kimia dalam kehidupan

A. UNSUR-UNSUR LOGAM DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Pada umumnya, logam-logam terkandung dalam batuan sebagai senyawa yang disebut mineral/ bijih logam, contoh : Hematit (Fe₂O₃), Bauksit (Al₂O₃.2H₂O), Kalkopirit (CuFeS₂).

Untuk memperoleh logam dari bijihnya/ mineral, dilakukan proses sebagai berikut :

1.      Pemekatan bijih

Yaitu pemisahan bijih logam dari batu-batuan lain yang tidak berguna

2.      Pemanggangan

Yaitu mengubah logam menjadi oksidanya.

3.      Reduksi

Yaitu mengambil logam dari oksidanya dengan cara mereduksi

4.      Pemurnian (Refining)

Logam yang diperoleh secara reduksi masih mengandung sedikit pengotor (belum murni), untuk itu perlu dilakukan pemurnian dengan berbagai cara : elektrolisis, destilasi, peleburan ulang, pemurnian zona

1.      BESI (Fe)

a.       Terdapat dalam bijih : Hematit (Fe₂O₃), Magnetit (Fe₃O₄), Siderit (FeCO₃), Pirit (FeS₂)

b.      Pengolahan :

Pengolahan besi melalui tahap pemanggangan (Untuk pengeringan dan mengubah bijih yang berupa karbonat dan sulfida menjadi oksida)

                              FeCO_{3 (s)}             FeO_(s) + CO_{2 (g)}

                              4 FeS_2(s) + 11O_{2 (g)}            2Fe₂O_{3 (s)} + 8 SO_{2 (g)}  

dan tahap peleburan (reduksi). Peleburan besi dilakukan dalam suatu Tanur tinggi yang disebut Tanur tiup.

Hasil yang diperoleh dari proses tersebut berupa :

¨    Besi tuang, diperoleh dengan cara mendinginkan besi kasar yang diperoleh dari tanur, dengan memasukkannya ke dalam cetakan yang tersedia, biasanya besi tuang ini masih mengandung 2-4 % C, sehingga besi bersifat keras tapi rapuh (digunakan sebagai pipa ledeng, radiator).

¨    Besi tempa diperoleh dengan cara mengurangi C sampai kadar karbonnya 0,02% (caranya besi dipanaskan sehingga karbonnya teroksidasi menjadi CO₂), sifatnya lebih lunak dari besi tuang, tetapi lebih kuat (digunakan sebagai peralatan seperti cangkul, golok, baut, mur).

¨    Baja, mengandung 0,02-2% C, sifatnya lebih keras dari besi tempa. Baja dibuat dengan menambah logam lain, seperti Ni, Cr, Mn, V, Mo, sesuai dengan baja yang diinginkan.

c.       Sifat sifat besi :

·      Besi murni adalah logam yang berwarna putih mengkilap dan relatif lunak

·      Cukup reaktif sehingga mudah terkorosi dalam udara lembab

·      Memiliki sifat logam dan mudah berkarat. Karat besi, Fe₂O₃.nH₂O sangat berpori dan selalu mengelupas. Oleh karena itu perkaratan besi akan berlanjut sampai tuntas (besinya habis).

d.      Kegunaan Besi dalam kehidupan sehari-hari :

v Bahan bangunan

Senyawanya : FeCl₃ . 6H₂O untuk pengecatan, Fe(OH)₃ sebagai bahan cat, FeSO₄ sebagai bahan pembuatan tinta dan dalam bidang kedokteran untuk menambah darah (sebagai zat besi), dll.

v    Besi Baja

Jenis-jenis baja :

-            Baja karbon, terutama terdiri dari besi dan karbon

-            Baja tahan karat (stainless steels), baja dengan kadar karbon rendah dan mengandung sekitar 14% kromium

-            Baja aliase, yaitu baja spesial yang mengandung unsur tertentu sesuai dengan sifat yang diinginkan

Contoh Baja Jenis Unsur Tambahan Sifat Kegunaan Baja mangan Baja Nikel Baja Crom-Vanadium Baja Stainless Baja Wolfram 0,4-0,9% C dan 11-14% Mn 25 % Ni 1-10% Cr dan    0,15 % V 0,2-0,4 % C, 14-18% Cr, dan     7-9% Ni 0,4 – 0,9 % C dan  5 % W Keras & kuat Kuat & tahan karat Kuat & tahan terhadap beban Tahan Karat Sangat keras Rel kereta api, lapis baja, kendaraan perang. Alat pengukur (meteran), kawat, persenjataan As kendaraan Alat-alat rumah tangga    dan industri Ujung alat pemotong

2.     ALUMINIUM (Al)

a.       Terdapat dalam bijih : Bauksit (Al₂O₃.2H₂O), Kriolit (Na₃AlF₆)

      b.   Pengolahan : melalui proses HALL, yaitu elektrolisis larutan bauksit dalam kryolit cair

      Pengolahan aluminium dari bauksit terdiri atas 2 tahap :

Ø  Pemurnian bauksit : untuk mendapatkan alumina murni

        -    bauksit + larutan NaOH. Aluminium oksida akan larut membentuk NaAl(OH)₄

                  Al₂O_3(s) +  2NaOH_(aq) + 3H₂O_(l)              2NaAl(OH)_{4 (aq)}

-          larutan disaring, kemudian filtrat yg mengandung NaAl(OH)₃ diasamkan dengan

mengalirkan gas karbondioksida. Aluminium mengendap sebagai Al(OH)₃

                        2NaAl(OH)_{4 (aq)} + CO_{2 (g)}            2Al(OH)_{3 (s)} + Na₂CO_{3 (aq)} + H₂O_(l)

-          Endapan Al(OH)₃ disaring dan dipanaskan sehingga diperoleh Al₂O₃ tak berair

           2Al(OH)_{3 (s)}         Al₂O_{3 (s)} + 3H₂O _(g)       

Ø  Peleburan atau reduksi alumina dengan elektrolisis

        Reaksi elektrolisis menguraikan Al₂O₃ menjadi aluminium (di katode) dan oksigen        (di anode).

                   2Al₂O_{3 (l)}            4Al_(l) + 3O_{2 (g)}

Aluminium yang terbentuk berupa zat cair dan berkumpul di dasar wadah. Kemudian dikeluarkan secara periodik ke dalam cetakan untuk mendapatkan aluminium batangan (ingot).

c.       Sifat-sifat :

¨         Logam berwarna putih perak dan ringan (massa jenisnya 2,7 gr/cm^-3)

¨         Aluminium murni relatif lunak dan tidak kuat. Akan tetapi, logam ini dapat dibuat paduan (aliase) dengan logam lain sehingga menjadi kuat serta meningkatkan sifat menguntungkan yang diinginkan

¨         Memiliki sifat umum logam

¨       Mudah bereaksi dengan O₂, lapisan oksidanya dpt melindungi logam dari perkaratan

¨       Bersifat amfoter, dapat bereaksi dengan asam maupun basa

d.      Kegunaan :

·           Peralatan rumah tangga, barang kerajinan

·           Lapisan pembungkus, aluminium foil, kaleng aluminium.

·           Sebagai paduan logam, digunakan untuk membuat badan pesawat, contoh magnalium (campuran Al dan Mg)

·           Dalam persenyawaannya : tawas / K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O untuk penjernihan air; Alumina (Al₂O₃) untuk industri keramik, gelas, ampelas; Al(OH)₃ dalam antasid digunakan utk menetralkan asam klorida dalam lambung ; termit (campuran serbuk aluminium dengan serbuk besi (III) oksida ) digunakan untuk mengelas baja di tempat, misalnya untuk menyambung rel kereta api. Reaksinya sangat eksoterm sehingga panas yang dihasilkan dapat melelehkan baja dan besi yang terbentuk akan menyambung baja yang dilas.

       Reaksinya :    2Al + Fe₂O₃          Al₂O₃ + 2Fe

3.     TIMAH (Sn)

a.       Terdapat dalam bijih : Kasiterit (SnO₂)

b.      Pengolahan : Kasiterit direduksi dengan C, reaksinya :

               SnO_{2 (s)} + 2 C_(s)         Sn_(l) + 2 CO_(g)

c.       Sifat-sifat :

·      Timah terdapat dalam 2 bentuk allotropi, yaitu timah putih dan timah abu-abu. Timah putih berwarna putih perak dan dapat ditempa, stabil pada suhu di atas 13,2⁰C jika di bawah suhu tersebut timah putih berubah menjadi timah abu-abu yg berbentuk serbuk (seperti melapuk). Pelapukan ini mula-mula berlangsung lambat. Akan tetapi, begitu terbentuk timah abu-abu maka proses selanjutnya berlangsung cepat karena timah abu-abu yang terbentuk dapat mengkatalisis proses selanjutnya.

