Biologi notesnota, bab 4

Komposisi Kimia dalam Sel

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), pageshalaman 70–83

What this chapter coversMatlamat bab ini

Saya boleh memerihalkan sifat molekul air (kekutuban, ikatan hidrogen, pelarut semesta, daya lekitan, daya lekatan dan muatan haba tentu) (4.1.1)
Saya boleh menghubung kait sifat air dengan kepentingannya dalam sel (4.1.2)
Saya boleh menyenaraikan unsur dalam karbohidrat (4.2.1)
Saya boleh menjelaskan monosakarida, disakarida dan polisakarida serta memberi contohnya (4.2.2)
Saya boleh mengkonsepsikan pembentukan dan penguraian disakarida dan polisakarida melalui kondensasi dan hidrolisis (4.2.3)
Saya boleh menulis dan menerangkan persamaan perkataan bagi pembentukan dan penguraian disakarida (4.2.4)
Saya boleh mewajarkan kepentingan karbohidrat dalam sel (4.2.5)
Saya boleh menyenaraikan unsur dalam protein (4.3.1)
Saya boleh mengkonsepsikan pembentukan dan penguraian dipeptida dan polipeptida (4.3.2)
Saya boleh menulis persamaan perkataan bagi pembentukan dan penguraian dipeptida (4.3.3)
Saya boleh mewajarkan kepentingan protein dalam sel (4.3.4)
Saya boleh menyenaraikan unsur dalam lipid (4.4.1)
Saya boleh menjelaskan jenis lipid yang utama (4.4.2)
Saya boleh memerihalkan pembentukan dan penguraian trigliserida (4.4.3)
Saya boleh menulis dan menerangkan persamaan perkataan bagi pembentukan dan penguraian trigliserida (4.4.4)
Saya boleh mewajarkan kepentingan lipid dalam sel dan organisma multisel (4.4.5)
Saya boleh menyenaraikan unsur dalam asid nukleik (4.5.1)
Saya boleh menerangkan struktur nukleotida: bes bernitrogen, gula ribosa atau deoksiribosa dan fosfat (4.5.2)
Saya boleh menghuraikan struktur polinukleotida DNA dan RNA (4.5.3)
Saya boleh mewajarkan kepentingan asid nukleik sebagai pembawa maklumat pewarisan dan penghasilan protein (4.5.4)
Saya boleh memerihalkan pembentukan kromosom daripada DNA dan protein (4.5.5)

4.1Air

Air ialah sebatian tak organik yang terdiri daripada unsur hidrogen (H) dan oksigen (O). Sebatian organik ialah sebatian kimia yang mengandungi unsur karbon: karbohidrat, protein, lipid dan asid nukleik.

Sifat air	Penerangan	Kepentingan dalam sel
Kekutuban air	Elektron yang dikongsi antara oksigen dengan hidrogen tertarik ke atom oksigen yang lebih elektronegatif (δ⁻), maka hidrogen sedikit positif (δ⁺). Molekul air ialah molekul berkutub dan membentuk ikatan hidrogen antara molekul air.	Air bertindak sebagai pelarut semesta: zat terlarut seperti glukosa dan elektrolit dapat diangkut merentasi membran plasma ke dalam sel untuk tindak balas biokimia.
Daya lekitan	Molekul air melekat antara satu sama lain.	Bersama-sama daya lekatan, menghasilkan tindakan kapilari supaya air memasuki dan bergerak di sepanjang ruang yang sempit, misalnya salur xilem.
Daya lekatan	Molekul air melekat pada permukaan lain (misalnya dinding salur xilem).	Sama seperti di atas.
Muatan haba tentu yang tinggi	4.2 kJ kg⁻¹ °C⁻¹: 4.2 kJ tenaga haba diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebanyak 1 °C.	Air menyerap banyak tenaga haba dengan kenaikan suhu yang kecil, maka suhu badan organisma stabil.

Dua molekul air dengan cas separa δ+ dan δ- dan ikatan hidrogen antara oksigen satu molekul dengan hidrogen molekul lain — Ikatan hidrogen antara molekul air.

Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), Rajah 4.1, m.s. 72.

Salur xilem dengan molekul air; daya lekatan antara air dengan dinding dan daya lekitan antara molekul air — Daya lekatan dan daya lekitan dalam salur xilem.

Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), Rajah 4.2, m.s. 72.

Contoh pengiraan: muatan haba tentu

Berapakah tenaga haba untuk menaikkan suhu 3 kg air sebanyak 5 °C?
Tenaga = 4.2 kJ kg⁻¹ °C⁻¹ × 3 kg × 5 °C = 63 kJ.

Apabila air cecair menjadi wap air, yang terputus ialah ikatan hidrogen antara molekul, bukan ikatan dalam molekul air (atom H dan O kekal bergabung).

