik penyediaan hablur. Bentuk β- melebihi pada keadaan fisiologi yang rendah kepekatan ionikdan tinggi darjah hidrasi nya . Sementara itu bahagian heliks yang kaya dengan dinukleotida pCpG boleh berada dalam helik tangan kiri yang novel, satu komformasi disebut Z-DNA. Konformasi ini terhasil daripada pertukaran 180 darjah. dalam orientasi bes relatif keapda A- dan B-DNA yang mempunyai orientasi lebih biasa (Jadual 3)

Jadual 3: Parameter heliks polinukleotida

Arah putaran heliks Bilangan residu satu putaran Putaran bagi satu residu ( Kenaikan heliks bagi satu residu(h) Pitch helik (=nh)

Bentuk A kanan 11

Bentuk B kanan 10

Bentuk Z kiri 12 (6 dimer)

33 o

36 o

0.255nm

0.34 nm

-60o ~-30o per residu 0.37 nm

2.8nm

3.4 nm

4.5 nm

~2.6nm terlebar anti

~2.0nm sederhana anti

~1.8nm tertirus Anti bagi pir Sny bagi pur

Diameter heliks Bentuk heliks dubel Ikatan glikosidik

3.5

Denaturasi DNA

Apabila sel membahagi DNA perlu disalin (replikasi). Untuk membolehkan proses ini berlaku, kedua benang heliks perlu diasingkan melalui proses yang dipanggil denaturasi. Proses ini bolehkan juga dilakukan secara in vitro. Jika larutan DNA didedahkan pada suhu yang tinggi, ikatah hidrogen antara bes menjadi kurang stabil, dan benang heliks akan berpisah disebabkan denaturasi thermal. Komposisi bes DNA banyak berbeza daripada molekul ke molekul dan organisme keorganisme. Bahagian dupleks yang mempunyai pasangang bes A-T lebih kurang stabil kepada haba dengan bahagian yang kaya dengan pasangan-bes G-C (Rajah 14). Dalam proses denaturasi thermal, satu titik akan tercapai dimana 50% DNA molekul berada dalam bentuk benang tunggal. Titik ini diberi tanda Tm (Rajah 15). Tm ialah satu ciri komposisi bes molekul DNA. bergantung kepada beberapa faktor selain daripada komposisi bes. Ini termasuk sifat kimia pelarut dan jenis dan kepekatan ion dalam larutan . Bila DNA yang cair kerana haba disejukkan, benang yang berpasangan akan bercantum semula mengikut pasangan bes yang betul dalam proses yang dipanggil ‘annealing’ atau hibridisasi. Kadar hibridisasi bergantung pada jujukan nukleotida kedua benang DNA.

15

Pemisahan benang dan pengahsilan lipatan rambang

Suhu atau pH yang keterlaluan

Bahagianyang kaya dengan A-T didenaturasi dahulu

Peleraian dua benang DNA

Rahah 14: Denarurasi DNA

16

Rajah 15: Kesan haba keatas molekul DNA 3.6

'Supercoiling'

molekul yang berbentuk bulat yang ditaupi oleh ikatan kovalen boleh berbentuk 'supercoil' . Bentuk ini bersamaan dengan struktur tertiar DNA yaitu satu order yang lebih tinggi dalam ciri lipatan struktur sekonder. supercoiling mempunyai lebih pasangan bes pada satu pusingan (underwinding). Sementara ‘supercoiling’ positif mempunyai kurang pasangan bes bagi setiap pusingan/putaran (overwinding) Molekul yang serupa tetapi berbeza hanya pada keadaan ‘supercoiling’ dipanggil topoisomer (isomer topologi)

Aktiviti 1.2 Soalan: Objektif 1. Jika peratus a dalam sesuatu molekul DNA ialah 17%, pertus C dalam molekul yang sama ialah A. B.

25 17 17

C. D. E. 2.

33 34 66

Ketinggian (pitch) satu pusingan B DNA ialah A. B C. D. E.

2.8oA 3.4 oA 4.5 oA 10 oA 11 oA

Subjektif: 1.

Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida

2.

Bincang mengenai faktor yuang mengesani nilai Tm sesuatu molekul DNA

3. Bincangkan struktur DNA lain berbanding dengan struktur asas yang dikemukakan oleh Watson-Crick

4.0

RNA

RNA boleh memenuhi beberapa fungsi. Fungsi molekul yang berbeza ini termasuk dari segi struktur dan maklumat. Struktur kimia RNA amat serupa dengan DNA. Ia merupakan polimer monomer berulang (ribonukleotida). Walau bagaimana pun RNA berbeza daripada DNA kerana biasanya ia berada dalam satu benang. Molekul RNA adalah lebih kecil daripada DNA dalam sesuatu organisma ( hingga 10 kilobes panajang maksimum) dan bergantung pada fungsinya adalah lebih berbeza dari segi saiz. Molekul RNA boleh berkeadaan satu atau dua benang. Molekul RNA boleh juga berbentuk lurus atau bulat (setakat ini tiada molekul RNA dua benang bulat dijumpai). RNA yang terbanyak dalam sel ialah RNA ribosom (rRNA). Ia merupakan komponen ribosom dan berperanan dalam proses sintesis protein. Walau pun RNA biasanya terlibat dalam proses sintesis protein, ada juga RNA yang bertindak sebagai penyimpan maklumat. Perkara berlaku dalam jenis-jenis virus yang tertentu. 4.1

Struktur RNA

Empat bes yang menjadi komponen RNA disenaraikan dalam Jadual 4. Walau bagaimana pun terdapat tebitan-terbitan lain yang juga menjadi komponen RNA. Bes terbitan ini lebih merupakan komponen struktur bukan kod asid amino. Perbezaan utama dengan DNA ialah kehadiran gula ribosa mengganti gula deoksiribosa dan urasil mengganti bes taimin. RNA satu benang tidak mengikut peraturan Chargaff, tetapi molekul RNA yang 2 benang masih mengikut peraturan ini. Kehadiran kumpulan OH pada C2' ribosa menyebabkan RNA lebih mudah di hidrolisiskan berbanding dengan DNA. Semua RNA disintesis sebagai satu benang, dan mempunayi lebih banyak

18

konformasi dari DNA melalui pusingan dalaman, pusingan hujung tak berpasangan, pusingan pin rambut dan heliks dubel. Jadual 4. Bes purin dan primidin bagi RNA. Sila ambil perhatian tentang abjad singkatan bagi setiap bes. Purin Adenin A Guanin G

Pirimidin Urasil, U Sitosil C

Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula ribosa dalam RNA 4.2

RNA Ribosom (rRNA)

rRNA ialah kumpulan RNA terbanyak di dalam sesuatu sel. Ia merupakan komponen ribosom yang menjadi tapak sintesis protein. Setiap ribosom mengandungi kira-kira 60% RNA dan 40% protein. rRNA ialah salinan jujukan gen DNA tetapi tidak ditranslasi. Genom eurkaryot memang mengandungi beratus salinan gen rRNA. 4.3

RNA penyampai (Messenger RNA, mRNA)

mRNA merupakan salinan kod genetik daripada DNA. Ia merupakan maklumat jujukan asid amino yang digunakan semasa proses sintesis protein di ribosom. mRNA yang disalin akan dibawa ke ribosom dimana maklumat yang dibwa akan ditranslasi dalam proses sintesis protein. Oleh itu terdapat berjenis mRNA mengikut kod yang tersimpan dalam DNA. Biasanya ia akan dihasilkan apabila keperluan kepada sesuatu protein itu timbul. Dalam proses transkripsi, DNA bertindak sebagai templat, dan mRNA ditranskrip (disalin) adalah komplementari (berpasang) kepada templat ini. mRNA ialah molekul satu benang. Saiznya bergantungkepada maklumat yang terkandung. Setiap tiga nukleotida mRNA akan mengkodkan satu asid amino dan kod in dipanggil kodon.

4.4

RNA pemidah (transfer RNA, tRNA)

Oleh kerana asid amino tidak mempunyai keafinan kepada jujukan nukelotida mRNA, sejenis molekul pelekat diperlukan untuk meletak asid amino pada jujukan yang spesifik pada mRNA. tRNA bertindak sebagai pengangkut asid amino ke tapak sintesis. Oleh kerana terdapat beberapa tRNA mengenali satu asid amino, bilangan tRNA melebihi 20. Umpamanya, Esrechia coli mengandungi 86 tRNA. Kebanyakan nukleotida asal dalam tRNAs telah berubah dengan besnya dimodifkasi enzim selepas transkripsi. Dianatara bes yang termodifikasi termasuklah metilguanosin, dimetilgunaosin, inosin, dimetilinosin, dihidrouridin dan pseudourodin

19

tRNA juga ditranskripsi daripada DNA tetapi tidak ditranslasi. Kebanyakan tRNA mengandungi lebih kurang 75-80 nukleotida dan mempunyai sruktur sekonder yang tinggi (interaksi pasangan bes) dan juga struktur tertiar (bukan ‘supercoiling’ tetapi lipatan tambahan dalam ruang 3 dimensi). tRNA mempunyai bentuk daun cengkeh (Rajah 17). Semua tRNA berakhir dengan ...CCA pada penghujung 3' . Asid amino akan terikat pada penghujung 3' tRNAs membentuk aminoasil-tRNA ( tRNA bercas). Antikodon, satu set 3 nukleotida,terdapat dilengkok struktur tengah daun cengkeh. Antikodon merupakan komplemen (pasangan) kepada kodon mRNA, denganitu membolehkan asid amino spesifik dibawa kepada mRNA mengikut jujukan yang ditentukan.

Rajah 16: Struktur daun cengkeh tRNA Aktiviti 1.3 Soalan: Objektif 1.

Pilih kenyataan yang BENAR mengenai RNA atau DNA

20

A. B. C. D. E.

Hanya DNA merupakan penyimpan maklumat gen dalam sel hidupan semua RNA hnaya mempunyai bes A, U, C dan G Semua heliks dubel pusing kekanan semua DNA mempunya galur minor dan major Hanya RNA mempunya gula deoksiribosa

2.

Pilih kenyataan yang PALSU

A. B. C. D. E.

semua RNA ada bes urasil semua RNA bertuk satu benang tRNA mempunyai antikodon tRNA mengenali asid amino yang spesifik ribosom mengandungi perotein

Subjektif: 1.

Apakah sebabnya RNA kurang stabil dibandingkan dengan DNA

Glosari Istilah adenin antikodon allosterik diekspresikan ditranslasi genetik genom guanin hibridisasi in vitro kodon metabolit nukleosida nukleotida pengklonan replikasi ribosom rRNA sitosin taimin topoisomer

Makna/Takrifan Bes purin Kod asid amino pada tRNA Enzim yang dikesani modulator Maklumat gen dikeluarkan dalam bentuk protein Proses penghasilan protein dari mRNA Kod maklumat tersimpan dalam DNA Gabungan maklumat gen Bes purin Di luar sel Kod asid amino pada mRNA Bahan tindak balas Gabungan bes dan gula pentosa Gabungan bes, gula pentosa dan fosfat Penghasilan sel baru yang mempunyai maklumat genetik yang sama Pengahsilan molekul DNA baru dari templat DNA Tapat sintesis protein Pembawa jujukan nukleotida ketapak sintesis protein Bes pirimidin Bes pirimidin khusus dalam DNA isomer topologi, perbezaan pada ‘supercoiling’ 21

transkripsi tRNA urasil

Penyalinan DNA kepada RNA Pembawa asid amino ketapak sintesis protein Bes pirimidin khusus dan RNA

UNIT Biodata penulis Nama penulis: Abu Bakar Salleh No telefon: 03 89486101 samb 3635 Faks: 03 8943 0913 E-mail: [email protected] (Pelajar digalakkan mengguna kaedah ini untuk berhubung dengan penulis)

Jangkamasa belajar Mengikut sinopsis kursus, bahagian enzim memerlukan 6 kuliah sementara bahagian hormon memerlukan 3 kuliah. Anda disarankan meluangkan sekurang-kurangnya 3 jam bagi setiap jam kuliah bagi mengulangkaji.

