Dasar Biologi Molekuler

DASAR BIOLOGI MOLEKULER

Biologi Molekuler merupakan cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari hubungan antara struktur dan fungsi molekul-molekul hayati serta kontribusi hubungan tersebut terhadap pelaksanaan dan pengendalian berbagai proses biokimia. Dengan kata lain ilmu ini adalah studi biologi pada tingkat molekuler. Oleh karena itu, materi kajian utama di dalam ilmu ini adalah makromolekul hayati, seperti karbohidrat, lemak, protein, dan asam nukleat.

Biologi Molekuler sebagai cabang ilmu pengetahuan tergolong relatif masih baru dan merupakan ilmu multidisiplin yang melintasi sejumlah disiplin ilmu terutama Biokimia, Biologi Sel, dan Genetika. Akibatnya, seringkali terjadi tumpang tindih di antara materi-materi yang dibahas meskipun seharusnya ada batas-batas yang memisahkannya. Sebagai contoh, reaksi metabolisme yang diatur oleh pengaruh konsentrasi reaktan dan produk adalah materi kajian Biokimia. Namun, apabila reaksi ini dikatalisis oleh sistem enzim yang mengalami perubahan struktur, maka kajiannya termasuk dalam lingkup Biologi Molekuler. Demikian juga, struktur komponen intrasel dipelajari di dalam Biologi Sel, tetapi keterkaitannya dengan struktur dan fungsi molekul kimia di dalam sel merupakan cakupan studi Biologi Molekuler. Komponen dan proses replikasi DNA dipelajari di dalam Genetika, tetapi macam-macam enzim DNA polimerase beserta fungsinya masing-masing dipelajari di dalam Biologi Molekuler.

Prinsip dasar biomolekul adalah peran dan interaksi molekul-molekul hayati dalam mengontrol reaksi-reaksi biologis. Interaksi tersebut berlangsung di dalam sel (intrasel) maupun di luar sel (ekstasel) makhluk hidup. Inti reaksi biologis tersebut adalah berupa reaksi metabolisme pembentuk senyawa (anabolisme) atau penguraian senyawa (katabolisme) dengan bantuan enzim-enzim tertentu. Bahan dasar metabolisme tersebut diperoleh dari makromolekul yang tekandung dalam makanan yaitu karbohidrat, lemak, dan protein. Asam nukleat berperan dalam meregulasi reaksi metabolisme tubuh seperti proses pemeliharaan, transmisi, dan ekspresi informasi hayati yang meliputi replikasi, transkripsi, dan translasi.

Karbohidrat merupakan komponen pangan yang menjadi sumber energi utama dan sumber serat makanan. Komponen ini disusun oleh 3 unsur utama, yaitu karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O). Jenis-jenis karbohidrat sangat beragam dan mereka dibedakan satu dengan yang lain berdasarkan susunan atom-atomnya, panjang/pendeknya rantai serta jenis ikatan akan membedakan karbohidrat yang satu dengan lain. Dari kompleksitas strukturnya dikenal kelompok karbohidrat sederhana (seperti monosakarida dan disakarida) dan karbohidrat dengan struktur yang kompleks atau polisakarida (seperti pati, glikogen, selulosa dan hemiselulosa). Lemak adalah salah satu kelompok yang termasuk pada golongan lipid, yaitu senyawa organik yang terdapat di alam serta tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik non-polar, misalnya dietil eter, kloroform, benzena dan hidrokarbon lainnya. Lemak disusun oleh 2 jenis molekul yaitu gliserol dan asam lemak. Gliserol adalah alkohol yang terdiri dari 3 stom karbon dengan setiap atom karbon mengikat satu gugus hidroksil. Asam lemak memiliki rangka karbon panjang, biasanya 16 atau 18 karbon, dengan gugus karboksil pada bagian ujungnya. Lemak terbentuk bila asam lemak berikatan dengan setiap gugus karboksil pada gliserol dan menghasilkan ikatan ester. Hasil dari reaksi ini adalah triasilgliserol. Seringkali dalam pembahasan nutrisi kita mengenal istilah lemak jenuh dan lemak tak jenuh. Kondisi tersebut dibentuk oleh jumlah ikatan rangkap yang terdapat pada asam lemak. Lemak tak jenuh memiliki satu atau lebih ikatan rangkap pada asan lemaknya.  Protein merupakan suatu zat makanan yang penting bagi tubuh, karena zat ini disamping berfungsi sebagai bahan bakar dalam tubuh juga berfungsi sebagai zat pembangun dan pengatur. Protein adalah sumber asam-asam amino yang mengandung unsur C, H, O, dan N yang tidak dimiliki oleh lemak dan karbohidrat. Protein disusun oleh 20 asam amino essensial membentuk ikatan peptida.
Asam nukleat adalah makromolekul terbesar dalam sel, berupa polimer linier sangat panjang disebut juga polinukletida yang terdiri dari 10⁶ atau lebih nukleotida. Nukleotida terdiri dari molekul gula dengan 5 atom C (pentosa), satu atau lebih gugus fosfat, dan basa nitrogen. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) dan Asam ribonukleat (RNA). Asam Deoksiribonukleat (DNA) merupakan asam nukleat yang mengandung informasi genetik dan biasanya dalam bentuk kompleks nukleoprotein (DNA-protein) yang disebut kromosom. Tiap kromosom membawa informasi genetik yang dibutuhkan pada sintesis senyawa yang diperlukan untuk pemeliharaan, pertumbuhan dan replikasi sel. DNA merupakan molekul yang sangat besar dengan struktur sederhana, berupa 4 subunit nukleotida yang terikat dalam suatu rantai dengan urutan tertentu. Urutan nukleotida dalam DNA berfungsi sebagai sandi untuk menyampaikan semua informasi kepada sel guna membuat segala sesuatu untuk kebutuhan kehidupannya. Asam ribonukleat (RNA) berperan sebagai pembawa bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik.