Biologi Dasar - Kimiawi Kehidupan

MAKALAH BIOLOGI DASAR

KIMIAWI KEHIDUPAN

DI SUSUN OLEH KELOMPOK 1:

KHUSILA ZULHADI

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SAMAWA

SUMBAWA BESAR

KATA PENGANTAR

           Puja dan Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga makalah ini dapat terselesaikan tepat waktu. Makalah tentang ”Konteks Kimiawi Kehidupan“ ini diajukan guna memenuhi tugas mata kuliah Biologi Dasar.    

           Ucapan terimakasih pula kami sampaikan kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penyelesaian makalah ini baik yang berupa materi maupun yang berupa gagasan sehingga makalah ini dapat mencangkup semua pokok pembahasan. Khususnya kepada dosen pembimbing yang telah memberikan masukan-masukan yang berharga demi kesempurnaan makalah ini.

           Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna. Oleh Karena itu, kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua.

Sumbawa Besar,  September  2012

Penyusun

    

BAB I

PENDAHULUAN

                                          

1.1  Latar Belakang

Mengingat betapa kompleknya kehidupan di bumi,kita mungkin menduga organisme memiliki banyak sekali keragaman molekul. Akan tetapi, secara luar biasa molekul-molekul besar yang teramat penting bagi semua organuisme hidup mulai ndari bakteri sampai gajah tergolong dalam empat kelas utama saja.

            Air merupakan medium universal bagi kehidupan di bumi, organisme hidup misalnya tumbuhan dan kumbang triolobita yang tersusun atas zat-zat kimia yang sebagian besar didasari unsur karbon. Karbon memasuki biosfer melalui kerja tumbuhan,yang menggunalkan ennergi surya untuk mengubah karbondioksida di atmosfer menjadi molekul-molekul kehidupan. Molekul-molekul ini diteruskan ke hewan yang memakan tumbuhan. Hal inilah yang membuat molekul begitu penting dalam ranah kehidupan.

Diantara semua unsur kimia,karbon tidak tersaingi dalam kemampuannya membentuk ,molekul-molekul yang besar, kompleks dan beranekaragam.

1.2  Rumusan Masalah

1.1.   Bagaimanakah konteks kimiawi terhadap kehidupan ?

1.2.   Bagaimana polaritas molekul air menghasilkan ikatan Hidrogen?

1.3.   Bagaimana pembentukan ikatan Karbon dan keanekaraman molekuler?

1.4.   Bagaimana sturktur dan fungsi molekul biologis berukuran besar?

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Konteks Kimiawi Kehidupan

2.1.1.      Materi terdiri atas unsur-unsur kimia

Setiap organisme tersusun atas materi (matter) yaitu segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Materi terdapat dalam berbagai bentuk, misalnya batu, logam, minyak, dan gas.

Materi terdiri atas unsur-unsur, dimana unsur (element) adalah zat yang tidak dapat dipecah lagi menjad zat lain oleh reaksi kimia. Saat ini ahli kimia telah mengenali 92 unsur yang ada di alam, contohnya emas, tembaga, karbon, dan oksigen. Setiap unsur memiliki simbol, biasanya satu atau dua huruf pertama dari namanya.    

Senyawa (compound) adalah zat yang terdiri dari dua atau lebih unsur berbeda yang berkombinasi dalam rasio tetap. Garam dapur misalnya, adalah natrium klorida (NaCl) senyawa yang tersusun daru unsure natrium (Na) dan klorida (Cl) dengan rasio 1;1. Natrium murni adalah logam sedangkan klorin murni adalah gas beracun. Akan tetapi, ketika terkombinasi secara kimia natrium dan klorin membentuk senyawa yang dapat dimakan. Contoh lain dari senyawa adalah air (H₂O) yang terdiri dari unsure hidrogen (H) dan oksigen(O) dengan rasio 2:1.

2.1.2.      Sifat Unsur Bergantung Pada Struktur Atom-Atomnya

Setiap unsur terdiri dari atom jenis tertentu yang berbeda dari atom- atom unsur lain. Atom adalah unit terkecil materi yang masih mempertahankan sifat suatu unsur. Atom sedemikian kecil sehingga untuk menyamai lebar titik di ujung kalimat ini diperlukan jejeran sekitar sejuta atom. Kita menyimbulkan atom dengan singkatan yang sama dengan yang digunakan untuk unsur yang tersusun dari atom-atom ini. Misalnya, simbol C berarti unsur karbon maupun satu atom karbon tunggal.

Walaupun atom adalah unit terkecil yang memiliki sifat unsur, bagian materi yang sangat kecil ini tersusun dari bagian yang lebih kecil lagi disebut partikel subatom. Para ahli fisika telah menguraikan atom menjadi lebih dari 100 macam partikel, namun hanya 3 jenis partikel yang relevan dalam pembahasan ini : neutron, proton, dan elektron. Proton dan elektron bermuatan listrik. Setiap proton memiliki satu unit muatan positif, sementara setiap elektron memiliki satu unit muatan negatif. Neutron, seperti yang ditunjukkan oleh namanya bersifat netral.

Proton dan neutron dikemas secara berdekatan dalam inti, atau nukleus atom (atomic nucleus), yang rapat, dipusat atom. Elektron membentuk semacam awan bermuatan negatif disekeliling nukleus, dan tarik menarik antara muatan-muatan berlawanlah yang menjaga elektron tetap berada disekitar nukleus. Atom dan pertikel subatom (dan juga molekul) kita menggunakan satuan besaran yang disebut Dalton, sebagai penghormatan terhadap John Dalton, ilmuan inggris yang membantu mengembangkan teori atom sekitar tahun 1800 (Dalton sama dengan  satuan massa atom atau sma, satuan yang mungkin sudah pernah).

Atom dari berbagai unsur berbeda dalam jumlah partikel subatomnya.  Semua atom dari unsur tertentu memiliki jumlah atom yang sama dalam nukleusnya. Jumlah proton ini, yang hanya di miliki oleh unsur tersebut  di sebut nomor atom dan di tulis sebagai subskrip di sebelah kiri simbol unsur. Misalnya 2He menunjukkan bahwa atom unsur Helium memiliki 2 proton dalam nukleusnya. Atom di katakan bersifat netral apabila dalam atom jumlah proton =  jumlah elektron.

Sedangkan untuk nomor massa ( Mass Number ) yang merupakan penjumlahan proton dan neutron dalam nukleus atom. Nomor massa  di tulis sebagai super skrip di sebelah kiri simbol unsur. Misalnya ⁴₂He karena nomor atom mengindikasikan jumlah proton, kita dapat menentukan jumlah neutron dengan mengurangi nomor massa dengan nomor atom. Dapat di tuliskan rumusnya :

^A_zx

Keterangan : X = Lambang unsur

                      A = Nomor massa unsur

                      Z = nomor atom unsure

Maka untuk menentukan jumlah neutron digunakan rumus n = A-Z

Misalnya ²³ ₁₁ Na artinya unsur Na mempunyai Z = 11, A=23, dan n = 23 –  11 = 12 dan p = 11 serta e = 11.

Semua atom dari suatu unsur tertentu memiliki jumlah proton yang sama, namun beberapa atom memiliki lebih banyak neutron dari pada atom-atom lain dari unsur yang sama, dan karena itu memiliki massa yang lebih besar. Bentuk-bentuk atom yang berbeda ini disebut Isotop (Isotopes) unsur tersebut. Dengan kata lain isotop adalah atom-atom unsur yang mempunyai nomor atom sama tetapi nomor massanya berbeda.

Contoh : ¹²₆ C dan ¹³₆ C

Ketika dua atom saling mendekat dalam reaksi kimia, nukleus kedua atom tidak menjadi cukup dekat untuk bisa berinteraksi. Dari tiga macam partikel subatom yang telah kita bahas, hanya elektron yang terlibat langsung dalam reaksi kimia diantara atom-atom.

Jumlah energi yang dimiliki elektron-elektron suatu atom dapat bervariasi. Energi didefinisikan sebagai kapasitas yang menyebabkan perubahan, misalnya dengan melakukan kerja. Energi potensial adalah energi yang dimiliki materi karena lokasi atau strukturnya. Misalnya, air dalam reservoir di bukit memiliki energi potensial karena ketinggiannya. Ketika pintu bendungan reservoir dibuka dan air mengalir menuruni bukit energi air dapat digunakan untuk melakukan kerja, misalnya memutar generator. Karena energi telah dipakai air didasar bukit memiliki lebih sedikit energi dari pada didalam reservoir. Materi memiliki kecendrungan alami untuk bertindak ke kondisi energi potensial terendah yang dimungkinkan, dalam contoh inin air menuruni bukit.

Elektron-elektron suatu atom memiliki energi potensial karena susunan terhadap nukleus. Elektron yang bermuatan negatif ditarik ke nukleus yang bermuatan positif. Diperlukan kerja untuk menggerakkan elektron tertentu agar menjauhi nukleus, sehingga semakin jauh elektron dari nukleus, semakin besar pula energi potensialnya. Tidak seperti aliran air yang terus menerus menuruni bukit, perubahan energi potensial elektron hanya dapat terjadi dalam langkah-langkah berjumlah tetap.

Tingkat energi suatu elektron berkolerasi dengan jarak rata-ratanya dari nukleus. Elektron ditemukan pada kulit-kulit elektron (electron shell) yang berbeda, masing-masing dengan jarak rata-rata dan tingkat energi yang khas. Berdasarkan teori atom Bohr, elektron yang berada disekitar inti atom yang mempunyai energi tertentu yang disebut kulit atom. Setiap kulit dinyatakan dengan lambang berturut-turut, dimulai dengan yang terdekat inti atom, yaitu kulit K (ke-1), kulit L (ke-2), kulit M (ke-3), dan seterusnya.

Kulit menunjukkan tingkat energi elektron, kulit K memiliki tingkat energi terendah. Makin jauh dari inti atom, makin tinggi tingkat energi elektron. Suatu elektron dapat berpindah ke kulit energi yang lain, dengan cara menyerap atau melepaskan sejumlah energi yang setara dengan perbedaan energi potensial antara posisi dikulit lama dan psis dikulit baru. Ketika menyerap energi, elektron berpindah ke kulit yang lebih jauh dari nukleus. Misalnya, Energi cahaya dapat mengetitasi elektron ketingakat energi yang lebih tinggi. Bahkan inilah langka pertama yang di ambil tumbuuhan ketika menangkap cahaya matahari untuk proses potosintesis, Proses yang menghasilkan makanan dari karbondioksida dan air.

Prilaku kimiawi atom ditentukan oleh distribusi elektron dalam kulit-kulit elektron atom dan jumlah  elektron pada kulit terluarnya. Kita menyebut elektron terluar adalah elektron valensi, sementara kulit elektron terluar disebut kulit valensi. Dalam kasus litium, hanya ada satu elektron valensi dan kulit keduanya adalah kulit valensi. Atom-atom dengan jumlah elektron yang sama dalam kulit valensinya menunjukkan prilaku kimiawi yang mirip. Misalnya, fluorin (F) dan clorin (Cl) sma-sama memiliki 7 elektron valensi dan keduanya membentuk senyawa ketika dikombinasikan dengan unsus natrium. Suatu atom dengan kulit valensi yang lengkap tidaklah reaktif, artinya atom ini tidak mudah berinteraksi dengan atom lain. Misalnya neon (₁₀Ne = 2,8)  dan argon (₁₈Ar = 2,8,8). Unsur ini memiliki kulit valensi penuh sehingga disebut dengan lembam, yang berarti tidak reaktif secara kimia.

Pada awal tahun 1900-an, kulit elektron atom di visualisasikan sebagai jalur-jalur konsentrik elektron mengililingi nukleus, agak mirip dengan planet yang mengorbit di sekitar matahari. Ruang dimensi 3 tempat suatu elektron menghabiskan 90% waktunya disebut orbital. Setiap kulit elektron mengandung elektron-elektron pada tingkat energi tertentu, terdistribusi diantara sejumlah orbital spesifik dengan bentuk dan orientasi tersendiri. Kulit elektron pertama memiliki hanya 1 orbital s berbentuk bulat ( disebut 1 s ), namun kulit ke -2 memiliki 4 orbital, 1 orbital s bulat besar ( disebut 2 s ), dan 3 orbital p berbentuk dumbblle ( disebut orbital 2 p ).

Tidak lebih dari 2 elektron dapat menempeti 1 orbital. Dengan demikian, kulit elektron pertama dapat menampung pling banyak 2 elektron dalam orbital s. Elektron pada masing-masing orbital memiliki energi yang hampir sama besar, namun bergerak dalam volume ruang yang berbeda-beda.

2.1.3.      Pembentukan dan fungsi molekul bergantung pada ikatan kimia antar atom

Setelah mempelajari struktur atom, sekarang kita dapat bergerak melihat bagaimana atom berkombinasi unrtuk membentuk molekul dan senyawa ionik. Atom dengan kulit valensi tak lengkap dapat berinteraksi dengan atom lain tertentu sedemikian rupa sehingga masing-masing mempunyai kulit valensi yang lengkap. Atom-atom tersebut menggunakan bersama atau mentransfer elektron valensi. Interaksi ini biasanya mengakibatkan atom-atom menjadi tetap berdekatan, ditahan oleh gaya tarik menarik yang disebut ikatan kimia. Jenis-jenis ikatan kimia terkuat adalah ikatan kovalen dan ionik.

·      Ikatan Kovalen

Ikatan Kovalen adalah ikatan yang terjadi akibat penggunaan bersama pasangan elekton oleh dua atom. Dalam menggambarkan ikatan kovalen dengan titik (.) atau silang kecil (x).

Contoh :

Rumus Lewisnya : H _.^x H

      Rumus Strukturnya : H-H

Setiap atom yang dapat berbagi elektron valensi memiliki kapasitas pengikatan yang sesuai dengan jumlah ikatan kovalen yang dapat dibentuk oleh atom ini. Ketika ikatan tersebut terbentuk, elektron pada kulit valensi atompun menjadi lengkap. Kapasitas pengikatan ini disebut valensi atom.

Gaya tarik atom jenis tertentu terhadap elektron-elektron terhadap elektron-elektron pada satu ikatan kovalen disebut elektronegativitas. Semakin elektronegatif suatu atom, semakin kuat pula atom ini menarik elektron-elektron yang digunakan bersama kearah dirinya sendiri.

·      Ikatan Ionik

Ikatan Ionik adalah ikatan yang terbentuk akibat gaya elektrostatis antar ion yang berlawanan muatan (ion positif dengan ion negatif ) sebagai akibat serah terima elektron dari suatu atom ke atom lain. Ikatan atom dapat terbentuk antara unsur yang mudah melepaskan elektron (unsur logam) dengan unsur yangmudah menerima elektron (unsur nonlogam).

Contonya :

Pembentukan Senyawa NaCl :

₁₁Na (2 8 1)        Na⁺ (2 8) + e

₁₇Cl (2 8 7)        Cl^- (2 8 8)

Na⁺ + Cl^-              NaCl

·      Bentuk dan Fungsi Molekul

Suatu molekul memiliki ukuran dan bentuk yang khas. Bentuk tepat dari suatu molekul biasanya sangat penting bagi fungsi dalam sel hidup. Molekul yang terdiri atas dua atom, misalnya H₂ atau O₂ seluruh linear.

2.1.4.       Reaksi kimia membentuk dan memutus ikatan kimia

Pembentukan dan pemutusan ikatan kimia, yang menyebabkan perubahan komposisi materi, disebut reaksi kimia. Salah satu contohnya adalah reaksi antara hidrogen dan oksigen yang membentuk air :

2H₂ + O₂    2H₂O

                                       Reaktan                 Produk

                        Reaksi ini memutus ikatan kovalen antara H₂ dan O₂ serta membentuk ikatan baru pada H₂O. Saat kita menuliskan suatu reaksi kimia, kita menggunakan anak panah untuk menunjukan perubahan materi awal, disebut reaktan, menjadi produk.

                        Fotosintesis yang berlangsung dalam sel-sel dari jaringan tumbuhan hijau, adalah contoh yang sangat penting mengenai bagaimana reaksi kimia menyusun ulang materi. Manusia dan hewan lain pada dasarnya bergantung pada  fotosintesis untuk memperoleh makanan dan oksigen, dan proses ini merupakan pondasi hampir semua ekosistem.   

2.2. Air dan Kecocokan Lingkungan Bagi Kehidupan

2.2.1.      Polaritas Molekul Air Menghasilkan Ikatan Hidrogen

        Air ada dimana-mana sehingga mudah sekali untuk melihat fakta bahwa air merupakan zat istimewa dengan banyak sifat yang luar biasa. Dengan mengikuti tema sifat emergen ( sifat yang muncul ).Kita dapat meruntut perilaku unik air ke struktur dan interaksi molekul-molekulnya.Molekul air tampak sederhana, bentuknya   seperti V lebar , dengan dua atom hydrogen yang digabungkan kesatu atom oksigen oleh ikatan kovalen tunggal.

Sifat anomaly air timbul dari tarik-menarik antara molekul-molekul polarnya.Hidrogen yang agak positif pada satu molekul tertarik oleh oksigen yang agak negative pada molekul yang berdekatan. Iktan hydrogen terbentuk, putus, dan trbentuk dengan frekuensi tinggi. Setiap ikatan hydrogen bertahan hanya beberapa pertrilliun detik, namun molekul-molekul it uterus-menerus membentuk iktan hydrogen nun baru dengan molekul lain.

2.2.2.      Empat Sifat Emergen Air Berkontribusi Dalam Kecocokan Bumi Bagi Kehidupan

1.      Kohesi

      Molekul-molekul ini tetap saling berdekatan akibat ikatan hydrogen.Tautan ini menjadikan air lebuh terstruktur daripada sebagian besar cairan yang lain.Secara kolektif, ikatan-ikatan hydrogen tersebut mempertahankan keutuhan air,fenoma yang disebut kohesi.

        Kohesi akibat ikatan hidrogen berkontribusi dalam pengangkutan air dan nutrient terlarut melawan gravitasi dalam tumbuhan. Air dan akar mencapai daun melalui jejaring sel-sel pengangkut air.Ketika air menguap dari daun, ikatan hydrogen menyebabkan molekul air yang meninggalkan pena menarik molekul-molekul yang terletak lebih kebawah, dan tarikan keatas diteruskan ini melalui sel-sel pengangkutan air sampai keakar.Adhesi,melekatnya suatu jenis zat kezat lain juga berperan.

        Tegangan permukaan yang terkait denga kohesi, adalah ukuran seberapa sulit merenggangkan atau menguraikan permukaan cairan. Ini menjadikan air berprilaku seolah-olah diselubungi oleh lapisan yang tak terlihat. Dalam contoh biologi yang  lebih jelas, beberapa hewan dapat berdiri, berjalan,atau berlari di atas air tanpa menguraikan permukaan.

2.      Moderasi Suhu

Air memoderasi suhu ( mengurangi perubahan suhu yang ekstrim ) udara dengan cara menyerap panas dari udara yang lebih hangat dan melepaskan panas yang tersimpan keudara yang lebih sejuk. Air merupakan penampung   panas yang efektif karna dapat menyerap atau melepaskan panas dalam jumlah yang relative besar dengan hanya mengalami  sedikt perubahan suhu.

Apapun yang bergerak memiliki energi kinetik, yaitu energi gerak. Atom dan molekul memiliki energi kinetik karena selalu bergerak, walaupun tidak harus dengan arah tertentu. Semakin cepat molekul bergerak, semakin besar pula energi kinetiknya. Setiap kali dua benda bersuhu berbeda di dekatkan, panas berpindah dari benda yang lebih hangat kebenda yang lebih dingin sampai suhu keduanya sama.

Molekul-molekul pada benda yang lebih dingin menjadi lebih cepat berkat energy kinetik dari benda yang lebih hangat. Es batu yang mendinginkan minuman bukan karna menambah dingin kecairan,  namun menyerap panas dari cairan ketika es situ mencair.

 Kemampuan air untuk menstabilkan suhu berasal dari panas jenisnya yang relative tingggi. Panas jenis disebut juga kalor jenis, atau panas spesifik. Suatu zat didefinisikan sebagai jumlah panas yang harus diserap atau dilepaskan agar satu G air mengalami perubahan suhu sebesar 1 derajat C.

       Molekul-molekul cairan apapun tetap berdekatan karna tarik-menarik satu sama lain. Molekul yang bergerak cukup cepat untuk mengatasi tarik-menarik ini dapat meninggalkan cairan dan memasuki udara sebagai gas.

 Panas penguapan disebut juga kalor penguapan adalah kuantititas panas yang harus diserap satu G cairan agar berubah dari wujud cairan menjadi gas. Jumlah energy besar yang dibutuhkan untuk menguapkan air memiliki banyak efek. Misalnya, pada skala global, hal tersebut membantu memoderasi iklim bumi. Ketika cairan menguap, permukaan cairan yang tersisa akan mendingin. Pendinginan evaporative atau pendinginan akibat penguapan ini terjadi karena molekul-molekul terpanas, yang memiliki energy kinetic tertinggi, yang paling mungkin terlepas sebagai gas.

3.      Insulasi Badan Air oleh Es yang Mengapung

     Air adalah satu dari sedikit zat yang mempunyai densitas ( kerapatan ) lebih rendah saat berwujud padatan daripada zat berwujud cairan.Ketika es menyerap panas yang cukup sehingga suhunya naik diatas 0 derajat C, ikatan hydrogen diantara molekul-molekul terganggu.Ketika Kristal runtuh, es akan mencair,dan molekul-molekul manjadi bebas untuk saling mendekat.

      Kemampuan es untuk mengapung akibat pemuaian air ketika mamadat merupakan factor penting dalam kecocokan lingkungan bagi kehidupan. Jika es tenggelam maka pada akhirnya semua kolam, danau, bahkan samudra akan membeku, sehingga kehidupan seperti yang kita ketahui diBumi pun semakin mustahil.

4.      Pelarut Kehiduapan

        Sebongkah gula batu yang ditempatkan dalam segelas air akan terlarut. Gelas akan mengandung campuran seragam gula dan air. Konsentrasi gula terlarut akan sama disetiap bagian cairan. Cairan yang sepenuhnya merupakan campuran homogeny dari 2 zat atau lebih disebut sebagai larutan. Agen yang melarutkan dalam suatu larutan disebut pelarut, sedangkan zat yang dilarutkan disebut zat terlarut. Larutan berpelarut air adalah larutan dengan air sebagai pelarut.

       Molekul-molekul air yang mengelilingi setiap ion terlarut akan membentuk suatu bulatan disebut kulit hidrasi.Air yang bekerja kearah dalam dari permukaan setiap keristal garam, akhirnya akan melarutkan semua ion.

Hasil yang diperoleh adalah larutan yang terdiri dari 2 zat terlarut, kation natrium dan anion klorida, yang bercampur secara homogen dengan air, yang nerupakan pelarut. Senyawa ionok juga larut dalam air. Air laut, misalnya mengandung berbagai macam ion terlarut, demikian pula dengan sel-sel hidup.

5.      Zat Hidrofilix dan Zat Hidrofobig

Zat apapun yang memiliki apinitas terhadap air tersebut hidropilik . pada beberapa kasus, zat dapat bersipat hidropilik tanpa benar-benar larut. Misalnya, beberapa molekul dalam sel sedemian besar sehingga tidak dapat larut. Sebagai gantinya, molekul-molekul itu tetap trsuspensi dalam cairan berpelarut air dalm sel.