Haiwan akuatik, misalnya beruang kutub yang berenang di kawasan air laut yang dilitupi ais, dapat hidup kerana air menyerap banyak haba dengan kenaikan atau penurunan suhu yang kecil.

Mengapakah air dikenali sebagai molekul berkutub?

Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan

Elektron yang dikongsi antara oksigen dengan hidrogen tertarik ke atom oksigen yang lebih elektronegatif, maka oksigen sedikit negatif (δ⁻) dan hidrogen sedikit positif (δ⁺).

4.2Karbohidrat

Makromolekul ialah sebatian besar dan kompleks. Kebanyakan makromolekul ialah polimer yang terdiri daripada molekul kecil yang dikenali sebagai monomer (binaan asas). Karbohidrat, protein dan asid nukleik ialah polimer sebatian organik.

Karbohidrat terdiri daripada unsur karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O) dalam nisbah 1 : 2 : 1, formula kimia (CH₂O)_n.

Jenis	Contoh (sumber)	Ciri
Monosakarida (gula ringkas)	Glukosa (padi, gandum, anggur), fruktosa (madu, buah-buahan manis), galaktosa (susu)	Monomer karbohidrat; kebanyakannya manis, boleh hablur, larut dalam air; mempunyai kuasa penurunan: gula penurun
Disakarida	Maltosa (bijirin), sukrosa (tebu, buah-buahan manis, gula bit), laktosa (susu)	Dua monosakarida bergabung; maltosa dan laktosa ialah gula penurun, sukrosa ialah gula bukan penurun
Polisakarida (gula kompleks)	Kanji, glikogen, selulosa	Beratus-ratus monosakarida; tidak larut dalam air, tidak manis, tidak menghablur

Kondensasi dan hidrolisis

Persamaan perkataan (kondensasi)

Glukosa + glukosa → maltosa + air
Glukosa + fruktosa → sukrosa + air
Glukosa + galaktosa → laktosa + air
Kondensasi menyingkirkan satu molekul air. Tindak balas songsang ialah hidrolisis: satu molekul air ditambah, contohnya maltosa + air → glukosa + glukosa.

Polisakarida juga terbentuk melalui kondensasi dan boleh diurai melalui hidrolisis dengan bantuan asid cair, pendidihan dan tindakan enzim.

Ujian Benedict

Apabila monosakarida dipanaskan dengan larutan Benedict, ia menurunkan kuprum(II) sulfat biru kepada mendakan kuprum(I) oksida berwarna merah bata yang tidak larut dalam air. Sukrosa tidak menurunkan larutan Benedict, tetapi jika sukrosa dihidrolisis dahulu menjadi glukosa dan fruktosa, ujian Benedict positif.

Kepentingan karbohidrat dalam sel

Sumber tenaga, contohnya glukosa.
Simpanan makanan: glikogen dalam sel otot dan sel hati haiwan, kanji dalam sel tumbuhan (juga dalam kloroplas; sumber: bijirin, ubi kentang, kekacang).
Struktur sokongan: selulosa pada dinding sel tumbuhan.

Sukrosa ialah disakarida yang manis tetapi gula bukan penurun. Jangan tulis bahawa semua gula menurunkan larutan Benedict.

Namakan monosakarida yang membentuk laktosa.

Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan

Glukosa dan galaktosa.

4.3Protein

Protein terdiri daripada unsur karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen; kebanyakannya juga mengandungi sulfur dan fosforus. Semua protein terdiri daripada satu atau lebih polipeptida. Setiap polipeptida dibina oleh monomer yang dikenali sebagai asid amino, dari lima puluh sehingga beribu-ribu molekul asid amino, yang terangkai melalui kondensasi.

Persamaan perkataan

Asid amino + asid amino → dipeptida + air (kondensasi; ikatan peptida)
Dipeptida + air → asid amino + asid amino (hidrolisis)

Kondensasi seterusnya merangkai lebih banyak asid amino menjadi rantai polipeptida. Terdapat kira-kira 20 jenis asid amino yang wujud secara semula jadi. Setiap jenis protein berbeza dari segi urutan asid amino dalam rantai polipeptidanya.

Kepentingan protein dalam sel

Membina sel baharu dan membaiki tisu yang rosak.
Sintesis enzim, hormon, antibodi dan hemoglobin.
Bahan binaan: keratin (kulit), kolagen (tulang), miosin (tisu otot).
Penguraian polipeptida oleh enzim pencernaan kepada asid amino memberi tenaga; asid amino digunakan semula untuk membina protein yang diperlukan badan.

Ikatan peptida terbentuk melalui kondensasi dan terurai melalui hidrolisis. Pasangan istilah ini sama bagi karbohidrat, protein dan lipid.