Cara belajar Kursus ini menekankan pengenalan nama dan struktur. Struktur yang perlu diketahui mungkin spesifik bagi sesuatu molekul, tetapi biasanya anda perlu mengetahui struktur am bagi sesuatu kumpulan. Seterusnya anda dikehendaki mengetahui peranan molekul berkenaan, dan fungsi molekul yang selalunya dikaitkan dengan struktur dan komposisi kimia molekul. 22

Selain daripada membaca isi kandungan modul ini, anda disarankan mendapatkan sebuah buku teks yang tersenarai dalam modul ini. Walaupun begitu pemahaman dan penghayatan biokimia tidak mungkin didapati hanya melalui pembaca. Anda perlu menulis dan melakar semula nota dan struktur supaya ianya terpahat dalam minda. Aktiviti yang disediakan akan dapat membantu anda membuat ulangkaji. Sila hantar jawapan kepada soalan dan permasalahan kepada penulis unit ini. Sila catatkan nombor unit , aktiviti dan soalan dalam komunikasi anda. Saya akan dapat mengekstrak fail anda jika anda mengguna Window 98/Word 2000 atau edisi yang sebelumnya. Timbal balas akan dilakukan dalam masa 3 hari selepas penerimaan mesej kecuali penulis tidak dapat ke pejabat dalam masa itu.

23

Molekul Pengatur/Pengawal Tindak Balas dalam Sel Pengenalan Untuk memahami bagaimana tindak balas dalam sel dikawal dan diatur, kita perlu mempelajari 2 topik asas, iaitu enzim dan hormon. Kedua kumpulan pengatur ini mempunyai sifat dan ciri tindakan yang tersendiri, tetapi mereka sering juga berinteraksi bagi menentukan sel berfungsi dengan efisien. Untuk memahami bagaiman enzim dan hormon bertindak, kita perlu mengetahui sifatnya melalui struktur asas dan rupanya. Seterusnya kita perlu mengetahui cara ia bertindak.

ENZIM DAN KOENZIM Tajuk-tajuk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Apakah itu enzim? Konsep pemangkinan: kinetik tindak balas kimia, tenaga aktivasi Struktur enzim: Ciri enzim Penamaan enzim dan klassifikasi Ciri tindak balas enzim Keaktifan enzim Parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim Kofaktor dan koenzim

Objektif Pembelajaran Selepas selesai mempelajari unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat 1. 2. 3. 4. 5.

Mengenali tentang enzim; sifat dan ciri tindak balasnya Mengenali struktur enzim dengan penekanan kepada ciri proteinnya Pengkalsan enzim Memahami ciri tindak balas enzim Mengenali dan memahami parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim Parameter yang ditangani ialah • kesan kepekatan enzim • kesan kepekatan substrat • kesan pH • kesan suhu

24

6.

• kesan perencat Mengenali apakah itu kofaktor dan koenzim

1. 1 Apakah itu enzim? 1.1.1 Pemangkin dalam tindak balas Untuk memahami ini peranan enzim, kita mesti memahami bahawa tindak balas kimia perlu mempunyai pemangkin untuk membantu menjalankan tindak balas. Tanpa pemangkin sesuatu tindak balas sukar untuk dijalankan. Jika sesuatu substrat, S hendak ditukar kepada produk P, biasa tansformasi atau pertukaran tidak berlaku dengan spontan. Kalau tidak tentulah susah bagai sesuatu sebatian berada dalam sesuatu keadaan atau bentuk. Biasanya kita memerlukan tenaga untuk menukar sesuatu bahan kepada satu bahan yang lain. Untuk medalami konsep tindak balas yang menggunakan pemangkin cuba kita lihat prinsip kinetik kimia 1.1.2 Kinetik kimia Teori keadaan transisi/sementara dan katalisis

E akt Tenaga S

Rajah 1: Kinetik tindakbalas kimia

P

E net

Progres tindak balas Rajah profil tenaga satu tindak balas S→ P E akt = tenaga aktivasi, perbezaan anatara tenaga keadaan S (atau penindak balas) dan keadaan sementara (penindak balas) E net = Perbezaan tenaga antara S dan P Teori kinetik moden menyarankan bahawa bagi setiap tindak balas, penghasilan sesuatu produk didahului oleh satu keadaan transisi/sementara yang merupakan keadaan teraktif S. Tenaga aktivasi perlu diadakan untuk membawa substrat ketahap transisi sebelum ianya bertukar kepada produk.

25

A* Tenaga A*

E akt1

E akt2 Rajah 2: Kinetik S tindakbalas kimia dengan enzim P

Progres tindak balas E akt1 ialah tenaga aktivasi tanpa pemangkin E akt2 ialah tenaga aktivasi dengan pemangkin Mengikut teori keadaan sementara, sesuatu pemangkin berfungsi dengan menambah kadar penghasilan bahantara sementara. Ini dialkukan dengan mengurangkan tenaga aktivasi. Nota : Tenaga P tidak semestinya rendah dari S. Jika P mempunyai tenaga dalaman (internal energy) yang lebih rendah dari S, tenaga akan dibebas ke sekitaran. Tindakbalas ini dipanggil eksothermik. Sebaliknya jika P mempunyai tenaga dalaman yang lebih tinggi dari S, tindakbalas ini dipanggil endothermik Aktiviti 1.1 1. Cuba anda lukis rajah kinetik tindak balas kimia di mana tenaga dalaman P lebih tinggi daripada S. Catatkan lokasi tenaga aktivasi dan mutlak di atas rajah itu. 2. Dengan menggunakan gambarajah, terangkan bagaimana enzim dapat membantu meningkat kadar tindakbalas. Soalan ini hanyalah merupakan latihan. Anda hanya perlu menyalin semula Rajah 2! Adakah anda faham perkara yang hendak disampaikan oleh rajah ini? 3.

Soalan objektif:

Pernyataan yang manakah sesuai untuk enzim A. B C. D. E.

enzim menukar tahap keseimbangan enzim adalah spesifik kepada substrat yang tertentu enzim menyediakan teanga aktivasi semua enzim adalah protein enzim termusnah di dalam tindakbalas yang dimangkin

26

1.1.2 Enzim Enzim merupakan pemangkin biologi. Enzim mempercepatkan tindak balas dalam sel hidupan. Enzim adalah lebih efisien dari ebarang pemangkin buatan manusia. Ia bertindak pada keadaan yang sederhana dan mempunyai ciri spesifik dalam pemilihan substrat yang di tindak balasnya. Enzim tersebar luas dalam sel .

1.1.3 Enzim konstitutif dan induktif Enzim konstitutif: ialah enzim yang sentiasa dikeluarkan oleh sel kerana keperluannya senatiasa ada. Sementara enzim induktif memerlukan aruhan sebelum disintesis dalam sel untuk sesuatu keperluan.

1.1.4 Bagaimana enzim berfungsi sebagai pemangkin Bagaimanakah enzim dapat berperanan sebagai pemangkin? Enzim mengikat substrat dengan cara dimana ikatan yang hendak ditindakbalas diletak berdekatan dengan pusat pemengkinan di tapak aktif.Terdapat 4 faktor utama yang menyumbang kepada kemampuan enzim sebagai pemangkin • •

• •

1.2

Diorientasi kepada kumpulan pemangkin supaya keadaan transisi mudah terhasil Setengah enzim mungkin bergabung dengan substrat supaya menghasil bahantara sementara yang mengandungi ikatan kovalen tidak stabil, yang mudah bertukar kepada produk Mengadakan kumpulan berfungsi yang menghasilkan katalisis umum asid bes Menimbul ketegangan dan kebengkokan dalam ikatan substrat, membawa kepada kepecahan ikatan berkenaan

Struktur enzim

Sejak mula enzim ditemuai, enzim telah dikenal pasti sebagai protein. Tetapi akhir-akhir ini terdapat penemuan dimana sekumpulan asid ribonukleik (RNA) telah dapat berfungsi sebagai pemangkin. Enzim yang berasaskan asid nukleik diberi nama ribozim. Kita akan menumpukan perhatian kita kepada protein sebagai molekul enzim. Tetapi kita jangan lupa bahawa ribozim juga berfungsi serupa dengan enzim protein.

1.2.1 Struktur enzim protein Pada dasarnya enzim diasaskan oleh protein. Biasanya protein berbentuk globular dan mempunyai struktur tertiar dan kuarterner protein Struktur 3 dimensi protein amatlah penting dalam fungsi protein. Keutuhan struktur 3 dimensi memainkan peranan penting dalam menentukan keaktifan enzim. Komposisi dan jujukan asid amino yang merupakan monomer kepada protein tentulah mempunayi peranan utama dalam menentukan

27

struktur tertiar protein. Penyelidik telah membahagikan residu-residu asid amino yang membangunkan sesuatu molekul enzim kepada 4 kumpulan • • • •

Residu struktur Residu pemangkinan Residu pengikatan Residu tak perlu

Kumpulan 1 hingga 3 adalah penting dalam menentukan samada molekul protein dapat berfungsi sebagai pemangkin dengan efisien. Pertukaran atau modifikasi kepada manamana asid amino dalam kumpulan ini pasti menjejaskan keaktifan enzim itu.

1.3. Penamaan enzim dan klassifikasi Padas mulanya setiap penyelidik yang menemui sesuatu enzim telah memberi namanya sendiri. Kita akan sebut nama yang diberi ini sebagai nama am. Oleh itu terdapat satu enzim yang mempunyai nama yang berlainan. Tambahan pula sesetengah nama yang diberi tidak memberi sebarang maklumat atau penerangan seperti tripsin, pepsin dan kaimotripisin. Ini menimbulkan kesukaran dalam mengenali enzim itu. Pada tahun 1964, Suruhanjaya Antarabangsa Enzim telah mengemukakan satu sistem klasifikasi dan penaman bagi enzim, dalam usaha menyelaras penamaan enzim. Penamaan ini dipanggil nama sistematik. Enzim dikenali dan diklaskan berasaskan jenis tindak balas . Didapati semua enzim yang telah ditemui dapat dibahagikan kepada 6 kumpulan utama. Seterusnya setiap kumpulan boleh di bahagikan lagi untuk pengklasan yang lebih teliti.

Klas utama Oksido reduktase Transferase Hidrolase Liase Isomerase. Ligase

Jenis tindak balas Enzim berkaitan dengan pengoksidaan reductan. Pemindah kumpul;an(radikal) seperti metil, asil, glikosil, amina, fosforil dan lain-lainnya... Tindakbalas substrate mengandungi air menghasilkan dua produk Penyahan kumpulan tanpa air Pengauran molekul dalam substrat Tindak balas sintetik, pergabungan 2 molekul

Jadual 1. Klasifikasi enzim

Seterusnya setiap kumpulan utama diberi nombor 1 hingga 6, sementara kelas-kelas dibawah kumpulan ini juga diberi nombor pengenalan tersendiri, dengan tujuan mengkelaskan setiap enzim kepada satu enzim yang jelas.

28

• • • •

No. pertama : Kumpulan utama No. kedua : sub-klas No. ketiga : sub-sub- klas No.keempat : nombor siri dalam sub-sub- klas

Contoh COOH CH2

COOH + FAD

CH

+ FADH2

||

CH2

CH

COOH

COOH

Nama am: suksinat dehidrogenase Nama sistematik: suksinat : FAD oksidoreduktase EC No.: 1 . 3 . 99 . 1 Penjelasan: 1 : termasuk dalam klas Oksidoreduksi 3 : kerana bertindak keatas kumpulan penderma > CH-CH 99: kerana penerima, FAD, yang diklaskan sebagai "yang lain" 1 : siri pertama dalam sub-subklas 99

Aktiviti 1.2 1.

Soalan objektif

a.

Kaji tindak balas berikut:

Glukosa + ATP

Glukosa-6-fosfat + ADP

Kumpulan enzim ini ialah:

B. C. D.

A. oksidoreduktase transferase hidroliase isomerase E. liase

29

2.

Soalan subjektif:

a. Senaraikan kumpulan enzim mengikut Suruhanjaya Enzim. Jelaskan ciri tindakbalas setiap kumpulan

1.4

Ciri enzim

enzim dikatakan mempunyai ciri yang lebih baik daripada pemangkin inorganik. Dua ciri utama yang memberi kelebihan kepada enzimialah: • •

Spesifisiti Keadaan tindak balas yang sederhana

1.4.1 Spesifisiti enzim Spesifisiti enzim dikatakan timbul daripada konformasi tapak aktif. Tapak aktif merupakan acuan yang dapat mengenali substrat yang khusus, yang sepadan dengan bentuk acuan yang tersedia. Ahli enzimologi mengemukakan 2 jensi spesifisiti yang terdapt pada enzim • •

Spesifisiti: mutlak dan Spesifisiti relatif

Dua model telah dikemukakan bagi menggambarkan sifat spesifisiti diatas Model kunci dan mangga Model ini sesuai bagi enzim yang mempunyai spesifisiti spesifik. Enzim digambarkan sebagai mangga yang hanya boleh dipadankan oleh anak kunci (substrat) (Rajah 3). Mengikut modelini, enzim mempunyai tapak aktif yang berbentuk sepsifik dan tetap kepada bentuk sesuatu substrat. Hanya substrat yang padan boleh masuk kedalam tapak aktif ini, sebelum pemangkinan berlaku. Teori ransang dan padan Sementara teori ini menggambarkan sifat spesifisiti relaltif dimana satu enzim dapat memangkin satu kumpulan substrat yang hampir serupa. Enzim mempunyai tapak aktif yang lebih fleksibel kepada satu kumpulan substrat. Jika sesuatu substrat menghampiri tapak aktif, kehadiran substrat mengaruh bentuk tapak aktif kepada acuan yang lebih spesifik kepada substrat itu.

30

Enzim dan substrat Tapak aktif E S

kompleks- ES

Produk E

P

Rajah 3: Model mangga dan anak kunci

1.4.1. Keaktifan enzim Semua aspek keaktifan enzim bergantung kepada kehadiran tapak aktif pada molekul enzim. . Keaktifan diukur melaui aktiviti enzim. Aktiviti enzim ialah kadar tindak balas. Ia diukur dengan mengukur penghasilan produk mengikut unit masa.

Produk masa

Rajah 4: Penghasilan produk mengikut

masa Jika kita membuat ujikaji dimana kita mengukur penghasilan produk mengikut masa kita akan mendapati sebuah graf seperti Rajah 3. Penghasilan produk akan bertambah mengikut masa hingga substrat kehabisan. Aktiviti boleh diukur dengan menentukan kuantiti produk yang terhasil pada satu jangkamasa yang tetap. Mengikut Rajah 4, pengukuran mestilah dibuat pada jarak garis lurus. Dalam enzimologi , aktiviti enzim diambil pada jangkamasa yang terawal tindak balas berlalu dan dipanggil aktiviti awal atau halaju awal.

31

1.4.2 Unit aktiviti Unit yang selalu dipakai ialah unit (U) atau lebih tepat dipanggil unit antarabangsa (IU). Satu IU ditakrifkan sebagai kadar penghasilan 1 µmole produk dalam satu minit. Suruhanjaya Enzim telah mengemukakan unit katal yang ditakrif kan sebagai kadar penghasilan 1 mol produk dalam satu saat.

Aktiviti 1.3 1.

Soalan objektif

Enzim yang mempunyai spesifisiti relatif A. mempunyai konfigurasi tapak aktif yang tetap B. mempunyai satu substrat yang khusus C. konformasi protein yang tetap D. bertindak dengan substrat yang berlainan E. mampu mengubah sedikit bentuk tapak aktif untuk dipadankan dengan substratsubstrat yang hampir sama

2.

Soalan subjektif:

Lukiskan satu graf hasil lawan masa dan tandakan bagaimana kadar tindak balas ditentukan. 3

Cuba anda tukar unit IU kepada unit katal.

Penyelesaian 1 IU = 1 µmole per minit = 1 µmole per 60 saat = 16.7 ηmole per saat Bersamaan 16.7ηkatal !

1.5

Parameter yang mengesan keaktifan enzim

Kesan masa Kesan masa terhadap penghasilan produk digambarkan pada Rajah 4. Bagi kepekatan enzim dan substrat yang tetap, penghasilan produk akan meningkat mengikut masa hinggalah substrat kehabisan. Kelok ini dipanggil kelok progres tindak balas dan digunakan untuk penentuan aktiviti enzim. Jika graf ini di ubahsuai kepada graf aktiviti enzimmelawan masa kita akan melihat graf seperti Rajah 5.

32

V

Masa Rajah 5. Aktiviti enzim mengikut masa

1.5.2 Kepekatan enzim Aktivit enzim akan meningkat dengan peningkatan kepekatan enzim hinggalah substrat mkenjadi faktor penghad (Rajah 6)

Rajah 6. Kesan kepekatan enzim terhadap aktiviti enzim V {E}

1.5.3 Kesan kepekatan substrat Vmax

Rajah 7. Kesan kepekatan substrat terhadap aktiviti enzim

Vmax 2 Vo Km {S}

33

Rajah 7 menggambarkan kesan peningkatan kepekatan substrat terhadap aktiviti enzim, pada kepekatan enzim yang tetap. Di peringkat awal, aktiviti meningkat dengan penambahan substrat, tetapi aktiviti akan mendatar bila enzim sudah menjadi tepu pada peringkat kepekatan substrat yang tinggi. Kelok ini dipanggi kelok Michaelis-Menten dan merupakan sebuah kelok hiperbola segiempat. Perlakuan ini hanya dipakai dengan tindak balas satu substrat.. Ia boleh juga digambarkan melalui persamaan MichaelisMenten. Harus diingat bahawa tidak semua enzim mengikut hukum Michaelis-Menten. Walau bagaimana pun perlakuan ini memberi kefahaman asas dalam kajian enzimologi. Melalui graf ini kita dapat menentukan 2 parameter kinetik enzim iaitu aktiviti maksimum, Vmax dan angkatap Michaelis, Km. Jika kita lihat persamaan MichaelisMenten, diperingkat kepekatan S adalah tinggi, Km+[S] akan menuju kepada nilai [S]. Ini bermakna, Vo = Vmax , iaitu aktiviti pada tahap maksimum. Sebaliknya jika kita meletak nilai Vo = Vmax , kedalam persamaan Michaelis-Menten, kita akan mendapat Km = [S]. Oleh itu kita boleh mentakrif Km sebagai kepekatan substrat yang akan menghasilkan setengah aktiviti maksimum. Nila Km enzim kepada sesuatu substrat menggambarkan keafinan enzim itu kepada sesuatu substrat.

Vo = Vmax [S] Km+[S] Dimana Vo ialah aktiviti awal enzim pada setiap kepekatan S S ialah substrat Vmax ialah aktiviti maksimum pada kepekatan enzim yang diguna Km ialah angkatap Michaelis Walau pun, kita dapat menetukan parameter kinetik Vmax dan Km melalui graf MichaelisMenten, kaedah ini hanyalah satu penganggaran, kerana tahap Vmax adalah juga satu penganggaran. Oleh itu beberapa kaedah lain yang berasaskan pengolahan semula persamaan Michaelis-Menten telah dikemukakan untuk membolehkan penentuan parameter kinetik yang lebih tepat.

1/V Rajah 8: Graf Lineweaver-Burk

1/S

34

cerun = -Km Vo Vmax Rajah 9.Graf Eadie-Hofstee Vo

Km S

Rajah 10 Graf Wolf S/Vo

Cerun = 1/Vmax Km/Vmax

S Lihat Rajah 8, 9 dan 10 yang menggambarkan kaedah grafik yang lain,berasaskan pengolahan ke atas persamaan Michaelis Menten.

1.5.4 Kesan suhu Kesan suhu keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor. Sebagai protein , ia akan mengalami proses denaturasi bila suhu menjangkau kepada satu tahap. Proses denaturasi akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat keaktifan enzim. Sementara itu mengikut kinetik kima, peningkatan suhu akan menambah kadar pertembungan bahan-bahan yang bertindak balas, dan seterusnya memudahkan lagi penghasilan bahantara sementara, dan produk. Dua faktor ini akan dilihat secara menyeluruh deng an terhasilnya profil aktiviti lawan suhu. Setiap enzim akan mempunyai suhu optimum (Rajah 11)

35

suhu. optimum

10

20

30 40 50 60 70 80 suhu Rajah 11. Graf aktiviti melawan suhu bagi 2 jenis enzim

1.5.5 kesan pH Kesan pH keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor juga. Sebagai protein , ia akan mengalami proses denaturasi bila pH berada pada tahap yang ekstrim. Pertukaran cas pada residu asid amino akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat bentuk tapak aktif dan konformasi keseluruhan molekul enzim. Di samping itu, pertukaran ciri ionik mungkin melibatkan residu asid amino pada tapak aktif yang terlibat terus dengan proses pemangkinan. Rajah 12 menggambarkan profil aktiviti lawan pH. Enzim juga a kan memberi nilai pH optimum yang merupakan ciri sesuatu enzim. Pepsin

pH optimum tripsin

aktiviti

2

4

6

8 pH

36

10

Rajah 12: Graf akiviti lawan pH bagi 2 jenis enzim

1.5.6 Kesan Perencat Kehadiran peransang dan perencat merupakan faktor penting dalam tindakbalas enzim Peransang dan perencat berperanan sebagai pengawal halus tindak balas. Sementara itu kehadiran bahan asing seperti dadah dan racun turut menggugat tindakbalas enzim, seterusnya mengganggu proses metabolisme sel. Di bahagian ini kita akan memberi perhatian kepada perencat.Terdapat 3 jenis perencat yang dikemukakan sebagai asas dalam kajian perencatan enzim