·      Relatif lunak, tahan karat, dan titik lelehnya rendah

·      Memiliki sifat umum logam

·      Timah mengalami oksidasi (korosi) pada permukaannya. Lapisan oksida yang terbentuk menutupi seluruh permukaannya sehingga terlindungi dari korosi selanjutnya.

d.      Kegunaan :

¨   Melapisi besi (membuat kaleng/tin plate) kemasan berbagai macam produk. Besi yang dilapisi timah ini tidak mengalami korosi selama lapisannya utuh (tidak tergores dan tidak bocor).

¨   Untuk paduan logam (perunggu : paduan Cu, Sn, Zn dan solder : Sn, Pb)

¨   Dalam persenyawaannya, SnCl₂ digunakan sebagai pereduksi dalam pembuatan zat warna, SnF₂ digunakan dalam pasta gigi yang mengandung fluorin untuk menguatkan gigi karena SnF₂ larut dalam air.

4.      NIKEL (Ni)

a.       Terdapat dalam bijih : Pentlandit (FeNi)S, Garnierit : H₂(NiMg)SiO₄ . 2 H₂O

                                              Nikel Sulfida : NiS

Pengolahan : melalui proses oksidasi NiS, kemudian hasil oksidasinya direduksi dengan C pada suhu tinggi, reaksi :

                                           2NiS + 3 O₂         2NiO + 2 SO₂

                                            NiO + C           Ni + CO

b.      Sifat-sifat :

·      Berwarna putih perak (mengkilap) ,keras ,tahan korosi, dan sangat mengilap bila digosok

·      Memiliki sifat umum logam

·      Lapisan oksidanya melindungi logam lain sehingga tidak berkarat

c.       Kegunaan :

¨        Melapisi barang-barang yang terbuat dari besi, baja, tembaga, untuk melindunginya terhadap korosi dan memperbaiki penampilan

¨        Karena sifat-sifatnya tersebut, nikel digunakan untuk paduan logam :

§  Monel (Ni, Cu, Fe) untuk alat rumah tangga & alat transmisi listrik

§  Nikrom (Ni, Fe, Cr) digunakan sebagai elemen pemanas listrik

§  Alniko (Al, Ni, Fe, Co) untuk membuat magnet. Magnet yang terbuat dari alniko ini sangat kuat karena mampu mengangkat besi hingga 4000 kali massa magnetnya.

§  Baja nikel ( Ni, Fe) untuk meteran, kawat, & persenjataan

§  Paltinit dan Invar merupakan paduan nikel yang mempunyai koefisien muai yang sama dengan gelas. Digunakan sebagai kawat listrik yang ditanam dalam kaca, misalnya pada bohlam lampu pijar.

¨       Serbuk nikel digunakan sebagai katalisator, misalnya pada pembuatan margarin, hidrogenasi (pemadatan) minyak kelapa, cracking minyak bumi.

5.      TEMBAGA (Cu)

Banyak terdapat dalam keadaan bebas

a.       Terdapat dalam bijih : Kalkopirit /CuFeS; Malasit /Cu₂(OH)₂CO₃ ; Kuprit /Cu₂O; Kalkosit/ Cu₂S

b.      Pengolahan :

Bijih yang mengandung tembaga bebas mula-mula dihancurkan lalu dipisahkan dari batu reja (gangue). Kemudian dipanaskan sehingga tembaga mencair dan terpisah.

 Bijih yang berupa oksida atau karbonat biasanya dipisahkan dengan melarutkannya

dalam asam sulfat. Tembaga dipisahkan dari larutan Tembaga (II) Sulfat yang terbentuk dengan elektrolisis.

Bijih sulfida biasanya mengandung kurang dari 10% tembaga. Bijih sulfida ini mula-mula dihancurkan, lalu senyawa tembaga dipisahkan dengan pengapungan (floatasi). Bijih pekat tersebut  dipanggang di bawah titik leleh untuk mengeringkan dan untuk mengoksidasikan sebagian belerang. Campuran yang tersisa, yang mengandung Cu₂S, FeS, dan SiO₂ kemudian dicairkan bersama-sama dengan CaCO₃ sebagai fluks. Fluks ini akan mengikat besi dan SiO₂.

                                 CaCO₃  + SiO₂          CaSiO₃ + CO₂

                                        FeS + SiO₂                FeSiO₃ + FeSiO₃

 CaSiO₃ dan FeSiO₃ yang terbentuk akan membentuk terak yang mengapung ke atas. Setelah terak ini dikeluarkan, ditiupkan lagi udara ke dalam tanur yang akan mengubah Cu₂S menjadi Cu₂O. Kemudian Cu₂O yang terbentuk segera akan mereduksi Cu₂S yang lain membentuk tembaga.

                                2Cu₂S + 3 O₂          2Cu₂O + 2SO₂

                                2Cu₂O + Cu₂S             6Cu + SO₂

Dari proses di atas diperoleh tembaga tak murni batangan. Pemurnian selanjutnya dilakukan dengan elektrolisis yang dapat menghasilkan tembaga 99,95%. Kotoran pada anoda mengandung Ag, Au, dan Pt.

c.       Sifat-sifat :

·           Tembaga murni berwarna kuning kemerahan, relatif lunak, mudah dibengkokkan, dapat dibuat lembaran-lembaran tipis, serta penghantar panas dan listrik yang baik

·           Memiliki sifat umum logam

·           Tergolong logam yang kurang aktif

d.      Kegunaan :

¨        Penghantar (kabel) listrik dan komponen elektronika

¨        Peralatan rumah tangga

¨        Paduan logam/aliase : Kuningan (60-82%Cu & 18-40%Zn), Perunggu (70-95%Cu,   1-25%Zn & 1-18% Sn), Perunggu aluminium (90-98%Cu, 2-8%Al), Perak Jerman   (50-60% Cu, 20% Zn, 20-25% Ni)

¨        Selongsong peluru dan komponen persenjataan yang lain

¨        Dalam persenyawaannya, terusi/ blue vitriol  CuSO₄.5H₂O, digunakan untuk membunuh jamur (sebagai fungisida)

6.      EMAS (Au)

a.       Dalam keadaan bebas sebagai butiran yang bercampur dengan perak dan tembaga

b.      Pengolahan melalui 3 cara :

·      Pasir yang mengandung emas dicuci menggunakan pendulang, emas yang BJ nya besar akan tertinggal dalam pendulang

·      Emas yang tercampur kotoran dilarutkan dalam air raksa sehingga terbentuk amalgama, untuk memisahkan emas dari larutannya maka air raksa diuapkan dengan cara destilasi

·      Bijih emas dilarutkan dalam larutan NaCN selama beberapa hari, kemudian emas diendapkan dari larutannya dengan menambahkan serbuk seng. Campuran emas dan perak dapat dipisahkan dengan melarutkan perak dalam asam nitrat.

c.       Sifat-sifat :

·      Memiliki sifat umum logam

·      Logam yang lunak, berwarna kuning, logam yang paling dapat ditempa (paling malleable) dan paling dapat mulur (paling ductile).

·      Tidak berkarat karena tidak bereaksi dengan oksigen dan tidak terkorosi di udara

·      Unsur inert (sangat stabil) sehingga disebut logam mulia

·      Emas tidak larut dalam asam basa tunggal apapun, tetapi larut dalam aqua regia, yaitu larutan HCl pekat dan HNO₃ pekat dengan perbandingan 3 : 1

            Au_(s) + 3HCl_(aq) + HNO_3(aq)           HAuCl_4(aq) + NO_(g) + 2H₂O_(l)

     Emas juga larut dalam larutan natrium sianida dan udara (sumber O₂)

            Au_(s) + 8CN^-_(aq) + O_2(g) + H₂O_(l)           4 Au(CN)^-_2­(aq) + 4OH^-_(aq)

·      Kemurnian emas dinyatakan dengan satuan karat, dimana emas murni berharga 24 karat yang berisi 100% emas

d.      Kegunaan :

-       Mata uang

-       Perhiasan (Emas murni terlalu lunak sehingga dicampur dengan tembaga atau perak atau logam lain). Emas kuning atau emas merah dibuat dengan dicampur tembaga, emas putih mengandung paladium, nikel, atau seng.

-       Komponen listrik kualitas tinggi

-       Sebagai jaminan moneter

7.      PERAK (Ag)

     Sebagian besar ditemukan dalam keadaan bebas sebagai butiran yang biasanya tercampur dengan emas dan  tembaga.   

a.       Bijih Perak : Argentit, Ag₂S

b.      Pengolahan : Pada umumnya untuk memperolah perak, dilakukan bersama-sama dengan emas.

Produksi perak pada umumnya diperoleh sebagai hasil sampingan pada pengolahan logam   lain.

       Pengolahan perak dari bijihnya sering dilakukan dengan proses yang disebut hidrometallurgi, yaitu pemisahan suatu logam dari campurannya dengan melarutkannya dalam air sebagai senyawa kompleks kemudian mengendapkannya sebagai unsur bebas dengan suatu reduktor.

      Dengan adanya udara, perak dan semua senyawa perak dapat larut dalam sianida logam alkali sebagai ion Ag(CN)₂^-  : disianoargetat (I)

      Contoh :

              4 Ag_(s) + 8CN^-_(aq) + O_{2 (g)} + 2H₂O_(l)            4Ag(CN)₂^-_(aq) + 4OH^-_(aq)

              4 Ag_(s) + 8CN^-_(aq) + O_{2 (g)} + 2H₂O_(l)            4Ag(CN)₂^-_(aq) + 2 S_(s) + 4OH^-_(aq)

              AgCl_(s) + 2CN^-_(aq)           Ag(CN)₂^-_(aq) + Cl^-_(aq)

       Perak kemudian dibebaskan dengan menambahkan seng atau aluminium sebagai reduktor

              2Ag(CN)₂^-_(aq) +  Zn_(s)            2 Ag_(s) + Zn(CN)₄^-_(aq)         

c.       Sifat-sifat :

·           Perak murni berwarna putih dan sangat mengilap

·           Penghantar listrik yang sangat baik (Daya hantar listrik perak jauh lebih baik dibandingkan tembaga karena hambatan jenis perak jauh lebih kecil dibandingkan tembaga. Akan tetapi, tembaga lebih banyak digunakan sebab perak lebih mahal daripada tembaga)

·           Tahan korosi, dan mudah ditempa

·           Logam yang tidak reaktif dan tidak teroksidasi oleh oksigen di udara

d.      Kegunaan :

·           Mata uang, medali, perhiasan, barang kerajinan

·           Fotografi (Senyawa perak, yaitu AgBr dan AgI, digunakan untuk membuat film foto dan kertas foto karena mudah diuraikan oleh cahaya).

                          2 AgX + cahaya            2 Ag + X₂    (X = Br atau I)

     Endapan perak menghitamkan film sehingga menghasilkan film negatif     

·      Bahan penambal gigi

·      Industri penyepuhan (elektroplating). Logam yang akan disepuh digunakan sebagai katode (kutub negatif) dan perak sebagai anode (kutub positif), sedangkan elektrolit yang digunakan adalah Na[Ag(CN)₂]

B.      UNSUR-UNSUR NON LOGAM DALAM KEHIDUPAN

1.      OKSIGEN (O)

a.       Terdapat  :  -   Dalam keadaan bebas di udara (O₂) sebesar 20 % volume

-    Dalam persenyawaan : air (H­₂O), pasir (SiO₂), silika (SiO₃^2-), dan oksida logam lainnya.

b.      Pembuatan :

·      Penguraian Katalitik H₂O₂

                                      MnO₂

                      2 H₂O_2(l)                2H₂O_(l)  +  O_2(g)

·      Pembuatan gas oksigen dalam laboratorium dapat dilakukan dengan cara memanaskan senyawa oksidanya, seperti yang dilakukan Priesley.

                     2 HgO _(s)               2Hg _(s)  +  O_2(g)

                     2 KClO_3(s)            2KCl_(s)  +  3O_2(g)  

·      Secara alami terbentuk melalui proses fotosintesis

                           CO₂ + H₂O            C₆H₁₂O₆ +  O₂

·      Secara komersial, oksigen (bersama dengan nitrogen) dibuat melalui Destilasi Udara Cair. Proses : udara bersih dimasukkan ke dalam kompresor untuk dicairkan dengan tekanan tinggi, kemudian udara cair didinginkan dan dilakukan penyaringan untuk menghilangkan CO₂ dan hidrokarbon yang terdapat didalamnya. Udara cair yang sudah bersih selanjutnya dialirkan ke dalam kolom destilasi untuk memisahkan Nitrogen, Argon, dan Oksigen. Pemisahan ini didasarkan pada perbedaan titik didih gas-gas tsb. Titik didih Nitrogen : -195,8 ⁰C, Argon : -185,7⁰C, Oksigen : -183⁰C (karena ttk didih nitrogen paling rendah, maka nitrogen akan menguap lebih dahulu dan ditampung, diikuti dengan argon dan oksigen

c.       Sifat-sifat :

·      Pada suhu kamar tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, titik didih : -183⁰C dan titik beku : -218,4⁰C. Berupa molekul diatomik

·      Oksigen tidak terbakar, tetapi merupakan komponen yg diperlukan dalam pembakaran

·      Pada suhu dan tekanan normal oksigen tidak begitu reaktif, tetapi menjadi sangat reaktif pada suhu tinggi.

·      Kelarutan dalam air : 5 ml O₂ dapat larut dalam 100 ml air. Oksigen yang larut inilah yang membuat berbagai organisme hidup dalam air.

d.      Kegunaan :

·      Pernafasan makhluk hidup

·      Bersama gas asetilena digunakan untuk memotong dan mengelas logam (baja)

·      Oksigen cair bersama dengan hidrogen cair digunakan sebagai bahan bakar roket untuk mendorong pesawat ruang angkasa. Oksigen juga digunakan dalam berbagai industri kimia untuk mengoksidasi berbagai zat.

·      Digunakan untuk pembakaran atau reaksi kimia tertentu

·      Proses pengolahan limbah (aerasi)

·      Pembuatan ozon (O₃)

                    3 O_2(g)         2 O_3(g)

2.  NITROGEN (N)

a.        Terdapat :     -  Dalam keadaan bebas di udara sebanyak 78%

 -  Dalam persenyawaan : Sendawa (KNO₃), dan Sendawa Chili (Na₂CO₃)

b.        Pembuatan : 

·                    Dalam laboratorium dibuat dengan memanaskan larutan NH₄Cl dan larutan NaNO₂

              NH₄Cl_(aq) + NaNO_2(aq)           NaCl_(aq) + 2 H₂O_­(l) + N_2(g)    

·           Dapat juga dibuat dengan reaksi :

             2NH_{3 (g)} + 3CuO           3Cu_(s) + 3H₂O_­(l) + N_2(g)

             2Cu_{( s)} + 2 NO_(g)        2CuO + N_2(g)

·           Secara komersial, nitrogen dibuat bersama-sama dengan oksigen dengan cara destilasi bertingkat udara cair

c.        Sifat-sifat :

·           Pada suhu kamar, tidak berbau, tidak reaktif, tidak berwarna

·           Titik didih : -195,8⁰C dan titik leleh : -210⁰C

·           Sukar bereaksi karena ikatannya yang kuat (energi ikatannya sangat besar). N₂ hanya bereaksi pada suhu tinggi

d.       Kegunaan :

·          Pengisi bola lampu pijar

·           Nitrogen cair digunakan sebagai pendingin untuk membuat suhu yang sangat rendah Nitrogen digunakan untuk melepaskan oksigen (atmosfer inert) untuk berbagai industri yang terganggu oleh oksigen karena sifat nitrogen yang kurang reaktif. (penyimpanan buah-buahan dan sayuran sehingga tidak cepat busuk dalam kemasan kaleng, pembuatan larutan injeksi, industri elektronika yang menginginkan udara tanpa oksigen, penyimpanan produk yang mudah terbakar).

·           Bahan baku pembuatan amoniak (Proses Haber-Bosch)

                                     N_2(s) + 2H_2(g)         2NH_3(g)

·          Dalam persenyawaan :

-       Amonia (NH₃) : gas yang tidak berwarna, berbau merangsang, dan mudah mencair, titik didih –33⁰C dan titik beku –78⁰C.

     Digunakan untuk : pembuatan pupuk urea  dan ZA (zwavel amonia)   , pembuatan NH₄Cl pada baterai, pembuatan asam nitrat (HNO₃) pendingin dalam pabrik es, pembuatan hidrasin (N₂H₄) yang digunakan sebagai bahan bakar roket, sebagai bahan dasar pembuatan : (bahan peledak, kertas, plastik, dan detergen).

-       HNO₃

Pembuatan asam nitrat dengan proses Oswald.

            4NH_3(g) + 5 O_2(g)           4NO_)g) + 6H₂O_(g)

            2NO_(g) + O_2(g)         2NO_{2 (g)}

            4NO_2(g) + O_2(g) + 2H₂O_(l)               4HNO_3(g) 

     HNO₃ digunakan untuk pembuatan pupuk amonium nitrat (NH₄NO₃), bahan  peledak seperti (TNT /trinitrotoluena, nitrogliserin dan nitroselulosa), sebagai nitrasi senyawa organik yang digunakan untuk produksi zat warna, obat-obatan, pestisida, dan detergen.

-       Siklus nitrogen

Senyawa organik yang khas dari nitrogen adalah protein. Nitrogen masuk ke dalam rantai makanan melalui tumbuhan. Tumbuhan umumnya memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa mineral yang larut dalam air, yaitu nitrat dan amonium. Hanya tumbuhan polong-polongan (legum) yang dapat mengikat nitrogen dari udara berkat bantuan sejenis bakteri yang terdapat pada bintil akar tumbuhan tersebut. Nitrogen dalam tanah berasal dari fikasasi nitrogen atmosfer atau  dari  hasil  perombakan senyawa nitrogen organik (sisa organisme) oleh kerja bakteri. Fiksasi nitrogen terjadi menurut dua jalur, yaitu karena pengaruh petir dan bakteri. Petir dapat melangsungkan reaksi nitrogen dengan oksigen membentuk nitrogen monoksida (NO)

                              N_2(g) + O_2(g)            2NO_(g)

NO tersebut teroksidasi lebih lanjut membentuk nitrogen dioksida. Nitrogen dioksida dalam air hujan membentuk asam nitrat.

                             2NO_(g) + O_2(g)            2NO_2(g)

                             3NO_2(g) + H₂O_(g)          2HNO_3(g) + NO_(g)

3.      KARBON (C)

a.       Terdapat : dalam senyawa organik, anorganik, dan dalam keadaan bebas

b.      Pengolahan : Karbon yang paling murni diperoleh melalui pemanasan gula pasir (sukrosa) tanpa udara

                    C₁₂H₂₂O_11(s)         12C_(s) + 11H₂O_(g)

c.       Sifat-sifat & kegunaan :

·           Karbon ditemukan dalam bentuk Allotropi yaitu Intan (kristal karbon dengan struktur tetrahedral, bersifat isolator, titik leleh sangat tinggi, digunakan untuk perhiasan dan alat pemotong kaca, pengebor, pengasah). Intan buatan dibuat dari grafit melalui pemanasan pada suhu sekitar 3000⁰C dan tekanan sekitar 125.000 atm. Grafit (kristal karbon dengan pola berlapis-lapis dan berbentuk heksagonal yang simetri, bersifat konduktor, digunakan untuk elektrode batu baterai, pelumas, dan inti pensil yang merupakan campuran grafit dengan tanah liat).

·           Serta dalam bentuk Amorf (bersifat lebih rapuh), yaitu Batubara (terbentuk dari fosilisasi tumbuhan, digunakan sebagai bahan bakar dan bahan baku untuk pembuatan senyawa hidrokarbon dengan proses gasifikasi batu bara.

                       Batubara             C_(s) + CH_4(g)

                       C_(s) + H₂O_(g)           CO_(g)+ H_2(g)

                       CO_(g) + 3H_2(g)         CH_4(g)+ H₂O_(g)               

                       C_(s) + 2H_2(g)          CH_4(g)

Kokas (di buat dari pemanasan batubara pada suhu tinggi tanpa udara/ destilasi destruktif) digunakan sebagai reduktor pada pengolahan berbagai jenis logam seperti besi,  timah dan nikel, Arang  (dibuat  dari kayu atau serbuk  gergaji  dengan  pemanasan

pada suhu tinggi tanpa udara), arang merupakan kristal halus dengan struktur seperti grafit. Ruang antarlapisan atom dalam arang yang dibubuk halus dapat menyerap (mengadsorpsi) atom atau molekul lain sehingga zat itu mempunyai daya adsorpsi yang besar. digunakan untuk mengadsorpsi zat warna dan bahan polutan lainnya pada pengolahan air, adsorpsi zat warna yang terdapat dalam air tebu pada pengolahan gula, sebagai obat sakit perut atau keracunan. Karbon hitam (merupakan jelaga yang dibuat dari pembakaran hidrokarbon dengan oksigen yang terbatas) digunakan untuk vulkanisai karet pada industri ban, dan sebagai pigmen warna hitam, tinta cetak.

·           Karbon dalam persenyawaan :

-          CO (karbon monoksida) : gas yang sangat beracun karena dapat mengikat hemoglobin dalam darah sehingga menghalangi fungsi utama hemoglobin sebagai pengangkut oksigen, terbentuk pada pembakaran tak sempurna bahan bakar yang mengandung karbon seperti kayu dan bensin, karena sifatnya yang dapat terbakar dan menghasilkan panas, maka gas ini digunakan sebagai bahan bakar gas, sebagai reduktor pada pengolahan logam, membuat metanol.

-          CO₂ (karbon dioksida) : gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, tidak beracun, tetapi dapat mengusir oksigen sehingga jika kadarnya terlalu besar (10-20% volume) dapat membuat orang pingsan dan mengganggu pernafasan, terbentuk pada pembakaran sempurna bahan bakar yang mengandung karbon dan dari pernapasan makhluk hidup, digunakan untuk membuat es kering (dry ice) yaitu CO₂ padat yang digunakan sebagai pendingin, untuk memadamkan kebakaran (tabung pemadam kebakaran berisi CO₂ cair dengan tekanan 60 atm. Jika katupnya dilepas maka CO₂ cair akan langsung menjadi gas dan menghalangi oksigen masuk kelokasi yang sedang terbakar sehingga api padam), untuk minuman bersoda.

-          NaHCO₃ (natrium hidrogen karbonat) disebut juga natrium bikarbonat yang dalam sehari-hari disebut soda kue yang digunakan sebagai pengembang adonan, digunakan sebagai bahan pembuat kaca, bahan pembuat natrium silikat yang digunakan untuk pembuatan kertas, proteksi logam, dan detergen, serta untuk menghilangkan kesadahan air

4.      POSFORUS (P)

a.    Terdapat  sebagai fosfat dalam berbagai mineral. Mineral terpenting adalah fluoroapatit /       2 Ca₃(PO₄).CaF₂

b.  Pengolahan :

    Unsur fosfor diproduksi dari batuan fosfat dengan dipanaskan bersama-sama silika dan kokas dalam tanur listrik

                   2 Ca₃(PO₄)_2(s) + 10 C_(s) + 6 SiO_2(s)             6CaSiO_3(l) + 10 CO_(g) + P_4(g)

     Fosfor yg terbentuk adalah fosfor putih, kemudian terkondensasi dan akhirnya terkumpul di bawah air sebagai padatan

c.    Sifat-sifat :

·      Pada suhu biasa fosfor mempunyai beberapa bentuk allotropi, yaitu fosfor putih, fosfor merah, dan fosfor hitam

·      Fosfor putih bersifat lunak (berwujud padat seperti lilin), titik leleh rendah (44,1⁰C), sangat reaktif (menyala spontan bila bersinggungan dengan udara), tidak larut dalam air, larut dalam CS₂, sangat beracun, bahan fosforesen yang berpendar dalam gelap. Jika fosfor putih dipanaskan sampai 400⁰C akan berubah menjadi fosfor merah

·      Fosfor merah merupakan serbuk merah coklat (padat), kurang reaktif, dan relatif tidak beracun

·      Fosfor hitam, bentuknya paling stabil, terbentuk dari fosfor putih melalui pemanasan dengan katalis Hg pada tekanan tinggi. Mempunyai struktur kristal berlapis seperti grafit, tetapi lapisan-lapisannya terikat kuat. Bersifat semikonduktor

d.                      Kegunaan :

·      Sebagian besar fosfor putih digunakan untuk pembuatan asam fosfat (fosforus putih direaksikan dengan udara berlebihan, lalu disiram dengan air)

                   P_4(s) + 5O_2(g)        P₄O₁₀

                      O₁₀ + 6 H₂O_(l)         4H₃PO_4(aq) 

·      Fosfor merah digunakan untuk pembuatan korek api

·      Digunakan untuk menjadi pupuk

Fosfor termasuk unsur makro, yaitu unsur yang diperlukan tumbuhan dalam jumlah yang cukup banyak. Sementara itu fosfor di alam terutama terdapat sebagai batuan fosfat yang tidak larut dalam air sehingga tidak diserap oleh tumbuhan. Oleh karena itu batuan fosfat direaksikan dengan asam sulfat atau asam fosfat, dimana batuan fosfat di ubah  menjadi  kalsium  hidrogenfosfat  atau  kalsium  fosfat  primer  Ca(H₂PO₄)₂ yang

Jika ada amilum, maka  ketika  larutan  dipanaskan  dan ditambah iodin akan menjadi biru

Larut dalam air.

                     Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄           2CaSO₄ + Ca(H₂PO₄)₂

                     Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄          3Ca(H₂PO₄)₂

Pupuk yang mengandung Ca(H₂PO₄)₂ dan CaSO₄ disebut pupuk superfosfat karena mudah larut dalam air. Pupuk TSP (tripel super fosfat) yang mempunyai kadar fosfat tinggi dibuat dengan cara menambahkan asam fosfat ke dalam gerusan batuan fosfat Ca₃(PO₄)₂. Juga ada pupuk campuran fosfat dan nitrogen yang dikenal sebagai pupuk nitrofos, yaitu  :             Ca(H₂PO₄)₂ + Ca(NO₃)₂ 

 Senyawanya : Natrium Tri Poli Fosfat (STTP), Na₅P₃O₁₀ digunakan sebagai bahan penunjang dalam detergen, yaitu untuk mengikat ion kalsium/ magnesium dari air sadah sehingga tidak mengganggu (tidak mengendapkan) deterjen.

·            Pembuatan aliase logam (perunggu tertentu)

·            Campuran untuk bom asap

·            Racun serangga (pestisida)

5.      IODIN (I)

a.    Pengolahan : Reduksi natrium iodat (NaIO₃), yang terdapat dalam sendawa chili (NaNO₃). Sebagai reduktor digunakan natrium bisulfit (NaHSO₃)

                           2NaIO_3(aq) + 5NaHSO_3(aq)         I_2(aq) + 3NaHSO_4(aq) + 2Na₂SO_4(aq) + H₂O_(l)

     Iodin yang terbentuk dimurnikan dengan cara sublimasi.

b.        Sifat-sifat :

·      Unsur nonlogam (golongan VII A)

·      Tidak dijumpai dalam keadaan bebas di alam. Iodin terdapat dalam sendawa chili NaNO₃ yang mengandung NaIO₃  (natrium iodat)

·      Pada suhu kamar berwujud padat berwarna hitam, mudah menyublim

·      Berbentuk molekul diatomik

·      Uap iodin berwarna ungu (Iodin berasal dari bahasa Yunani, iodes yang artinya ungu)

·      Larut dalam alkohol disebut Iodin tinktur

c.   Kegunaan :

·     Sebagai antiseptik, seperti iodium tinktur (I₂ dalam alkohol)

·     Mencegah  penyakit  gondok. Untuk  itu ke  dalam  garam  dapur (NaCl)  ditambah NaIO₃

Sebagai  indikator,  untuk  menguji  apakah  ada  amilum  dalam suatu larutan (campuran).

Jika  ada  amilum, maka  ketika larutan dipanaskan dan ditambah iodin akan menjadi biru

·       AgI untuk fotografi

STRUKTUR DAN FUNGSI MAKROMOLEKUL PENYUSUN SEL

BAB I

PENDAHULUAN

Sel terdiri oleh banyak makromolekul yang mempunyai struktur dan fungsi yang berbeda-beda. Makromolekul besar dalam sel dibentuk sebagai susunan berulang dari satuan-satuan struktutr dasar yang dinamakan monomer, antara monomer satu dengan yang lainnya dihubungkan oleh ikatan kovalen. Monomer tersebut dihubungkan dengan suatu reaksi kimia dimana dua molekul saling berikatan secara kovalen antara satu molekul dengan molekul yang lain dengan melepas satu molekul air (merupakan reaksi kondensasi atau karena molekul yang hilang adalah air, maka reaksi tersebut bisa disebut reaksi dehidrasi). Monomer dirangkai bersama untuk kemudian membentuk suatu polimer melalui proses yang dikenal sebagai sintesis kondensasi. Sedangkan makromolekul yang dibentuk disebut dengan polimer.

Saat dua monomer bergabung maka akan membebaskan molekul air (seperti yang telah digambarkan sebelumnya). Monomer yang satu kehilangan gugus hidroksi (OH) dan yang monomer yang lain akan kehilangan suatu gugus hidrogen (H).

Berikut merupakan beberapa contoh makromolekul yang penting dalam makhluk hidup.

1.    Polisakarida

     Merupakan produk polimerisasi monosakarida, membentuk amilum, selulose, glikogen, atau polisakarida kompleks

2.    Protein dan Polipeptida

     Merupakan susunan 20 macam asam amino yang dihubungkan dengan ikatan peptida

3.    Asam Nukleat

     Merupakan rantai empat macam nukleotid. Di dalam molekul DNA asam nukleat ini merupakan sumber primer informasi genetik 

Makromolekul tersebut merupakan makromolekul yang paling banyak dan kompleks aktivitasnya. Berikut akan dijelaskan lebih lanjut mengenai struktur dan fungsi masing-masing makromolekul tersebut.

BAB II

PEMBAHASAN

A.     Protein

Protein merupakan merupakan susunan 20 macam asam amino yang dihubungkan dengan ikatan peptide. Berdasarkan susunan molekulnya, protein dikelompokkan menjadi:

1.    Protein Struktural berperan sebagai penyokong dan penunjang

a.    Struktural intrasel ð berada di dalam sel berperan dalam pembentukan sitoskelet

Contoh: tubulin, aktin dan myosin.

b.    Struktural ekstrasel ð terdapat pada organisme multisel

Contoh: kolagen dan keratin

2.    Protein Dinamis yaitu protein yang terlibat langsung dalam metabolisme sel, mudah terurai dan terakit kembali. Contoh: enzim, hormone dan pigmen.

Protein adalah komponen protoplasma yang sangat penting disamping air. Peran protein dalam sel antara lain:

1.    Sebagai katalisator berbagai reaksi kimia yang terdapat pada sel, yaitu sebagai bagian penyusun enzim.

2.    Memberi kekuatan structural sel, yaitu tubulin, aktin dan myosin yang berperan dalam pembentukan sitoskelet.

3.    Memantau permeabilitas selaput, yaitu protein yang menyusun membrane sel 

4.    Menyebabkan gerakan yang terjadi dalam sel

5.    Memantau kegiatan sel

6.    Mengatur kadar metabolit yang diperlukan

Protein yang terdapat dalam membran dan sitoplasma (organel) sel:

1.    Membran plasma

                        Protein yang terdapat pada selaput plasma sebesar 60 % dari seluruh berat selaput plasma. Protein yang terdapat dalam membrane terutama berbentuk stromatin, yaitu jenis protein yang tidak larut dalam air.  Karena membran sel bersifat semipermable maka membutuhkan cara untuk berkomunikasi dengan sel lain dan pertukaran nutrisi dengan ruang ekstraselular. Peran-peran ini terutama diisi oleh protein. Protein adalah molekul kelas terpisah yang tidak terkait dengan lipid dan terdiri dari asam amino. Protein adalah jauh lebih besar daripada lipid dan bergerak lebih lambat, tetapi ada beberapa yang bergerak dalam kelihatannya terarah sementara yang lain melayang. Jumlah dan tipe protein yang ada pada membran sangat bervariasi pada setiap membran dari sel tergantung pada fungsi spesifik yang diembannya. Secara umum protein membran digolongkan menjadi dua, yaitu protein integral dan protein perifer.

a.       Protein Integral

Protein membran terpadu (integral membrane proteins) adalah protein yang menembus membran pada kedua permukaannya atau membentang diantara kedua permukaan membran. Protein integral transmembran protein, dengan daerah hidrofobik yang sepenuhnya span interior yang hidrofobik membran. Bagian protein terkena interior dan eksterior dari sel hydrophillic. Protein Integral dapat berfungsi sebagai pori-pori yang memungkinkan ion selektif atau nutrisi ke dalam sel. Mereka juga mengirimkan sinyal ke dalam dan keluar dari sel. Protein ini meliputi beberapa jenis, yaitu :

1)   Protein Transmembran

Merupakan protein yang menembus membran pada kedua sisi, baik yang satu kali menembus membran (singlepass protein) ataupun yang beberapa kali menembus membran (multipass protein). Setiap tembusan membran merupakan struktur α-heliks dengan bagian yang tertanam dalam lipid bilayer, sehingga masuk akal bila bagian struktur primer protein yang menembus membran tersusun oleh jenis asam amino yang hidrofobik. Bagian hidrofobik dari protein tersebut berinteraksi dengan bagian ekor dari fosfolipid, sementara bagian hidrofiliknya muncul pada kedua permukaan membran (sisi luar dan sisi dalam sitoplasmik). Bagian protein yang menyembul pada kedua sisi permukaan tentulah bersifat hidrofilik, sehingga mampu berinteraksi dengan lingkungan air.

2)   Protein Integral yang Bagian Utamanya Terletak di Permukaan Membran Sisi Interior Sel

Protein ini berasosiasi dengan membran bilayer melalui perantaraan ikatan kovalen dengan rantai asam lemak atau rantai lipid khusus seperti gugus prenyl. Protein ini disintesis sebagai protein terlarut pada sitosol dan mengalami modifikasi berikatan dengan gugus lipid secara kovalen pasca translasi, yaitu di dalam retikulum endoplasma dan badan golgi. 

3)   Protein Integral yang Bagian Utamanya Terletak di Permukaan Membran Sisi Luar Sel

Protein ini berikatan dengan fosfatidil kolin inositol dengan perantaraan oligosakarida yang berikatan secara kovalen.

b.      Protein Perifer

Protein ini merupakan protein yang terletak di daerah perifer dari kedua sisi membran (sisi sitoplasmik dan sisi luar) dan berinteraksi dengan protein membran lain secara non kovalen, tidak berinteraksi dengan fosfolipid lapis ganda. Tidak seperti protein yang intergral span membran, protein perifer berada pada satu sisi membran dan sering melekat pada protein perifer proteins. Protein integral berfungsi sebagai titik anchor untuk Sitoskeleton atau ekstraselular serat.

Fungsi dari protein integral dan perifer dalam membran plasma sangat bervariasi, diantaranya :

a)    Sebagai enzim yang melekat membran

Contoh enzim beta glukosidase untuk membebaskan auksin pada sel-sel saat perkecambahan dan protein integral pada membran mitokondria atau kloroplas yang berfungsi untuk enzim-enzim transpor elektron (peristiwa oksidasi dan reduksi molekul pembawa protin dan elektron sambil membentuk ATP secara bersamaan).

b)   Sebagai mediator transpor aktif

Contoh pada sel dinding usus halus pada saat menyerap sari makanan ke dalam pembuluh darah.

c)    Sebagai elemen struktural membran plasma

d)   Sebagai pompa proton pada membran dalam mitokondria

e)    Sebagai reseptor (penerima) hormon dan faktor pertumbuhan sel

Contoh hormon estrogen menempel ke reseptor estrogen dan memberi pesan perintah sel tersebut untuk melaksanakan sintesis protein sesuai yang dikehendaki (misal sel penanda pertumbuhan sekunder hewan) untuk kedewasaan seksual.

f)     Sebagai identitas sel

Identitas ini biasa dikenali karena protein yang menghadap keluar sel mengandung oligosakarida. Protein tersebut dinamakan glikoprotein.

g)    Sebagai cara membedakan antara sel diri (self) dan sel asing (non self)

Contoh pada reaksi pencangkokan sel asing, sel diri mengenali sel asing karena adanya perbedaan glikoprotein.

2.     Sitoplasma

Sitosol merupakan bagian  dari sitoplasma yang berupa cairan di sela-sela organel berselaput. Sitosol merupakan penyusun sel yang paling dominan yaitu sebanyak 50%. Dalam sitosol terlarut banyak enzim yang terlibat dalam proses metabolism intermediet. Sebagian besar enzim yang terdapat dalam sitosol ini disintesis oleh ribosom. Sebagian protein sitosol berbentuk benang-benang halus yang disebut filament. Filament ini teranyam membentuk kerangka yang disebut sitoskelet. Sitoskelet ini berfungsi member bentuk pada sel, mengatur dan menimbulkan gerakan sitioplasma yang beruntun dan berkaitan serta membentuk jaring-jaring kerja yang mengatur reaksi-reaksi enzimatik. 

Pada inti sel, protein terdapat pada DNA yang merupakan senyawa utama yang membentuk protein. Protein yang disintesis pada ribosom melalui proses replikasi dan translasi. Ribosom yang terdapat pada RE mempunyai susunan 50 % protein. Pada kompleks golgi berlangsung proses pembentukan glikoprotein yang merupakan gabungan glukosa dan protein. Protein yang terbentuk dari asam-asam amino dalam ribosom dibawa ke RE, kemudian diteruskan ke dalam kompleks golgi yang merupakan tempat terbentuknya glikoprotein.

B.     Lipid

Lipid adalah senyawa organik berminyak atau berlemak yang tidak larut di dalam air, yang dapat diekstrak dari sel dan jaringan oleh pelarut non-polar, seperti kloroform atau ester. Lipida polar adalah komponen utama membran sel, yaitu “tempat” terjadinya reaksi-reaksi metabolik. Banyak dari sifat membran sel yang merupakan pencerminan kandungan lipida polarnya. Membran sel berfungsi untuk melindungi sel dari lingkungan dan juga memungkinkan adanya kompartment- kompartment di dalam sel untuk aktivitas metabolik, serta terdapat sisi pengenalan atau reseptor yang berbeda-beda yang dapat mengenali sel lain, mengikat hormon tetentu, dan merasakan berbagai isyarat lain dari lingkungan luar. (Lehninger, 1982)

Lipida membran yang paling banyak yaitu fosfolipida. Fosfolipida berfungsi terutama sebagai unsur struktural membran dan tidak pernah disimpan dalam jumlah banyak. Lipida ini mengandung fosfor dalam bentuk gugus asam fosfat. Fosfolipida utama yang ditemukan pada membran adalah fosfogliserida, yang mengandung 2 molekul asam lemak yang berikatan ester dengan gugus hidroksil pertama dan kedua pada gliserol.

 

Spingolipid juga merupakan komponen membran yang mempunyai kepala bersifat polar dan 2 ekor non polar, tetapi senyawa ini tidak mengandung gliserol. Spingolipid tersusun atas satu molekul alkohol amino berantai panjang spingosin, atau satu di antara senyawa turunannya, dan satu alkohol polar pada bagian kepala. Ada 3 subkelas spingolipid :

1.    Spingomielin

Senyawa ini mengandung fosfokolin atau fosfoetanolamin sebagai golongan polar pada bagian kepalanya. Spingolipid terdapat di hampir semua membran sel-sel hewan, selubung myelin yang mengelilingi sel-sel syaraf tertentu.

2.    Serebrosida

Serebrosida tidak mengandung fosfat dan tidak memiliki muatan listrik karena gugus polar kepalanya bersifat netral. Serebrosida seringkali disebut glikospingolipid karena gugus pada bagian kepala molekul ini secara khas terdiri dari satu atau lebih unit gula. Golongan ini adalah glikolipida, suatu nama umum bagi lipida yang mempunyai gugus gula. Beberapa nama spesifiknya yaitu galaktoserebrosida yang secara khas ditemukan pada membran sel otak dan glukoserebrosida yang mengandung D-glukosa terdapat di dalam membran sel jaringan bukan syaraf.

C.     Karbohidrat

Karbohidrat merupakan salah satu senyawa yang terdiri atas karbon, hidrogen, dan oksigen. Karbohidrat berfungsi sebagai sumber energi pada hewan dan tumbuhan. Pada kebanyakan tumbuhan, karbohidrat juga sebagai penyusun penting dinding sel yang berperan sebagai elemen penyokong. Jaringan hewan memiliki karbohidrat yang lebih sedikit. Karbohidrat yang penting diantaranya adalah glukosa, galaktosa, glikogen, gula amino dan polimernya.