 Campuran semacam itu merupakan  contoh koloit. Suspensis stabil partikel-partikel halus dalam cairan cantoh lain zat hidropilik yang tidak larut adalah katun, sejenis produk tumbuhan. Dengan demikian, handuk katun bagus sekali untuk mengeringkan tubuh, namun tidak larut ketika dicuci.

6.      Konsentrasi zat terlarut dalam larutan berpelarut air

Keuntungan praktis mengukur kuantitas zat kimia dalam mol adalah bahwa 1 mol suatu zat memiliki jumlah molekul yang sama dengan satu mol zat apapun. Jika massa molekul zat A adalah 342 Dalton dan massa molekul zat B adalah 10 Dalton, maka 342 gram zat A akan memiliki jumlah molekul yang sama dengan 10 gram zat B. Mengukur dalam satu mol mempermudah ilmuan yang bekerja di laboratorium untuk mengkombinasikan zat-zat dalam rasio molekul yang tetap.

7.      Ancaman Terhadap Kualitas Air di Bumi

Mengingat ketergantungan semua kehidupan pada air, pencemaran sungai, danau, laut, dan hujan merupakan masalah lingkungan yang serius. Banyak ancaman terhadap kualitas air diakibatkan oleh aktivitas manusia. Misalnya, pembakaran bakar vosil (batu bara, minyak bumi, dan gas). Praktek ini, yang semakin meningkat revolusi industri pada tahun 1800, melepaskan senyawa-senyawa gas ke atmosfer, termasuk banyak sekali CO_2.

Pembakaran bahan bakar vosil adalah sumber utama sulfur oksida dan dinitrogen oksida. Senyawa-senyawa ini bereaksi dengan air di udara untuk membentuk asam kuat, yang turun ke bumi bersama hujan atau salju. Presipitasi asam adalah sebutan untuk hujan, salju atau kabut dengan pH yang lebih rendah. Presipitasi asam dapat merusak kehidupan di danau dan di sungai. Selain itu, presipitasi asam yang turun yang datang memberi pengaruh buruk pada kimia tanah dan telah memakan korban beberapa hutan di Amerika Utara dan Eropa.

Meskipun demikian, beberapa peneliti mengindikasikan bahwa mayoritas hutan di Amerika Utara saat ini tidak telalu menderita akibat pretipitasi asam, sebagian besar berkat amandemen yang dibuat pada tahun 1990 terhadap Clean Air Act.

2.3.Karbon dan Keanekaragaman Molekuler Kehidupan

2.3.1.      Kimia organik adalah cabang sains yang mempelajari senyawa karbon

Senyawa yang mengandung karbon disebut bersifat organik, dan cabang kimia yang dikhususkan untuk mempelajari senyawa-senyawa karbon disebut kimia organik. Sebagian besar senyawa organic mengandung atom hidrogen selain atom karbon. Sains kimia organik mulanya dari usaha memurnikan dan meningkatkan hasil produk-produk semacam itu.

Pada awal 1800-an, ahli kimia telah belajar membuat banyak senyawa sederhana di laboratorium dengan cara mengkombinasikan unsur-unsur dalam kondisi yang tepat. Saat itu, ahli kimia Swedia, membedakan senyawa organik, yang dianggap hanya dibuat dalam organisme hidup, dan senyawa anorganik, yang ditemukan hanya pada benda-benda tak hidup. Vitalisme, kepercayaan yang menyatakan bahwa ada ‘ruh kehidupn’ di luar batas hukum-hukum fisika dan kimia, menjadi landasan cabang sains baru yang disebut kimia organik.

Para ahli kimia mulai menyingkirkan sedikit demi sedikit landasan vitalisme ketika mereka pada akhirnya mempelajari cara menyintesis senyawa organik di laboratorium. Seorang ahli kimia Jerman mencoba membuat sejenis garam ‘anorganik’. Pada penelitiannya ini, ia justru memperoleh urea, senyawa organik yang terdapat dalam urin hewan. Vitalisme runtuh sepenuhnya setelah para ahli kimia selama beberapa dasawarsa berhasil melakukan sintetis bebrapa senyawa organic yang semakin kompleks di laboratorium.

Para perintis kimia organik membantu menggeser aliran-utama pemikiran biologis dari vitalisme ke mekanisme, pandangan bahwa hukum-hukum fisika dan kimia mengatur semua fenomena alam, termasuk proses-proses kehidupan. kimia organik didefinisi-ulang sebagai cabang sains yang mempelajari senyawa-senyawa karbon, terlepas dari asalnya. Landasan kimia organik bukanlah ‘ruh kehidupan’ yang tidak nyata, melainkan keserbabisaan kimiawi yang unik dari unsur karbon.

2.3.2.      Atom karbon dapat membentuk beranekaragam molekul dengan cara berikatan dengan empat atom lain.

Karbon memiliki 6 elektron, 2 elektron pada kulit pertama dan 4 pada kulit kedua. karena memiliki 4 elektron valensi pada suatu kulit yang bisa menampung 8 elektron, karbon biasanya menyumbangkan atau menerima 4 elektron untuk melengkapi kulit valensinya dan menjadi ion. atom karbon biasanya melengkapi kulit valensinya dengan cara menggunakan 4 elektronnya bersama dengan atom-atom lain dalam ikatan kovalen sehingga terdapat 8 elektron.