1.5.6.1 Perencat bersaing Perencat bersaing mempunyai bentuk yang agak sama dengan substrat enzim. Perencat bersaing dengan substrat untuk masuk kedalam tapak aktif. Keadaan ini akan merendahkan aktiviti enzim pada sesuatu kepekatan substrat. Jika substrat ditambah, ia kan dapat melawan kesan substrat, akhirnya nilai Vmax asal akan tercapai. Sementara itu nilai Km akan meningkat dengan kehadiran perencat. Ciri ini dapat dilihat dengan jelas pada graf Lineweaver-Burk (Rajah 13) dengan perencat tanpa perencat 1/V

1/S Rajah 13 : Kesan perencat bersaing 1.5.6.2 Perencat bukan bersaing Enzim yang direncat oleh perencat bukan bersaing mempunyai tapak asing bagi perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat. Kemasukan perencat kedalam tapak perencat akan mempengaruhi tapak aktif hingga menyebabkan berlaku perubahan kepada bentuk tapak aktif. Substrat tidak dapat masuk ke tapak aktif dan pemangkinan tidak berlaku. Dari segi kesan keatas parameter kintek enzim, di dapati Km tidak berubah tetapi Vmax adalah lebih rendah dari asal (Rajah 14)

37

1/v

dengan perencat tanpa perencat

1/S Rajah 14. Graf menggambarkan kesan perencat bukan bersaing 1.5.6.3 Perencat tak bersaing Enzim yang direncat oleh perencat tak bersaing juga mempunyai tapak berasingan bagi perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat. Perbezaan dengan perencat bukan bersaing hanyalah dari segi keupayaan substrat masuk ke dalam tapak aktif. Substrat tetap dapat masuk ke dapat aktif sama ada perencat masuk dahulu atau terkemudian darinya kedalam tapak perencat. Tetapi hasilnya ialah kompleks enzim-substrat-perencat yang tidak mampu meruskan proses pemangkinan. Dari segi kesan keatas parameter kinetik enzim, di dapati Km dan Vmax adalah lebih rendah dari asal (Rajah 15). Garis lurus yang selari akan dapat dilihat dalam graf Linewever Burk.

dengan perencat 2I 1/V

I tanpa perencat

1/S Rajah 15. Graf menggambarkan kesan perencat tak bersaing I ialah satu kepekatanperencat, sementara kepekatan digandakan bagi 2I

38

Aktiviti 1.4 1.

Soalan objektif

a.

Kaji kenyataan di bawah, mengenai bagaimana pH mengesan aktiviti enzim

P. Q. R. S. T.

kadar pertembungan substrat-enzim meningkat pertukaran cas ionik denaturasi protein pertukaran komformasi pertukaran jujukan asid amino

Kenyataan yang BENAR ialah A. B. C. D. E.

P P, Q Q, R Q, R, S Q, R, S, T

b. Pilih kenyataan yang kurang tepat mengenai ciri tindak balas enzim. Enzim bertindak A. B. C. D. E.

Enzim bertindak biasanya pada suhu yang sederhana Enzim bertindak dengan substrat yang spesifik Enzim bertindak biasanya pada tekanan yang sederhana Km berbeza bagi berlainan substrat semua enzim mengikuti hukum Michalis-Menten

2.

Soalan subjektif

a.

Terangkan bagaimana pH dapat mengesan aktivit enzim

b. Lakarkan plot Lineweaver Burk. Berasaskan graf ini, nyatakan bagai mana anda dapat mengira nilai Km dan Vmax

2.

Kofaktor dan koenzim

Sesetengah enzim memerlukan bantuan sebatian lain untuk menjalankan peranannya sebagai pemangkin. Sebatian pembantu ini adalah bukan protein. Enzim yang mempunyai pembantu ini dipanggil haloenzim. Enzim yang dipisahkan dari pembantunya dipanggi apoenzim. Sementara kumpulan pembantu dipanggil kumpulan prosthetik.

39

Kita akan berbicara tentang kumpulan prosthetik, yang secara umumnya dikenali sebagai kofaktor. Kofaktor pula boleh dibahagikan kepada kofaktor dan koenzim. Kofaktor diasaskan dari sebatian inorganik sementara koenzim diasaskan dari sebatian organik. Jadi kofaktor ialah kumpulan umum bagi sub-kumpulan iaitu kofaktor dan koenzim. .

2.1

Kofator

Peranan kofaktor dan koenzim ialah menjadi pembawa sementara kumpulan berfungsi atom spesifik atau elektron yang dipindahkan dalam keseluruhan tindak balas. Kofaktor biasanya berasaskan ion logam yang diperlukan dalam bentuk logam surih. Logam surih termasuklah ion ferum(Fe+2), Mg+2 , Mn+2 , Zn+2 , Al +3 dan Cu+2. Ion logam ini menjadi komponen penting sesetengah enzim(Jadual 2). Tanpanya enzim tidak akan berfungsi.Di sinilah timbul keperluan kepada logam surih dalam pemakanan kita.

Ion logan Zn+2

Enzim karbonik anhidrase karbokspeptidase, fosfohidrolase, fosfotransferase

Fe+2 atau Fe+3 Mn+2

Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase Arginase

Mg+2 Cu+2

Glukokinase, glukofosfatase Sitokrom oksidase

Rajah 2. Contoh enzim yang memerlukan logam surih sebagai kofaktor

2.2

Vitamin sebagai prekursur koenzim

Sudah menjadi satu ciri koenzim bahawa organisma atasan tidak dapat mensintesisnya dan perlu mengambilnya melalui makanan. Keperluannya adalah sedikit sahaja setiap hari, tetapi keperluannya adalah kritikal. Jadual 3 di bawah menunujukkan jenis-jenis vitamin, koenzim yang dihasilkan, tindak balas yang dimangkinkan dan seterusnya masalan/penyakit yang timbul jika kekurangan vitamin ini.. Koenzim dan vitaminyang berkaitan Larut air Thiamine (vitamin B1) Sumber - bijiran

Koenzim

Tindak balas yang memerlukannya, masalah kekurangan

TPP

Dekarboksilasi. Kekurangannya akan menyebabkan penyakit beri-beri, lemah jantung dan gangguan mental

40

Riboflavin

FAD

niacin

Piridin nukleotida

Asid Pantothenik

Koenzim A

Vitamin B6

piridoksal piridoksin - piridoksan

Folic acid

Dihidro-, tetrahidro folat

sumber atom 1 unit karbon anemia

Asid lipoik

Asid lipoik

Vitamin B12

koenzim B12 : nucleosid adenina

Pemindahan asil Masalah pertumbuhan 4 tindak balas umum: pemotongan C-C, pemotongan C-O, pemotongan C-N dan pengaktifan metil

Vitamin C

redoks kerencatan pertumbuahan redoks Kekurangannya akan menyebabkan pellagra, black tongue (anjing) Pemindahan asil Kekurangannya akan memberi simptom gastrik diarrhea , kulit : ‘carrification’, hilang pigmen, ‘desquamation’; pendarahan dan nekrosis korteks adrenal dengan peningkatan keinginan untuk garam Metabolisme asid amino: transaminasi Kekurangannya akan hanya dilihat pada bayi dan wanita hamil bayi : sawan. Tindak balas asid amino lain: Dekarboksilasi, racemisasi’ Kekurangannya akan menyebabkan Dermatitis

Tak pasti bagaimana berfungsi. Kekurangannya akan menyebabkan ‘scurvy’, pendarahan dan gigi longgar.Di katakan berkesan bagi menghindar selesema.

Larut lemak Vitamin A

mekanisma fisiologi penglihatan. Ada juga penglibatan dalam pertumbuhan biasa sel, mengesan tulang rangka menambah penyerapan kalsium dari fosfat dalam usus. Kesan terus proses kalsifikasi - kekurangan akan merendahkan perkumuhan fosfat dan pembuangan melalui buah pinggang, rickets : penyakit tulang

Vitamin D - sumber : hati, ikan, susu

41

Vitamin E

kekurangan masalh reproduksi dalam tikus antioksidan - menahan tindakan O2 ke atas asid lemak (yang menghasikanl peroksida) Masalah pembekuan darah

Vitamin K

Jadual 3. Vitamin, koenzim dan kesannya Perhatikah bahawa koenzim dibahagikan kepada 2 kumpulan samada larut dan tak larut air, berasaskan ciri sebatian kimianya.

Aktiviti 1.5 Pada amnya, bahagian ini banyak memerlukan ingatan anda tentang jenis, tindakan atau kesan kofaktordan koenzim. 1.

Soalan objektif

Vitamin A dikaitkan dengan A. B. C. D. E 2.

penglihatan pertumbuhan yang sempurna penyakit kulit selsema kekuatan tulang

Soalan subjektif:

Apakah kaitan vitamin dan enzim. Nyatakan kumpulan vitamin dan beri 2 contoh setiap satu kumpulan.

3 Sep 00

42

Biodata penulis (untuk Unit ..) Nama penulis: Abu Bakar Salleh No telefon: 03 89486101 samb 3635 Faks: 03 8943 0913 E-mail: [email protected] (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk berhubung dengan penulis)

UNIT Hormon 1.0

Pengenalan

Hidupan biologi di peringkat tinggi adalah kompleks dan memerlukan sistem pengawalan yang lebih canggih. Oleh itu satu sistem penghantar signal adalah diperlukan. Sel boleh menyampaikan sesuatu signal dengan pantas menghantar melalui sistem sarap atau pun melaui sistem yang lebih lambat bagi melakukan sesuatu perubahan iaitu melalui sistem endokrin. Sistem endokrin merupakan sistem mengandungi kelenjar tanpa saluran yang mengeluarkan hormon sebagai penyampai intersel. Dalam unit ini kita akan mengenali satu lagi kumpulan biomolekul, hormon yang berperanan mengawal atau mengatur tindak balas. Sementara satu enzim mengawal satu tindak balas, hormon mempunyai peranan yang lebih besar iaitu mengawal sesuatu proses dalam sel. Tajuk-tajuk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Pengenalam Kelenjar dan hormon Klasifikasi hormon Cara hormon bertindak Hormon dan peranannya Pemesan kimia yang lain Klassifikasi hormon tumbuhan Hormon tumbuhan dan perananya Contoh struktur hormon tumbuhan

Objektif Pembelajaran 1. Memperkenalkan apakah sistem endokrin dan fungsinya dalam pengawalan proses sel 2. Mengenali hormon dan tindakannya 3. Mengenali hormon tumbuhan dan peranannya 43

4.

Mengenali pemesan kimia yang lain.

1.1

Pengenalam

Apakah yang dimaksudkan dengan sistem endokrin? Sistem endokrin ialah satu kumpulan kelenjar yang merembeskan penyampai kimia yang di panggil hormon. Hormon ialah sejenis bahan kimia yang dikeluarkan di satu bahagian badan dan mempunyai sasaran di bahagian badan yang lain Hormon dan enzim berperanan sebagai pengawal/pengatur kimia dalam sel multisel. Signal ini disalurkan melalui darah kepada sel sasaran yang mempunyai reseptor sel yang spesifik kepada hormon berkenaan.