Karbohidrat terbagi atas beberapa golongan diantaranya :

1.    Monosakarida.

Ini merupakan gula paling sederhana dengan formula empirik Cn(H₂O)n. Klasifikasi monosakarida berdasarkan jumlah atom karbon misalnya triose, heksose. Pentose, ribose, dan deoksiribose ditemukan dalam molekul asam nukleat. Pentose dan ribulose sangat penting dalam fotosintesis. Sedang glikose dan heksose adalah sumber utama energi pada sel. Heksose yang penting lainnya adalah galaktose, terdapat pada laktose disakarida, dan fruktose (levulose) pembentuk bagian dari sukrose.

2.    Disakarida.

Disakarida merupakan gula yang dibentuk oleh kondensasi dua monomer monosakarida yang kehilangan satu molekul air. Formula empiriknya C₁₂H₂₂O₁₁. Golongan ini yang paling penting adalah sukrose dan maltose pada tumbuhan dan laktose pada hewan.

3.    Polisakarida.

Polisakarida merupakan hasil kondensasi antara banyak molekul monosakarida dengan kehilangan molekul air. Formula empiriknya (C₆H₁₀O₅)n. Bila dihidrolisis menghasilkan molekul gula sederhana. polisakarida yang paling penting pada organisme hidup adalah amilum dan glikogen, subtansi cadangan makanan dalam sel tumbuhan dan hewan serta selulosa yang merupakan elemen struktural penting pada sel tumbuhan. Amilum merupakan kombinasi dua molekul monosakarida yang panjang dimana tersusun atas amilosa yang tak bercabang dan amilopektin yang memiliki cabang. Sedangkan glikogen tersusun atas banyak molekul glukosa. Ini terdapat pada banyak jaringan dan organ, yang terbesar terdapat di sel hati dan serabut otot.

4.    Polisakarida kompleks dan glikoprotein.

Disamping polisakarida yang tersusun oleh monomer heksosa, juga terdapat molekul yang lebih panjang dan kompleks yang mengandung nitrogen amino yang dapat mengalami asetilasi atau subtitusi dengan asam sulfat atau asam fosfat. Semua polimer ini sangat penting dalam organisme molekuler terutama sebagai subtansi interseluler. Polisakarida ini bersifat bebas atau terikat dengan protein sebagai contoh :

a.    Polisakarida netral.

Hanya mengandung asetilglikosamin contohnya khitin yakni subtansi penyokong pada insekta dan crustaceae.

b.    Mukopolisakarida asidik.

Mengandung asam sulfat atau lainnya dalam molekul itu. Molkekul ini sangat bersifat basofilik. Yang termasuk adalam golongan ini yaitu heparin, kondriotin sulfat, umbilical cord, asam hialuronat.

c.    Glikoprotein.

Suatu komplek yang tersusun dari protein dan gugus prostetik karbohidrat. Beberapa monosakarida seperti galaktosa, manosa, juga N-asetil-D-glukosamin dan asam sialat dapat ditemukan dalam molekul ini. Glikoprotein dapat dibedakan menjadi dua macam yakni  glikoprotein intraseluler dan glikoprotein sekretorik.

Karbohidrat pada membran plasma terikat pada protein atau lipida dalam bentuk glikolipida dan glikoprotein. Glikolipida merupakan kumpulan berbagai jenis unit-unit monosakarida yang berbeda seperti gula-gula sederhana D-glukosa, D-galaktosa, D-manosa, L-fruktosa, L-arabinosa, D-xylosa, dan sebagainya. Karbohidrat ini memegang peranan penting dalam berbagai aktivitas sel, antara lain dalam sistim kekebalan. Karbohidrat pada membran plasma merupakan hasil sekresi sel dan tetap berasosiasi dengan membran membentuk glikokaliks. Biasanya para dokter dapat mengetahui setiap sel normal atau abnormal melalui glikolipid dan glikoproteinnya.

Molekul glikoforin membran

Untuk membran plasma pada eukariot memiliki karbohidrat yang terikat secara kovalen dengan protein dan lemak. Komponen karbohidrat  dari memran plasma berjumlah sekitar 2 – 10% dari total berat membran plasma, bergantung kepada spesies dan tipe sel. Sebagai contoh membran plasma sel darah merah memiliki 52% protein, 40% lemak dan 8 % karbohidrat.  Dari 8% tersebut, 7 % berikatan dengan lemak membentuk glikolipid dan 93% berikatan dengan protein membentuk glikoprotein.

Komponen penyusun membran sel

     Selaput plasma merupakan selaput yang asimetris, molekul-molekul lipida pada bagian luar selaput berbeda dengan lipida pada selaput bagian dalam. Demikian pula polipeptida yang tersebut pada kedua lembaran lipid bilayer juga berbeda. Penyabaran karbohidrat juga asimetris. Rantai-rantai molekul dari sebagian besar glikolipid, glikoprotein dan dan proteo glikan pada selaput plasma tidak pernah berada pada permukaan sitosolik.

D.    Asam Nukleat

Friedrich Miescher (1844-1895) adalah orang yang mengawali pengetahuan mengenai kimia dan inti sel. Pada tahun 1868, dilaboratorium Hoppe-Syler di Tubingen, beliau memilih sel yang terdapat pada nanah bekas pembalut luka, kemudian sel-sel tersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperolehinti sel yang masih terikat pada sejumlah protein. Dengan menambahkan enzim pemecah protein ia dapat memperoleh inti sel saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zat yang larut dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. kemudian zat ini dinamakan “nuclein” sekarang dikenal dengan nama nucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa asam nukleat merupakan salah satu senyawa pembentuk sel dan jaringan normal.

Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, dan mentranslasi informasi genetik; metabolisme antara (intermediary metabolism) dan reaksi-reaksi informasi energi; koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa amino dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi.

Asam nukleat adalah salah satu makromolekul penting pada makhluk hidup. Terdapat dua macam asam nukleat pada makhluk hidup, yaitu dalam bentuk DNA (Deoxyribonucleic Acid) atau RNA (Ribonucleic Acid). Keduanya merupakan molekul pembawa informasi genetik. Tipe polimer dari molekul DNA dan RNA mempunyai struktur yang panjang dari ikatan monomer nukleotida yang berulang. Urutan nukleotida dalam asam nukleat membentuk sebuah kode yang menyimpan dan meneruskan informasi sel yang dibutuhkan dalam pertumbuhan sel dan reproduksi. Satu nukleotida juga melakukan pemindahan energi atau komponen reaktan dari satu sistem ke sistem lain di dalam sel.

Masing-masing nukleotida terdiri atas basa nitrogen, gula berkarbon lima, satu atau lebih phosphat, semua komponen tersebut dihubungkan oleh ikatan kovalen. Berikut akan dibahas masing-masing penyusun nukleotida.

1.      Basa Nitrogen

terdiri atas dua jenis, yaitu basa nitrogen purin dan pirimidin yang berbentuk cincin nitrogen dan karbon.

a.       Basa Nitrogen Pirimidin

Terdiri atas satu cincin karbon dan nitrogen. Terdiri atas uracil (U), thymine (T), dan cytosine (C)

b.      Basa Nitrogen Purin

Terdiri atas dua cincin karbon dan nitrogen. Terdiri atas adenine (A) dan Guanine (G).

Semua informasi genetic makhluk hidup terletak pada susunan liniar empat base tersebut. Oleh karena itu keempat base tersebut mengkode struktur primer semua macam protein (yang terdiri dari 20 asam amino).

2.    Gula  Pentosa

     Yaitu gula yang terdiri dari lima atom karbon. Pentose yang menyusun asam nuklrotida adalah ribose dan deoksiribosa. Deoksiribosa adalah pentose yang menyusun DNA, sedangkan ribose adalah pentose yang menyusun RNA. Perbedaan antara keduanya adalah pada oksigen pada carbon nomor 2’ tidak ada pada deoksiribose.

3.    Phospat

Gugusan pospat yang mengikat molekul basa nitrogen dengan gula pentosa dengan ikatan ester.