Ikatan-ikatan ini mungkin mencakup ikatan kovalen tunggal maupun rangkap. ketika atom karbon membentuk empat ikatan kovalen tunggal, susunan keempat orbital hibridnya menyebabkan ikatan-ikatan tersebut membentuk sudut pada 4 pojokan suatu tetrahedron. Sudut ikatan dalam metana (CH₄) adalah 109,5º, sudut ini kurang lebih sama pada sekelompok atom apa pun ketika karbon yang memiliki empat ikatan tunggal. Misalnya, etana (C₂H₆) berbentuk seperti dua tetrahedron yang bertumpang tindih. Valensi unsur-unsur utama molekul organik menunjukkan valensi karbon dan mitranya yang paling sering adalah oksigen, hidrogen dan nitrogen.

Rantai karbon membentuk rangka sebagian besar molekul organik. Memilik panjang yang bervariasi, dan bisa berbentuk lurus, bercabang, atau tersusun membentuk cincin tertutup. Hidrokarbon adalah molekul organik yang hanya terdiri dari karbon dan hidrogen. Hidrokarbon merupakan komponen utama minyak bumi, yang disebut bahan bakar fosil karena terdiri dari sisa-sisa organisme yang hidup jutaan tahun lalu dan baru terurai sebagian. Walaupun hidrokarbon tidak mendominasi organisme hidup, banyak molekul organik suatu sel memiliki wilayah yang hanya terdiri dari karbon dan hidrogen. Minyak bumi maupun lemak tidak larut dalam air, keduanya merupakan hidrofobik karena sebagian besar ikatannya merupakan tautan karbon dengan hidrogen yang relatif nopolar.

Isomer-isomer struktur berbeda dalam susunan kovalen atom-atomnya. Jumlah kemungkinan isomer sangat meningkat seiring peningkatan ukuran rangka karbon. Isomer-isomer geometrik memiliki hubungan kovalen yang sama, namun berbeda dalam susunan spasialnya. Ikatan tunggal memungkinkan atom-atom yang digabungkannya untuk berotasi secara bebas di sekeliling sumbu ikatan tanpa mengubah senyawa. Kebalikannya, ikatan rangkap tidak memungkinkan rotasi semacam itu, sehingga menghasilkan kemungkinan adanya isomer-isomer geometrik.

Enantiomer adalah isomer-isomer yang merupakan bayangan cermin satu sama lain. Konsep enantioner penting dalam industri farmasi, karena kedua enantiomer suatu obat mungkin tidak sama efektif. Dalam beberapa kasus, salah satu isomer mungkin menimbulkan efek berbahaya. Efek enantioner yang berbeda-beda dalam tubuh menunjukkan bahwa organisme sensitif bahkan terhadap variasi arsitektur molekular sekecil apapun.

2.3.3.      Sejumlah kecil gugus kimia merupakan kunci bagi fungsi molekul biologis.

Kita dapat menganggap hidrokarbon, molekul organik paling sederhana, sebagai bingkai kerja dasar bagi molekul-molekul organik yang lebih kompleks. Beberapa gugus kimia dapat menggantikan satu atau lebih hydrogen yang terikat oada rangka karbon hidrokarbon. Gugus ini dapat berpartisipasi dalam reaksi kimia atau dapat berkontribusi bagi fungsi molekul secara tidak langsung melalui efek-efeknya terhadap bentuk molekul. Jumlah dan susunan gugus membantu mamberikan cirri pada setiap molekul.

·         Gugus kimia yang paling penting dalam  proses kehidupan

Mari kita lihat perbedaan antara testosterone dan estradiol (sejenis estrogen). Testoteron merupakan hormone seks jantan sedangkan ekstradiol merupakan hormone seks betina, pada manusia dan vertebrata lain.Hormon-hormon seks ini berbeda hanya dalam gugus kimia yang melekat pada cincin-cincin tersebut.

Perbedaan kerja kedua molekul ini ada banyak target diseluruh tubuh meembantu menghasilkan cirri-ciri jantan dan betina yang berbeda.Gugus-gugus kimia yang penting ini dikenal sebagai gugus fungsional. Setiap gugus fungsional berpartisipasi dalam reaksi kimia dengan cara yang khas, yang berbeda antara satu molekul organic dengan molekul  organic lain.

·         ATP : Sumber Penting Energi Untuk Proses Selular

Sejenis fosfat organic yang lebih rumit, adenosin trifosfat ,atau ATP, layak disebutkan karena fungsinya dalam sel sedemikian penting. ATP terdari dari suatu molekul organic yang disebut adenosine, yang melekat pada deretan tiga gugus fosfat. Jika tiga gugus tersusun dalam rangkain, seperti dalam ATP, satu fosfat dapat terputus akibat reaksi dengan air.

2.4.   Struktur dan Fungsi Molekul Biologis Berukuran Besar

2.4.1.  Polimer dan Makromolekul

Polimer merupakan senyawa yang besar dan terbentuk dari hasil penggabungan sejumlah unit molekul terkecil (monomer). Polimer juga disebut senyawa makromolekul.

2.4.2.  Karbohidrat

        Karbohidrat merupakan golongan senyawa yang terdiri atas unsur-unsur C, H, dan O serta mempunyai rumus umum C_n(H₂O)_m. Karbohidrat dibedakan menjadi 3 sebagai berikut :

1.      Monosakarida

Monosakarida merupakan karbohidrat paling sederhana karena molekulnya terdiri atas beberapa atom C dan tidak dapat diuraikan dengan cara hidrolisis menjadi karbohidrat yang lain. Contonya : glukosa, galaktosa, dan fruktosa.

2.      Disakarida

Disakarida merupakan karbohidrat yang terbentuk dari dua molekul monosakarida yaang berikatan melalui gugus –OH dengan melepaskan molekul air. Contohnya : sukrosa, laktosa, dan maltosa.

3.      Polisakarida

Merupakan polimer alam yang terbentuk dari banyak sakarida dari monomernya. Contonya : selulosa, glikogen, dan amilum.

2.4.3.  Lemak

Lemak atau lipid adalah senyawa biomolekul yang digunakan sebagai sumber energi dan merupakan komponen struktural penyusun membran serta sebagai pelindung vitamin atau hormon. Lemak dibedakan menjadi trigliserida, fosfolifid, steroid, dan lipoprotein. Trigliserida sering disebut lemak atau minyak, disebut lemak jika pada suhu kamar berwujud padat dan sebaliknya disebut minyak jika pada suhu kamar berwujud cair.

Lemak tersusun oleh asam lemak jenuh, yaitu asam lemak yang tidak memiliki ikatan rangkap, sementara minyak tersusun atas asam lemak tidak jenuh. Asam lemak jenuh lebih berbahaya dari pada asam lemak tak jenuh, karena berpotensi meyebabkan jantung berkoroner atau hipertensi.

2.4.4.  Protein

Merupakan senyawa polimer dengan monomernya berupa asam amino. Protein mempunyai peranan penting bagi tubuh diantaranya sebagai berikut :

1.      Pengangkut oksigen ke sel

2.      Cadangan makanan

3.      Penggerak Otot

4.      Pelindung jaringan dibawahnnya

2.4.5.  Asam Nukleat

Kedua tipe asam nukleat yaitu DNA dan RNA memungkinkan organisme hidup mereproduksi komponen-komponen kompleksnya dari satu generasi ke generasi berikutnya. DNA merupakan satu-satunya molekul yang menyediakan arahan untuk replikasi dirinya sendiri. DNA juga mengarahkan sintesis DNA melalui RNA mengontrol sintesis protein.

DNA adalah materi genetik yang diwarisi oleh organisme dari induknya. Setiap kromosom mengandung satu molekul DNA panajng, biasabya mengandung beberapa ratus gen atau lebih. Ketika sel mereproduks diri sendiri melalui pembelahan, molekul DNA nya disalin dan diteruskan dari satu generasi ke generasi berikutnya. 

BAB III

PENUTUP

3.1.      Kesimpulan

Ø Setiap organisme tersusun atas materi (matter) yaitu segala sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Materi terdapat dalam berbagai bentuk, misalnya batu, logam, minyak, dan gas. Materi terdiri atas unsur-unsur kimia dalam bentuk murni  maupun kombinasi yang disebut senyawa. Dan sifat suatu unsur bergantung pada struktur atom-atomnya.

Ø Ikatan Hidrogen terbentuk ketika oksigen yang bermuatan agak negatif pada suatu molekul air ditarik ke hidrogen yang bermuatan positif pada molekul didekatnya. Ikatan hidrogen pada molekul-molekul air merupakan dasar dari berbagai sifat air yang tidak biasa.

Ø Atom Karbon dapat membentuk beraneka ragam molekul dengan cara berikatan dengan 4 atom lainnya

Ø Karbohidrat, protein, lemak, dan asam nukleat merupakan makromolekul yang memiliki manfaat masing-masing bagi kehidupan manusia.

DAFTAR PUSTAKA

Campell.dkk.2008.Biologi Edisi Kedelapan Jilid 1.Jakarta : Erlangga

Sulami, Emi dan Anis Dyah R.2010.Detik-Detik Ujian Nasional Kimia.Klaten : Intan Pariwara

Ianardiyanti, dan Marfuatun. 2008.Kimia.Solo : CV.Sindhunatas