1.2

Kelenjar dan hormon

Lebih 50 jenis hormon telah ditemui dalam badan manusia. Hormon dirembers oleh kelenjar tertentu. Lokasi kelenjer digambarkan dalam Rajah 1 dan hormon (utama) yang dirembes oleh kelenjar ini dibentangkan dalan Jadual 1

Kelenjar Pineal Haipothalamus

Pituitari - anterior

- posterior Tairoid Paratairoid Thaimus Adrenal - korteks - medulla Pankreas Ovari testis

Hormon Faktor pelepas kortikotropin Faktor pelepas Gonadotropin Faktor pelepas Tairotropin Faktor pelepas Hormon pertumbuhan Adrenokortitropik Tairotropin Peransang folikel leutinasi Vasopresin oksitoksin tairoksin Paratairoid Glukokortikoid, mineralokortikoid, estrogen, androgen Epinephrin, norepinephrin Insulin, glukagon estrogen androgen

Jadual 1: Kelenjar dan hormon yang dirembes

44

haipothalamus

Rajah 1: Lokasi kelenjer dan hormon manusia

45

1.3

Klasifikasi hormon

Hormon dibahagikan kepada 2 kumpulan mengikut sifat fisikokimianya (Jadual 2)

Kumpulan Larut air

Larut lemak

Hormon Faktor pelepas kortikotropin Faktor pelepas gonadotropin Faktor pelepas tairotropin Faktor pelepas hormon pertumbuhan Tairotropin Leutinasi Peransang folikel Vasopresin Oksitoksin Tairoksin Insulin Glukagon Epinephrin norepinephrin Adrenokortitropik Glukokortikoid Mineralokortikoid Estrogen androgen

Jadual 2: Klasifikasi hormon Atau kepada 3 kumpulan mengikut struktur asasnya (Jadual 3) Kumpulan steroid

Hormon Adrenokortitropik Glukokortikoid mineralokortikoid, estrogen, androgen

Peptida

Faktor pelepas kortikotropin Faktor pelepas gonadotropin Faktor pelepas tairotropin Faktor pelepas hormon pertumbuhan

46

Tairotropin Leutinasi Peransang folikel Vasopresin Oksitoksin Insulin Glukagon Terbitan asid amino

Epinephrin norepinephrin Tairoksin

Jadual 3 Klasifikasi hoprmon Seterusnya kita perlu melihat beberapa contoh struktur bagai setiap kumpulan.

1.3.1 Steroid Kumpulan ini mengasakan strukturnya daripada moleuk steroid. Steroid yang b paling dikenali ialah kolesterol. Oleh itu jangan memikirkan kolesterol sebagai satu seabtian jahat. Ia mempunyai banyak fungsi penting dalam badan, dan prekursor hormon ialah salah satu peranan penmtingnya. Anda perlu mengetahui struktur kolesterol sahaja. Struktur lain adalah untuk makluman. Anda perlu mengetahui hormon yang berasakan struktur kolesterol. Satu sub-kumpulan hormon steroid ialah hormon seks. Ia terbahagi kepada seks hormon lelaki (androgen, nama umumnya) dan hormon seks wanita (estrogen)

47

48

Rajah 3: Hormon steroid

Androgen Estrogen

Testosterone Estradil, progesterone

Jadual 4: Kumpulan hormon seks

1.3.2 Peptida

Rajah 3: Contoh hormon peptida (insulin) Hormon ini diasaskan oleh peptida pendek.Contoh yang paling dikenali ialah insulin, hormon yang mengawal tahap glukosa dalam darah.

49

1.3.3 Terbitan asid Amino

Rajah 4: Struktur hormon terbitan asid amino (epinephrin) Hormon ini merupakan sekumpulan hormon yang penting diwakili oleh hormon epinephrin atau adrenalin. Epinephrin bertindak melalui satu proses yang bertali bermula dengan berkomplek dengan reseptor dipermukaan membran hinggalah kepada hidrolisis glikogen dalam sel. Tairoksin juga bermula dengan asid amino, dan mempunyai fungsi yang berkaitan dengan pengawalan kadar metabolisme.

1.4

Cara hormon bertindak

1.4.1 Hormon dan ciri pengawalan : Sistem endokrin mempunyai 2 ciri utama. •

Sistem kawalan yang perlahan Berbanding dengan sistem saraf, sistem endokrin adalah perlahan dari segi kesannya. Hormon yang dirembes oleh sesuatu kelenjar akan dibawa oleh darah ke sel sasaran. Setrusnya hormon akan mengaktifkan proses yang akan membawa kesan yang dikehendaki. Enzim bertindak lebih cepat dari hormon memandangkan enzim bertindak ke atas sesuatu tindak balas yang spesifik.



dan amplifikasi Memang hormon mempunyai spesifisiti dari segi tindakan. Hormon mempunyai reseptor yang khusus pada sel sasaran. Dengan itu sesuatu hormon akan dapat membawa kesan yang dikehendakai pada sel sasaran. Enzim pula spesifisik kepda substrat yang khusus. Di samping itu hormon mempunyai kesan amplifikasi. Enzim dapat mepercepatkan kadar tindak balas. Hormon pula dapat melipatkan ganda kesannya.

1.4.2 Hormon larut air Hormon larut air tidak melangkaui membran. Ia akan melekat pada reseptor protein pada membran. Biasanya pergabungan hormon dan reseptor ini mengaktifkan penyampai kedua, yang seterusnya mengaktifkan protein yang sedia ada dalam sitoplasma. Protein yang aktif akan dapat benfungsi sebagai enzim memangkin sesuatu tindak balas.

50

1.4.3 Hormon tak larut air Hormon steroid boleh melampaui membran plasma and bertindak dalam 2 langkah. Di dalam sel, hormon akan melekat kepada reseptor pada membran dan menghasilkan kompleks hormon-reseptor yang aktif. Kompleks ini akan masuk ke dalam sel dan bergabung dengan DNA seterusnya merangsang gen yang tertentu, Kesannya ialah penambahan penghasilan protein yang khusus yang akan mempengaruhi sesuatu tindak balas.

1.5

Hormon dan tindakannya

Hormon Hormon pertumbuhan (GH)

Faktor pelepas kortikotropin Faktor pelepas gonadotropin Faktor pelepas tairotropin Faktor pelepas hormon pertumbuhan Tairotropin Peransang folikel

leutinasi prolaktin Adrenokortitropik

Vasopresin oksitoksin tairoksin kortisol

progesteron testosteron estradiol

tindakan (GH ) penting dalam pertumbuhan. Pertumbuah sel, sulfasi tulang. Kekurangan GH menyebabkan kekerdilan menakala GH yang berlebihan akan menyebabkan kegergasian. Melepaskan kortikotropin Melepaskan gonadotropin (leutinasi, peransang folikel) Melepaskan tairotropin Melepaskan hormon pertumbuhan Melepaskan tairoksin Meningkatkan protein dalam sperma, meransang penuan ovum, hasilkan estradiol Sintesis dan pembebasan testosteron, progesteron Meransang penghasilan susu Tingkat sintesis dan penghasilan kortisol

Keseimbangan air dan garam Pengeluaran susus Peransang oksidasi dalam banyak sel Adaptasi kepada tekanan dalam sel, peningkatan glikogen dalam hati, kenaikan tekanan darah Pembahagian galn mamari, penyediaan endometrium uterus untuk implantasi Penghasilan protein untuk sperma, ciri kelakian Kawal perembesan gonadotropin,

51

penyelenggaraan kitaran ovari, penyediaan endometrium uterus Pengambilan ion natrium, tekanan naik darah, isipadu cecair meningkat Pengaktif cAMP, tingkat gula dal;am darah penggunaan glukosa oleh sel, ransang sintesis glikogen (hati), tingkat glukosa dalam darah ransang otot mengambil asid amino dari darah untuk sintesis protein. ransang sintesis lemak Meningkatan penggunaan glukosa oleh sel , kurang glukosa dalam darah

aldosteron Epinephrin, Insulin

glukagon

Jadual 5: Hormon dan peranannya

1.6

Pemesan kimia yang lain.

Interferon ialah sejenis proteins dibebaskan oleh sel yang diserang oleh virus. Mengyebabkan sel berjiran menghasilkan protein antivirus yang boleh memusnahkan virus itu Prostaglandin ialah sejenis asid lemak yang bertindak seumpama hormon . Prostaglandin mempunyai fungsi yang berbeza bergantung dengan jenisnya. Ada prostaglandin . yang berperanan dalam pengecutan uterus , ada yang terlibat sebagai ‘vasodilator’ yakni sebagai pengembang pembuluh darah dan sebagainya. Pheromon ialah signal kimia antara organsima. Digunakan untuk menanda kawasan, mencari pasangan dan komunikasi.

Aktivit 1.6 1.

Soalan objektif a.

Kenyataan berikut adalah benar bagi hormon kecuali

A. B. C. D. E.

hormon hanya berasaskan protein hormon dikeluarkan oleh kelenjar yang khusus hormon boleh mengawal kadar metabolisme hormon mempunyai jangkahayat yang pendek hormon boleh mengesani lebih daripada satu tindak balas

52

2.

2.0

b.

Hormon yang mengawal tahap glukosa dalam darah ialah

A. B C. D. E.

insulin cAMP tripsin tairoksin glukosin

Soalan subjektif a.

Bandingkan cara tindakbalas enzim dan hormon

b.

Nyatakan kelenjar yang merembes hormon steroid dan nyatakan namanama hormon berkenaan.

Hormon tumbuhan

Terdapat 5 klas hormon tumbuhan

Kumpulan Auksin

Gibberellin

Contoh Indole Acetic Acid (IA). Dihasilkan dalam batang, tunas dan hujung akar Asic gibberellik

Cytokinins

Zeatin

Abscisic Acid

Asid absisik

Ethylene

Peranan menggalakkan pertumbuhan batang, rencat pertumbuhan tunas lateral (maintains apical dominance).

menggalak pemanjangan batang menggalak pembahagian sel. Diterbitkan dari bahagian pertumbuhan seperti meristem dipenghujung pucuk Acid menggalakkan dormancy bijian dengan merencat pertumbuhan sel. Ia juga terlibat dalam pembukaan dan penutupan stomata semasa daun mula layu dihasilkan oleh buah masak. Ethilena digunakan untuk kemasakan buah pada masa yang sama. Jika disembur di ladang, buah akan masak pada masa yang sama.

Jadual 6: Hormon tumbuhan dan fungsinya

53

Auksin

Asid indol asitat Gibberelin

Asid gibberelik Asid abscisik

Cytokinins

54

Ethylene H2C=CH2

Rajah 5: Contoh struktur hormon tumbuhan

Aktiviti 1.7 1.

Soalan objektif Auksin mempunyai peranan A. B. C. D. E.

2.

ransang pertumbuhan pucuk utama ransang pertumbuhan akar rencat percambahan biji benih dan pertumbuhan pucuk ransang pertumbuhan dan pembahagian pelbagai tisu rencat pertumbuhan akar sisi

Soalan subjektif Senaraikan kumpulan hormon tumbuhan. Beri satu contoh setiap satu dan nyatakan fungsinya.