Nukleotida merupakan nukleosida yang gugus gula pada posisi 5’-nya mengikat asam fosfat (gugus fosfat) dengan ikatan ester. Nukleosida terdiri atas pentosa ( deoksiribosa atau ribosa) yang mengikat suatu basa (derivat purin atau pirimidin) melalui ikatan glikosida. Berikut merupakan perbandingan purin dan pirimidin pada nukleotida dan nukleosida :

Basa	Nukleosid		Nukleotid
1. Purin
Adenin		Adenosin	Adenosin monoposfat (AMP) = asam adonilat
Guanin		Guanosin	Guanosin monoposfat (GMP) = asam guanilat
Hipoksantin		Inosin	Inosin monoposfat (IMP) = asam inosinat
2. Pirimidin
Urasil	Uridin		Uridin monoposfat (UMP) = asam uridilat
Cytosine	Cytidine		Cytidine monoposfat (CMP) = asam sitidilat
Timin	Timidin		Timidin monoposfat (TMP) = asam timidilat

Nukleosida dalam bentuk bebas ada memiliki fungsi penting bagi kesehatan contohnya, puromisin yang berfungsi sebagai antibiotik yang menghambat sintesis protein ( dihasilkan oleh streptomyces). Arabinosil sitosin dan arabinosil adenin sebagai anti virus dan anti jamur. Nukleotida terdapat sebagai molekul bebas atau berikatan dengan dengan sesama nukleotida membentuk asam nukleat. Contohnya dapat dilihat dalam tabel berikut:

Basa Nitrogen	RNA	DNA
Adenin (A) Guanin (G) Timin (T) Sitosin (C) Urasil (U)	Adenosin 5’-monofosfat (AMP) Guanosin 5’-monofosfat (GMP) ------------------- Sitidin 5’-monofosfat (CMP) Uridin 5’-monofosfat (UMP)	Deoksi Adenosin 5’-monofosfat (dAMP) Deoksi Guanosin 5’-monofosfat (dGMP) Deoksi Timidin 5’-monofosfat (dTMP) Deoksi Sitidin 5’-monofosfat (dCMP) ------------------

Beberapa nukleotida yang mempunyai fungsi penting dalam sel misalnya Adenosin 5’ monofosfat (AMP), Adenosin 5’ –difosfat (ADP) dan Adenosin 5’-trifosfat (ATP) yang berperan penting dalam transfer gugus fosfat untuk menerima dan mengantar energi.

Nukleotida lain yang berbentuk siklik seperti Adenosin 3’-5’- siklik monofosfat ( AMP-siklik atau cAMP) berperan sebagai kurir sekunder dalm mengendalikan metabolisme hormon adrenalin. Nukleotida bebas lain adalah guanosin siklik monofosfat ( GMP siklik = cGMP ) yang diduga berfungsi sebagai penghambat enzim yang dirangsang oleh cAMP. Selain itu diketahui beberapa trifosfonukleotida selain ATP yang berperan dalam berbagai reaksi

dalam sel. Misalnya CTP (Sitidin 5’- trifosfat) terlibat dalam biosintesis fosfolipid, UTP berperan dalam biosintesis berbagai senyawa karbohidrat. CTP dan UTP juga digunakan dalam biosintesis RNA dan DNA

1) Struktur Asam Deoksiribonukleat (DNA)

Asam ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul deoksiribonukleotida yang terikat satu sama lain sehingga membentuk rantai polinukleotida yang panjang. Molekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa dengan perantaraan gugus fosfat. Secara kimia DNA mengandung karakteri/sifat sebagai berikut:

                       a.     Memiliki gugus gula deoksiribosa.

                       b.     Basa nitrogennya guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan adenin (A).

                       c.     Memiliki rantai heliks ganda anti paralel

                       d.     Kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan spesifik satu dengan lain. Guanin selalu berpasangan dengan sitosin ( G –C), dan adenin berpasangan dengan timin (A - T), sehingga jumlah guanin selalu sama dengan jumlah sitosin. Demikian pula adenin dan timin.

Berikut merupakan gambar struktur dari DNA :

2) Struktur Asam Ribonukleat (RNA)

Asam ribonukleat adalah suatu polimer yang terdiri atas molekul-molekul ribonukleotida. Seperti DNA asam ribonukleat terbentuk oleh adanya ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul ribosa dengan perantaraan gugus fosfat. Rumus strukturnya sama dengan gambar 10.2 tetapi gulanya adalah ribosa ( atom C nomor 2 mengikat gugus OH) RNA memiliki sifat spesifik yang berbeda dengan sifat kimia DNA, yakni dalam hal:

                       a.          Gula pentosanya adalah ribosa

                       b.          RNA memiliki ribonukleotida guanin(G), sitosin (C), adenin (A) dan Urasil (U) pengganti Timin pada DNA.

                       c.          Untai fosfodiesternya adalah untai tunggal yang bisa melipat membentuk jepit rambut seperti untai ganda.Beda dengan DNA bentuk molekulnya heliks ganda.

                       d.          Prosentasi kandungan bas tidak harus sama, pasangan adenin tidak harus sama dengan urasil, dan sitosin tidak harus sama dengan guanin.

Ada tiga jenis RNA yaitu tRNA (transfer RNA), mRNA (messenger RNA) dan rRNA (ribosomal RNA). Ketiga macam RNA ini mempunyai fungsi yang berbeda-beda, tetapi ketiganya secara bersama-sama mempunyai peranan penting dalam sintesis protein. Berikut merupakn perbandingan struktur DNA dengan RNA :

Di dalam sel, asam nukleat ada pada tiga organel, yaitu pada mitokondria, kloroplas, dan inti sel. Berikut penjelasannya :

1.    Inti sel (nucleus)

Inti sel ini mempunyai 3 komponen yaitu nukleoplasma, kromosom, dan nucleolus. Dalam nucleus, DNA berada dalam kromosom. Di dalam kromosom terdapat benang-benang DNA yang berperan dalam sintesis protein dan factor hereditas. Selain DNA di dalam nucleus juga terdapat RNA.

2.    Mitokondria

Asam nukleat yang terdapat dalam mitokondria adalah deoksiribinukleat (DNA). DNA mitokondria yang terdapat dalam matriks organel dinyatakan sebagai genom mitokondria. DNA mitokondria berperan sebagai penanda molekul untuk studi genetika populasi, penelusuran asal usul dan pelacakan beberapa penyakit degenerate, penuaan, dan kanker.

3.    Kloroplas

Menurut De Roberties,dkk (1975:240) bahwa antara 3-5% berat kering kloroplas adalah RNA. DNA dalam kloroplas dikenal sebagai system genetic non kromosal atau hereditas sitoplasmik. Selain itu kloroplas memiliki DNA dan RNA yang spesifik yang mempunyai kapasitas dalam sintesis protein dan proses pembelahan.

Makhluk multiseluler, baik manusia, hewan, maupun tumbuhan tersusun atas jutaan sel. Tiap sel memiliki fungsi tertentu untuk kelangsungan hidup suatu organisme. Untuk menjalankan fungsinya, sel melakukan proses metabolisme. Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain.

Metabolisme terdiri atas dua proses sebagai berikut.

1. Anabolisme
Anabolisme adalah proses-proses penyusunan energi kimia melalui sintesis senyawa-senyawa organik.

2. Katabolisme
Katabolisme adalah proses penguraian dan pembebasan energi dari senyawa-senyawa organik melalui proses respirasi. Semua reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim, baik oleh reaksi yang sederhana maupun reaksi yang rumit.

Atau dengan pengertian ain:

Anabolisme adalah pembentukan molekul-molekul kompleks dari molekul sederhana, contoh fotosintesis.

Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul kompleks menjadi molekul-molekul sederhana, contoh respirasi.

Metabolisme juga berperan mengubah zat yang beracunmenjadi senyawa yang tak beracun dan dapat dikeluarkan dari tubuh. Proses ini disebut detoksifikasi. Umumnya, hasil akhir anabolisme merupakan senyawa pemula untuk proses katabolisme. Hal itu disebabkan sebagian besar proses metabolisme terjadi di dalam sel. Mekanisme masuk dan keluarnya zat kimia melalui membran sel mempunyai arti penting dalam mempertahankan keseimbangan energi dan materi dalam tubuh. Proses sintesis dan penguraian berlangsung dalam berbagai jalur metabolisme. Adapun hasil reaksi tiap tahap metabolisme merupakan senyawa pemula dari tahap reaksi berikutnya.

Proses metabolisme yang terjadi di dalam sel makhluk hidup seperti pada tumbuhan dan manusia, melibatkan sebagian besar enzim (katalisator) baik berlangsung secara sintesis (anabolisme) dan respirasi (katabolisme). Apa peran enzim di dalam reaksi kimia yang terjadi di dalam sel? Pada saat berlangsungnya peristiwa reaksi biokimia di dalam sel, enzim bekerja secara spesifik. Enzim mempercepat reaksi kimia yang menghasilkan senyawa ATP dan senyawa-senyawa lain yang berenergi tinggi seperti pada proses respirasi, fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, dan lemak.