Glosari Perkataan Aktiviti Angkatap Michaelis Apoenzim eksothermik endothermik Enzim

Makna/takrifan Kadar tindak balas enzim Km, parameter kinetik enzim yagn menberi gambaran keafinan substrat terhadap sesuatu enzim Apa yang tertinggal bila kofaktor diasingkan daripada enzim Tindak balas yang mengeluarkan tenaga Tindak balas yang mengabil tenaga Pemangkin biologi 55

enzim induktif enzim konstitutif Enzimologi Hal laju Haloenzim Hormon Interferon

Keaktifan Koenzim Kofaktor metabolsime Nama am Nama sistematik Pheromon Prostaglandin Produk Prosthetik Ribozim Substrat Tenaga aktivasi tenaga dalaman Vitamin

Enzim yang dihasilkan dibawah kesan aruhan Enzim yang sentiasa ada dalam sel Kajian enzim Aktiviti enzim Kompleks aktif enzim-kofaktor Sebatian yang dirembes kelenjar untuk mengawal metabolisme atau tindakan fisiologi sejenis proteins yang dibebaskan oleh sel yang diserang oleh virus, yang kemudiannya mengaktifkan proses penghapusan virus penyerang Aktiviti enzim Sebatain organik yang diperlui setengah enzim untuk fungsi pemangkinan Sebatain inorganik yang diperlui setengah enzim untuk fungsi pemangkinan Tindak balas kimia yang berlaku dalam sel, biasanya bersambung-sambung. Nama enzim mengikut yang diberi oleh penyelidik Nama enzim mengikut sistem yang dikemukakan oleh Suruhanjaya Enzim Sejnis bahan kimia yang boleh dikesani antara organisme sebagai sesuatu signal Sebatain yang bertindak seperti hormon tetapi mempunyai sel sasaran yang lebih dekat dengan sel perembes Hasil tindak balas Kofaktor atau koenzim Enzim dari ribonuklease Bahan yang ditindak balas Tenaga yang diperlukan untuk mencapai keadaan transisi dalam tindak balas Tenaga dalam sebatian Prekursor koenzim

Abs Apr 00 Kemaskini 3 Sep 00

56

UNIT Biodata penulis Nama penulis: Abu Bakar Salleh No telefon: 03 89486101 samb 3635 Faks: 03 8943 0913 E-mail: [email protected] (Pelajar digalakkan mengguna kaedah ini untuk berhubung dengan penulis)

Jangkamasa belajar Mengikut sinopsis kursus, unit memerlukan 6 kuliah. Anda disarankan meluangkan sekurang-kurangnya 3 jam bagi setiap jam kuliah bagi mengulangkaji.

Cara belajar Kursus ini menekankan pengenalan nama dan struktur. Struktur yang perlu diketahui mungkin spesifik bagi sesuatu molekul, tetapi biasanya anda perlu mengetahui struktur am bagi sesuatu kumpulan. Seterusnya anda dikehendaki mengetahui peranan molekul berkenaan, dan fungsi molekul selalunya dikaitkan dengan struktur dan komposisi kimia molekul. Selain daripada membaca isi kandunganmodul ini, anda disarankan mendapatkan sebuah buku teks yang tersenarai dalam nodul ini. Walaupun begitu pemahaman dan penghayatan biokimia tidak mungkin didapati hnya melalui membaca. Anda perlu menulis dan melakar semula nota dan struktur supaya ianya terpahat dalam minda. Aktiviti yang disediakan akan dapat membantu anda membuat ulangkaji. Sila hantar jawapan kepada soalan dan permasalahan kepada penulis unit ini. Sila catatkan nombor unit , aktiviti dan soalan dalam komunikasi anda. Saya akan dapat mengekstrak fail anda jika anda mengguna Window 98/Word 2000 atau edisi yang sebelumnya. Timbal balas akan dilakukan dalam masa 3 hari selepas menerima mesej kecuali penulis tidak dapat ke pejabat dalam masa itu.

57

LIPID Pengenalan Dalam unit ini kita akan mempelajari tentang satu lagi kumpulan biomolekul. Lipid ialah satu satu kumpulan yang sangat besar dan luas. Ia termasul kolesterol, hormon, dan juga lemak dan minyak yang kita makan. Lipid seumpama hidrokarbon , dan tidak larut dalam air, tetapi boleh larut dalam pelarut bukan polar seperti eter dan benzena. Sungguh pun kita selalu mendengar tentang keburukan lipid, terutama ke atas kesihatan, pandangan ini adalah pandangan berat sebelah, yang digembar-gemburkan tanpa memahami peranan lipid dalam alam biologi. Lipid penting untuk sesuatu sel hidupan, kerana ia merupakan salah satu biomolekul yang mempunya multi-fungsi dalam sel. Oleh itu di peringkat ini kita akan cuba mengenali lipid dengan lebih telit dan seterusnya melihat peranan biomolekul ini dalam sel hidupan.

Tajuk-tajuk 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Pengenalan kepada lipid Fungsi biologi utama Asid lemak Trigliserida Fosfolipid Sfingolipid Lipid terbitan Membran

Objektif Pembelajaran 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

1.

Mengenal ciri umum dan fungsi lipid Mengetahui klasifikasi lipid Mengenali ciri dan tindakbalas asid lemak Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas trigliserida Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas fosfolipid Mengenali dan memahami ciri dan tindak balas steroid dan lipid terbitan Mengenali dan memahami ciri struktur membran

Pengenalan kepada lipid

Bahagian ini akan memberi penerangan secara menyeluruh tentang lipid. Setelah mengenali ciri umum lipid, kita kaan melihat kumpulan-kumpulan lipid dengan lebih terperinci.

58





Lipid boleh ditakrifkan sebagai sebatian tidak larut air. Ia mudah larut dalam pelarut organik (bukan polar). Ini ciri utama sebatian lipid yang membezakannya dengan biomolekul utama lain seperti karbohidrat dan protein. Umumnya lipid mempunyai ciri amfifatik. Struktur lipid mempunyai 2 bahagian iaitu bahagian hidrofilik dan hidrofobik (Rajah 1) . Bahagian hidrofilik terhasil kerana terdapat kumpulan bercas dalam molekul lipid sementara bahagian hidrofobik pula disebabkan oleh kumpulan panjang (besar) hidrokarbon. Bahagian hidrofobik merupakan bahagian terbesar sebatian lipid, oleh itu memberi ialah ciri ketak larutan dalam air. Kepala hidrofobik

Ekor hidrofilik Rajah 1. Gambarajah contoh struktur lipid yang mempamerkan bahagian hidrofilik dan hidrofobik •

Oleh kerana sifat tak larut air, dan juga kehadiran bahagian hidrofilik dan hidrofobik dalam struktur lipid, kita akan dapat menyaksikan fenomina dimana lipid akan berada dalam bentuk yang tertentu dalam air. Sebolehnya bahagian hidrofilik akan terdedah kepada air sementara bahagin hidrofobik pula

selapis (monolayer)

59

dua lapis (bilayer)

misel

Rajah 2: Pengaturan molekul lipid dalam air

1.1

Fungsi biologi utama

Lipid mempunyai pelbagai peranan penting dalam sel hidupan. Di antaranya ialah • bahan bakar metabolisme Selepas karbohidrat, lipid merupakan bahan bakar yang utama dalam metabolisme sel. Sebenarnya lipid mempunyai kandungan tenaga yang lebih tinggi dari klarbohidrat, berasaskan berat yang sama. • stor tenaga haiwan Haiwan pula berupaya menyimpan lipid dalam sel. Lipid disimpan dalam sel adipos dalam bentuk trigliserida. Haiwan empunyai sistem pengawalan yang rapi dalam mobilisasi lipid. Lipid juga tersimpan dalam sumber lain seperti kuning telur dan bijirin. • bahan struktur Lipid juga merupakan bahan struktur penting dalam sel. Membran sel mempunyai dua lapisan fosfolipid, Disampong itu terdapat juga lipid lain seperti sfingolipid dan sterol dan dalam membran. •

sebahagian vitamin dan hormon

60

Lipid juga merupakan sebahagian komponen vitamin dan hormon. Vitamin seperti vitamin D, E dan K yang berasakan lipid, tidak larut air. Sementara itu hormon yang berasaskan steroid termasuklah hormon seks dan korikosteroid. Hormon ini juga tidak larut air. • molekul penyampai maklumat(signal) Lipid juga merupakan komponen sel saraf. Lipid dari kumpulan sfingomailin mejadi penyalut sel saraf. Sementara serebrosida merupakan komponen lipid utama dalam otak dan sel saraf. • lipid peransang -tidur Fungsi ini baru ditemui. Ada sebatian lipid tertentu yang dapat membuat kita mengantuk! Adakah ini sebabnya kita mengantuk jika makan berlebihan?

1.2

Klasifikasi lipid

Lipid boleh diklaskan kepada 2 kumpulan iaitu sebagai lipid yang boleh dan tak boleh disaponifikasi. Lipid yang boleh disaponifikasikan

Tidak boleh disaponifikasikan

asid lemak trigliserida fosfolipid sfingolipid Waks

steroid lipid terbitan

Jadual 1. Klasifikasi lipid Aktiviti 1.1 1.

Soalan objektif

Lipid ditakrifkan sebagai sebatian yang A. B C. D. E. 2.

banyak lemak larut air larut pelarut organik asid lemak gliserol

Soalan subjektif

Terangkan bagaimana lipid boleh membentuk ‘miscelle’

61

1.3

Asid lemak

Asid lemak boleh dilihat sebagai asid karboksilik dan merupakan komponenen utama trigliserida. Biasanya ia mempunyai satu kumpulan karboksil dalam rantaian yang mempunyai bilangan karbon yang genap. Kumpulan karboksil akan mempunyai cas negatif, dengan itu memberi ciri kepolaran pada molekul asid lemak. Kebanyakan asid lemak tidak bercabang. Rantai hidrokarbon yang panjang membuatnya tidak polar. Lipid dari tumbuhan selalu berbentuk cecair pada suhu bilik tetapi lipid haiwan biasanya berbentuk pepejal. . Ini adalah disebabkan banyak asid lemak yang terdapat dalam tumbuhan mempunyai ikatan ganda dua (tak tepu). Saya senaraikan semula ciri-ciri umum asid lemak • tidak dijumpai dalam bentuk bebas • terdapat dalam trigliserida • terdapat dalam fosfolipid • Bilangan karbon genap • tidak bercabang

1.3.1 Fungsi asid lemak Asid lemak merupakan satu kumpulan sebatian utama lipid. Ia merupakan komponen kepada lipid dari kumpulan lain, seperti trigliseridan dan fosfolipid. Oleh itu asid lemak tersebar luas dalam sel hidupan. Paling penting ialah asid lemak merupakan bahan bakar metabolisme bagi menghasilkan tenaga. Lipid yang mengandunggi asid lemak samada datangnya daripada makanan atau tersimpan dalam sel, akan dihidroliskan bagi membebas asid lemak. Asid lemak ini akan dioksidkan dalam proses metabolisme bagi menghasilkan tenaga.

1.3.1 Struktur asas asid lemak Struktur asid lemak dibahagikan kepada 2 bahagian. Bahagian kepalanya dipanggil karboksil dan bahagian ekornya dipanggil alkil. Kumpulan alkil merupakan rantai panjang karbon.

H H | | H- C - C | | H H Hujung alkil

H H H H H H | | | | | | C-C-C-C-C -C| | | | | | H H H H H H

C - OH || O hujung karboksil

Rajah 3 : Struktur formula asid lemak (asid laurik)

62

Kumpulan karboksil boleh diionasi dalam keadaan tertentu menghasilkan ion asil yang bercas negative

H H | | H- C - C | | H H Kumpulan asil

H H H H H H | | | | | | C-C-C-C-C -C| | | | | | H H H H H H

C - O|| O

+ H+

ion hidrogen

Rajah 4 : Struktur formula asid lemak (asid laurik) yang terionasasi Pengiraan nombor karbon dibuat dari karbon kumpulan karboksil

1.3.3. Nilai asid Keasidan asid lemak boleh digunakan sebagai satu parameter pencirian sampel lipid. Jika sesuatu sampel lipid mempunyai nilai asid yang tinggi, ini bermakna sampel ini mengandungi asid lemak bebas yang tinggi. 1.3.4 Jenis asid lemak Nama dan struktur asid lemak utama disenaraikan di dalam Jadual 2. Sungguh pun seperti Rajah 3 dalam kimia organik, seri homologous bagi struktur ini, bermula dengan asid formik, dimana kumpulan asilnya hanya lah satu atom hidrogen, siri ini ditakrif sebagai asid lemak, hanya bila bilangan karbonnya ialah lapan atau lebih.

Tepu Asid lemak

No karbon

Struktur

Miristik Palmitik Stearik Tak tepu palmitoleik

14 16 18

CH3(CH2)12COOH CH3(CH2)14COOH CH3(CH2)16COOH

Titik lebur(°C) 54 63 70

16:1∆9

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH

-0.5

Oleik Linoleik

18:1∆9 18:2∆9, 12

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7 COOH

4 -5

63

Linolenik

18:3∆9, 12, 15

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH= CH(CH2)7COOH

-11

arachidonik

18:4∆5,8,11, 14

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH= CHCH2CH=CH (CH2)3COOH

-45

Jadual 2: Asid lemak utama

Rajah 5. Struktur asid arakidonik

1.3.5 Asid lemak tepu dan tak tepu Jika diteliti Jadual 2, asid lemak disenaraikan kedalam 2 kumpulan iaitu asid lemak tepu dan asid lemak tak tepu. Asid lemak tepu ialah asid lemak dimana semua (keempatempat) ikatan yang ada pada atom karbon rantai alkil, disambung kepada atom yang berlainan. Walhal bagi asid lemak tak tepu terdapat atom karbon yang mengguna 2 ikatan untuk bergabung dengan satu karbon yang lain. Ikatan ini dipanggil ikatan ganda dua atau dubel. Bilangan ikatan ganda dua berbeza bagi jenis-jenis asid lemak tak tepu. Kehadiran ikatan ganda 2 menjadi satu lagi parameter pencirian lipid. Nilai iodin atau pun nilai permanganat bolehmemberi maklumat tentang kuantiti asid lemak tak tepu yang terdapat di dalam sesuatu sampel lipid. Iodin yang bewarna kuning akan bertindak dengan ikatan ganda 2, dan iodin akan kehilangan warna. Kalium permanganat, yang mempunyai warna jingga merupakan agen pengoksidan yang kuat juga akan kehilangan warna bila bertindak balas dengan ikatan ganda 2.

| | - C = C- + I2

| | - C - C| | I I

64

| | - C = C- +

| | - C - C-

MnO4-

Rajah 5: Penentuan ke taktepuan lipid

1.3.6 Hidrogenasi Satu lagi tindak balas ke atas ikatan ganda dua ialah dehidrogenasi. Asid lemak tidak tepu biasa berbentuk cecair (minyak). Jika ikatan ganda dua ini diturnkan , minyak bertukar menjadi lemak pepejal. Marjerin dihasilkan melalui hidrogenasi separa minyak tumbuhan. Satu lagi perkara yang perlu diketahui, ialah minyak tumbuhan biasanya mengandungi isomer cis pada ikatan ganda dua asid lemak. Proses hidrogenasi menghasilkan campuran cis dan trans. Kesan isomer trans keatas kesihatan manusia masih lagi dalam kajian.

H H | | - C = C- +

H H | | - C - C| | H H

2H+

Rajah 6: Hidrogenasi ikatan ganda dua

1.3.7 Asid lemak perlu Mamalia tidak dapat menghasilkan ikatan ganda dua selepas karbon 9 asid lemak. Oleh itu linoleat (2 ikatan ganda 2, lihat Jadual 2) dan linolenat (3 ikatan ganda dua) mesti dimasukkan ke dalam diet mamalia. Asid lemak ini dipanggil asid lemak perlu. Asid arakidonik ialah satu lagi asid lemak perlu. Sungguh pun haiwan didapati dapat mensintesiskan asid arakidonik dari asid linoleik, tetapi kuantitatinya tidak memenuhi keperluan badan.

Aktiviti 1.2 1.

Soalan objektif

65

Asid lemak tak tepu boleh ditentukan melalui ujian A. B C. D. E. 2.

nilai asid iodan saponifikasi lemak kolesterol

Soalan subjektif

Mengapa asid lemak bersifat amfifilik? 3.

1.4

Cuba lukis struktur asid oleik seperti dalam rajah asid laurik (Rajah 3). Tandakan nombor karbon bagi setiap atom karbon. Dimanakah letaknya ikatan ganda dua dalam struktur ini?

Trigliserida

Lemak dan minyak yang kita makan kebanyakannya ialah trigliserida. Trigliserida mengandungi bahan bakar untuk mengeluarkan tenaga. Trigliserida juga merupakan lipid simpanan mamalia. Trigliserida atau triasilgliserol merupakan ester gliserol dan asid lemak, ketiga atom gliserol boleh digabung dengan asid lemak yang serupa atau berlainan melalui ikatan OH H | H - C - OH | H - C - OH | H - C - OH | H H O | || H - C – O- C - R1 | | O H - C - O- C - R2 | H - C - O- C - R 3 H || O

Rajah 7. Struktur gliserol

Rajah 8. Struktur am trigliserida. Kumpulan R boleh dari satu asid lemak atau berlainan.

66

H | H - C – O| | H - C - O| H - C - OH

O || C - R1 O C - R2

H | H - C – OH | H - C - OH | H - C - OH | H

+ H2O

C -R3 || O

R1 -COOH + R2 -COOH R3 -COOH

Rajah 9. Hidrolisis trigliserida

1.4.1 Hidrolisis bes Pada dasarnya trigliserida boleh dihidroliskan kepada komponennya iaitu gliserol dan asid lemak (Rajah 9). Dalam sel hidupan tindakbalas ini dilakukan dengan bantuan enzim lipase. Hidrolisis boleh juga dilakukan dengan bes. Jika proses ini dilakukan dengan bes yang mencukupi hasilnya ialah gliserol dan garam asid lemak atau sabun. Proses ini dipanggil saponifikasi. Nilai saponifikasi akan memberi maklumat tentang kuantiti ikatan ester yang terdapat dalam sesuatu sampel lipid.

H | H - C – O| | H - C - O| H - C - OH

O || C - R1 O C - R2 C -R3 || O

+ 3NaOH

H | H - C – OH | H - C - OH | H - C - OH | H Gliserol

67

R1 –COO- Na+ + R2 -COO- Na+ R3 -COO- Na+ Sabun

Rajah 10. Saponifikasi trigliserida

1.4.2 Penghasilan akrolein Jika dipanaskan pada suhu yang tinggi, lemak akan dihidroliskan. Gliserol yang terhasil akan menjadi akrolein. Wap akrolein menyakitkan hidung dan mata. Bauan terbakar yang terhidu bila lemak terbakar adalah disebabkan oleh akrolein. Akrolein juga boleh menyebabkan sakit perut kerana tidak disenangi oleh usus.

H | H - C - OH | H - C - OH | H - C - OH | H

H | C=O | H-C || C H2

haba

akrolein

. Rajah 11. Penghasilan akrolein

1.4.3 Ransiditi Lemak dan minyak akan menghasilkan bauan dan rasa yang kurang disenangi yang kemudiannya dipanggil ransid. Ransiditi disebabkan oleh hidrolisis dan pengoksidaan. Hidrolisis mungkin di sebabkan oleh enzim daripada mikrob yang mengeluarkan asid butirik (C4) yang memberi bauan ransid. Sementara pengoksidan berlaku keatas asid lemak tak tepu yang menghasilkan asid rantai pendek dan aldehid. Produk ini memberi bauan dan rasa yang tidak disukai. Antioksidan dapat melambatkan proses pengoksidanan.

Aktiviti 1.3 1.

Soalan objektif

Ujian saponifikasi yang dilakukan terhadap suatu sampel sebatian lipid adalah bertujuan untuk menganggar :

68

A. B. C. D. E.

bilangan ikatan dubel (C=C) dalam rantai asil yang ada jumlah atom karbon dalam rantaian-rantaian asil bilangan kumpulan ester dalam sampel lipid kandungan monogliserida, digliserida dan trigliserida kandungan asid lemak

2. Lukiskan struktur trigliserida yang mengandungi asid palmitik pada karbon 1 dan 3 dn asid oleik pad karbon 2 3.

Soalan subjektif

a. Rajahkan tindakbalas saponifikasi yang lengkap b. Apakah yang membezakan antara sebatian yang boleh dan tidak boleh disaponifikasi. 4. Hidrolisis trigliserida tidak semestinya sampai kepenghujungnya. Lukiskan struktur produk-produk hidrolisis separa.

1.5

Fosfolipid

Fosfolipid merupakan komponen utama membran sel. Struktur fosfolipid menyerupai trigliserida. Gliserol bergabung dengan asid lemak pada C #1 dan 2. Sementara pada C #3 ia akan bergabung dengan kumpulan fosfat. Jika C #1 dan 2. Tidak terikat pada asid lemak, kita akan mendapat satu sebatian yang dipanggil asid fosfatidik (PA). Kumpulan fosfat akan menjadi jambatan menyambungkan gliserol dengan satu lagi kumpulan yang kita akan panggil X. Sebatian X tersenarai dalam Jadual 3. Nama fosfolipid bergantung kepada kumpulan X yang terikat kepada fosfat.Ikatan antara fosfat dan gliserol dan juga fosfat dengan seabatian X dipanggil ikatan fosfoester.

X

69

Asid lemak

Rajah 12. Struktur umum fosfolipid

Bahagian fosfat dan X dipanggil bahagian kepala dan boleh memberi ciri hidrofilik kepada fosfolipid kerana mempunyai cas pada keadaan tertentu. Sementara bahagian asid lemak akan menjadi ekor hidrofobik.

Nama fosfotidilkolin PC fosfotidilserin PS fosfotidiletanolamin PE fosfotidilinositol PI fosfotidilgliserol

Kumpulan X Kolin Serin Etanolamin Inosstol gliserol

Jadual 3. Jenis fosfolipid

70

asid fosfotidik PA

fosfotidilkolin PC

fosfotidilserin PS

71

fosfotidiletanolamin PE

fosfotidilinositol PI

fosfotidilgliserol

Rajah 13. Struktur jenis-jensis fosfolipid

72

1.6

Sfingolipid

sfingosin

Rajah 14. Struktur asas sfingolipid Asid lemak Ikatan peptida

N-asilsfingosin

Rajah 15. Struktur seramida Dalam sfingolipid, sfingosin mengganti gliserol sebagai tulang belakang molekul. Seramida mempunyai asid lemak diikat dengan ikatan ikatan amida pada sfingosin.

1.6.1 Sfingomailin Sfingomailin merupakan seramida dengan hidroksil di penghujung digabung dengan kolin melalui ikatan fosfodiester. Terdapat banyak sfingomailin dalam otak dan tisu saraf

1.6.2 Serebrosida Bagi serebrosida, penghujung seramida digabung dengan karbohidrat melalui ikatan glikosidik. Biasanya gula glukosa atau galaktosa. Sebatian ini turut didapati dengan banyak dalam otak dan tisu saraf. Ia menjadi sebahagian dari sarung mailin, yang melindungi sel saraf.

73

1.6.3 Gangliosida Gangliosida merupakansfingolipid yang paling komplek. Penghujung seramida bergabung dengan oligosakarida termasuk asid sialik (asid N-asetilneuraminik dan terbitannya). Lebih 60 jenis diketahui. Ia berperanan sebagai komponen permukaan membran dan menjadi sebahagian besar lipid dalam otak (6%).

Aktiviti 1.4 1.

Soalan objektif

Penguraian lengkap satu mole sebatian lesitin (lecithin) menghasilkan : A.

1 mole kolin, 1 mole gliserol, 1 mole asid fosforik dan 2 mole asid lemak B. 1 mole gliserol, 1 mole asid fosforik dan 3 mole asid lemak C. 1 mole kolin, 1 mole sfingosin dan 2 mole asid lemak D. 1 mole kolin , 1 mole monogliserida dan 1 mole digliserida E. tiada jawapan yang betul

2. Soalan subjektif Lukiskan gambarajah molekul fosfotidik dan tanda bahagian hidrofobik dan hidrofiliknya 3.

Bezakan sfingosin dan seramida

1.7

Waks

Waks ialah ester asid lemak rantai panjang dan alkohol rantai panjang. Dalam alam biologi waks berfungsi sebagai penyalut dan pelindung bahagian luar organsime. Kita boleh lihat pernanan permukaan daun, buahan, bulu atau dipermukaan kulit serangga. Waks mempunyai ciri tidak larut, fleksible dan tidak reaktif, yang menjadikannya sesuai sebagai bahan pelindung. Waks sudah memdapat tempat dalam kegunaan komersial melalui pembuatan lilin, kosmetik, pengilat kereta dan sebagai emulsifier minyak motor dan sebagainya.

Aktiviti 1.5 Cuba anda lakarkan struktur oleol oleat, iaitu gabungan oleol alkohol dan asid oleik

74

1.8

Steroid

Steroid termasuk kedalam kumpulan lipid yang tidak boleh disaponifikasi. Strukturnya berasaskan 4 gelang yang bercantum, iaitu 3 gelang sikloheksana dan satu gelang siklopentana (Rajah 16)

Rajah 16. Struktur steroid

Kumplan steroid ini mengandungi beberapa jenis vitamin, hormon, dadah, racun dan asid 'bile'. Steroid alkohol, kadangkala disebut sebagai sterol diwakili oleh kolesterol. Terdapat beberapa sebatain terbitan sterol yang . mempunyai perana khusus dalam sel. Kolesterol juga merupakan komponen membran sel. Koleserol boleh disintesis oleh mammalia (dalam hati). Kolesterol berkitar dalam darah dalam beberapa bentuk. Di antaranya ialah lipoprotein ketumpatan rendah (LDL). Ketinggian kepekatan LDL

75

Rajah 17. Struktur kolesterol membawa risiko 'arthescleorosis’ yang boleh menyebabkan darah tinggi.

1.9

Lipid terbitan

Rajah 18. Struktur isoprena

1.9.1 Terpena Isoprena (Rajah 18) merupakan prekursor terpena dan steroid, yang digulungkan sebagai lipid kompleks. Terpena ialah gabungan 2 unit isoprena. Terdapat pelbagai sebatian biologi penting yang berasaskan unit terpena. Unit isoprena juga boleh menyumbang sebagai unit monomer polimer.

Terpena Limonena (monterpena) Snatonin (sesquiterpena) Giberrelik (diterpena) Friedelin (triterpena) Laikopena(tetraterpena) Polisoprena Steroid Lateks getah Gutta percha β-karotina

Fungsi Bauan dari buahan sitrus Hormon tumbuhan Pigem merah tomato Hormon, komponen membran Getah asli Getah sintetik Prekursor vitamin

Jadual 4. Sebatian berasaskan isoprena

1.9.2 Prostaglandin Prostaglandin termasuk dalam kelas lipid yang dipanggil eikosanoid. Lipis jenis ini mempunyai aktiviti menyerupai hormon pada kepekatan yang amat rendah. Berbeza daripada hormon, sebatian ini bertindak pada sel yang merembesnya. Di antara fungsi eikosanoid ialah mengawal fungsi reporduksi, pembekuan dan tekanan darah, generasi

76

imfalmasi, demam dan sakit berkaitan kecederaan dan penyakit dan pengawalan suhu dan kitaran tidur-jaga bagimanusia dan haiwan lain.

Rajah 19.

Struktur satu jenis prostaglandin

Eikosanoid terbahagi kepada 3 kelas iaitu prostaglandin, thromboksan dan leukotrien. Ketiga-tiga kumpulan sebatian diasaskan dari asid arakidonik, sejenis asid lemak pilitaktepu yang mengandungi 20 karbon. Prostaglandin (Rajah 19) mempunyai satu gelang 5 ahli dengan 2 rantai sisi, dan juga kumpulan berfungsi seperti hidroksil, karboksilik, keton dan iktan ganda dua antara karbon.

Aktiviti 1.6 1.

Soalan objektif

Satu unit isoprena mengandungi ______karbon A. B. C. D. E.

1 2 3 4 5

2. Soalan subjektif Nyata jenis-jenis terpena utama dan fungsinya

2.0

Membran

Semua sel biologi dikelilingi oleh membran plasma yang diasaskan oleh lipid dan protein. Bagi sel eukaryot, organel seperti nukleus, mitokondria dan kloroplas juga diselaputi sistem membran tersendiri. Disamping menjadi pelindung sel, membran mempunayi fungsi lain yang penting bagi sel dan organisma keseluruhannya.

77

2.0.1 Struktur asas Komponen asas membran. Mengandungi fosofolipid, sfingolipid, steroid dan protein. Asas struktur membran ialah dua lapisan lipid. (5 - 10nm tebal ). Struktur ini yang paling sesuai dalam air dan ianya agak stabil yang diikat melalui ikatan bukan kovalen dan interaksi hidrofobik. Lipid kususnya fosfolipid merupakan lipid utama membran tetapi kolesterol juga terdapat dalam lapisan membran (Rajah 5). Komposisi komponen membran juga berbeza mengikut sumber(Rajah 6).. Ciri membran seperti lengkok dan 'fluidity'asimetrik, bergantung pada suhu dan komposisinya. Fosfolipid Jumlah Sfingomailin Fosfotidilkolin Fosfotidiletanolamina Fosfotidilserina

Lapisan dalam 48 4 7 26 9

Lapisan luar 52 20 22 7 0

Jadual 5. Komposis fosfolipid membran (eritrosit)

Peratus berat Sumber membran Mailin Hati tikus Eritrosit manusia Daun jagung Escherichia coli

lipid 80 52 43 45 25

protein 18 45 49 47 75

Jadual 6. Komposisi lipid dan protein mengikut sumber (jika tidak cukup 100%,selebihnya ialah karbohidrat)

78

oligosakarida Kepala hidrofilik

glikolipid

Ekor hidrofobik Fosfolipid

kolesterol

Protein integral

Protein sisi

Rajah 20. Model ‘Singer’s Fluid Mosaic’

2.0.2 Model ‘Singer’s Fluid Mosaic’ Gambaran yang terbaik bagi struktur dan fungsi membran ilah model ‘fluid-mosaic’yang dikemukakan Singer dan Nicholson pada tahun 1972 (Rajah 20). Model ini menggambarkan struktur 2 laisan lipid dengan protein tersisip didalamnya. Model ini menganggapkanberlaku interaksi rapat antara lipid dan protein. Lipid dapat bergerak secara lateral dengan agak bebas memberi ciri ‘fluidity’. Protein terapung dengan pergerakan terhad pada lapisan lipid memberikannya bentuk mosaik. Keadaan ini juga memberi ciri ‘fluidity’ membran

2.0.3 Fungsi membran ciri Seperti yang telah disebut diawal bahagian ini, membran mempunyai fungsi melebihi peranannya sebagai pelindung sel dari pada kesan sekitaran. Disenaraikan beberapa fungsi utama membran • • •

Membran memberikan sel integriti struktur, bentuk dan sebagai pembungkus komponen sel Membran menjadi sel satu kompatmen terkawal bagi tindak balas biokimia. Dengan ini, dapat diatru dan dikawal. Membran bertindak sebagai penuras berpilih untuk kemasukan nutrien yang diperlukan sel dan juga pengeluaran hasil buangan tindak balas metabolisme.

79





Oleh itu membran mempunyai beberapa sitem pengangkutan pasif dan aktif bagi menjalankan proses ini. Sel juga berhubung dengan sekitarannya. Oleh itu pada membran (sebelah luar) terdapat reseptor yang mengenali molekul seperti hormon yang akan mengawal dan mengatur tondak balas biokimia dalam sel. Membran (khusus) juga mempunyai sistem pemindah tenaga. Tenaga yang dibebaskan melalui oksidasi karbohidrat dan lemak, dan teanga suria yang diperangkap melalui fotosintesis perlu dipindahkan dengan efisien dan teratur.

Aktiviti 1.7 1.

Soalan objektif

Kunci untuk soalan di bawah 1.

karbohidrat 2. kolesterol 3. sfingolipid 4. protein 5. fosfolipid . Sebatian berikut terdapat dalam mebran sel A.

2.

1, 2, 3 B. C. D. E.

2, 3, 4 2, 3, 5 2, 3, 4, 5 1, 2, 3, 4, 5

Soalan subjektif:

Bincangkan fungsi membran sel.

Glosari Perkataan adipos Amfifatik Asid lemak perlu emulsifier fosfoester fosfolipid Asid fosfatidik

Makna/takrifan Sel yang menyimpan lemak dalam mammalia Mempunyai kedua sifat hidrofobik dan hidrofilik Asid lemak yang tidak dapat disentesis dan peerlu diambil melaui makanan (manusia) Sebatian yang memounyai hujung berkhutub dan ekor hidrofobik yang dapat menstabil sistem pengampaian Ikatan O – O yang disambung oleh kumpulan fosfat Sejenis kumpulan lipid (bahagian ) Gliserol dengan karbon 1 dan 2 digabung dengan asid lemak

80

gangliosida hidrofobik hidrofilik hidrokarbon Ikatan ganda dua (dubel) kolesterol lipase Lipid Nilai asid Nilai iodin Nilai permanganat saponifikasi serebrosida sfingolipid steroid sterol trigliserida

sementara karbon 3 bergabung dengan fosfat Sejenis lipid terbitan yang banyak dalam sel saraf Benci air Cinta air Sebatian mengandungi hydrogen dan karbon sahaja Gabungan antara dua atom karbon dengan dua ikatan kovalen Lipid berasaskan steroid Enzim yang menghidroliskn ikatan ester terutama dalam trigliserida Kumpulan biomolekul yang tidak larut air Memberi ketentuan kuantiti asid lemak bebas dalam sesuatu sampel lipid Memberi ketentuan kuantiti ikatan berganda dua dalam sesuatu sampel lipid Memberi ketentuan kuantiti ikatan berganda dua dalam sesuatu sampel lipid Hidrolisis ester lipid oleh bes Sejenis lipid terbitan yang banyak dalam otak Sejenis kumpulan lipid (bahagian Sejenis lipid larut lemak Sejenis kumpulan lipid larut lemak Sejenis kumpulan lipid yang boleh disaponofikasi

Abs Apr 00 Kemaskini 3 Sep 00

81