Namakan monomer polipeptida dan ikatan yang menghubungkan dua monomer.

Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan

Asid amino; ikatan peptida.

4.4Lipid

Lipid ialah sebatian hidrofobik dalam tisu tumbuhan dan haiwan. Lipid terdiri daripada karbon, hidrogen dan oksigen, tetapi nisbah atom hidrogen kepada atom oksigen jauh lebih tinggi daripada karbohidrat. Lipid tidak larut dalam air tetapi larut dalam larutan organik seperti alkohol, eter dan kloroform. Ujian emulsi etanol: emulsi putih menunjukkan lipid hadir.

Trigliserida (lemak dan minyak)

Gliserol + 3 asid lemak → trigliserida + 3 H₂O (kondensasi)
Trigliserida + 3 H₂O → gliserol + 3 asid lemak (hidrolisis)
Trigliserida ialah ester. Gliserol ialah alkohol tiga karbon dengan tiga kumpulan hidroksil (–OH).

Jenis lipid	Struktur	Kepentingan
Lemak (dan minyak)	1 gliserol + 3 asid lemak	Simpanan tenaga haiwan, pelapik melindungi organ dalaman, penebat haba
Lilin	1 alkohol + 1 asid lemak; kalis air	Kutikel daun, kulit buah, sebum kulit
Fosfolipid	1 gliserol + 2 asid lemak + 1 kumpulan fosfat	Komponen utama membran plasma
Steroid	Tidak mengandungi asid lemak	Kolesterol (sintesis hormon steroid), testosteron, estrogen, progesteron

Glikolipid memastikan kestabilan membran plasma dan membantu pengenalpastian sel.

Lemak tepu dengan lemak tak tepu

	Lemak tepu	Lemak tak tepu
Ikatan antara karbon	Hanya ikatan tunggal	Sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua
Hidrogen tambahan	Tidak membentuk ikatan dengan atom hidrogen tambahan	Ikatan ganda dua masih boleh menerima satu atau lebih atom hidrogen tambahan
Pada suhu bilik	Pepejal	Cecair
Sumber	Mentega, lemak haiwan	Minyak zaitun, minyak ikan

Persamaan: kedua-duanya terdiri daripada karbon, hidrogen dan oksigen, mempunyai gliserol dan asid lemak, dan ialah molekul tidak berkutub. Lemak tepu meningkatkan paras kolesterol dalam darah (lipoprotein ketumpatan rendah, LDL), maka meningkatkan risiko serangan jantung dan diabetes.

Jenis lipid yang manakah tidak mengandungi asid lemak?

Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan

Steroid.

4.5Asid nukleik

Asid nukleik terdiri daripada karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan fosforus. Asid nukleik ialah satu atau dua rantaian polimer yang terdiri daripada monomer nukleotida. Setiap nukleotida = gula pentosa (gula 5 karbon) + bes bernitrogen + kumpulan fosfat, digabung melalui kondensasi. Bes bernitrogen: adenina (A), guanina (G), sitosina (C), timina (T) dan urasil (U).

	DNA (asid deoksiribonukleik)	RNA (asid ribonukleik)
Gula pentosa	Deoksiribosa	Ribosa
Rantaian	Dua rantaian polinukleotida berpintal membentuk heliks ganda dua	Rantai polinukleotida tunggal dan lebih pendek
Bes bernitrogen	A, G, T, C	A, G, C, U (urasil menggantikan timina)
Jenis	-	RNA pengutus (mRNA), RNA ribosom (rRNA), RNA pemindah (tRNA); ketiga-tiganya terlibat dalam sintesis protein

Struktur heliks ganda dua DNA dengan sebahagian dibuka untuk menunjukkan nukleotida: kumpulan fosfat, gula deoksiribosa dan bes bernitrogen, serta ikatan hidrogen antara bes — Struktur heliks ganda dua DNA. Adenina (A) berpasangan dengan timina (T); guanina (G) berpasangan dengan sitosina (C), diikat oleh ikatan hidrogen.

Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), Rajah 4.3, m.s. 79.

Kepentingan asid nukleik dalam sel

DNA ialah pembawa maklumat pewarisan dan penentu ciri organisma.
Kod genetik ialah satu siri urutan tiga bes yang menentukan urutan asid amino dalam protein. Urutan tiga bes pada DNA ditranskripsi kepada kodon mRNA, kemudian ditranslasi kepada urutan asid amino. Contohnya, kodon AUG pada mRNA ialah kod bagi metionina.

Contoh: pasangan bes

Satu rantai DNA: A-T-G-C. Rantai pasangannya: T-A-C-G (A dengan T, T dengan A, G dengan C, C dengan G).

Pembentukan kromosom

Rantaian polinukleotida DNA berpintal dengan protein histon (yang tidak membawa maklumat genetik) untuk membentuk nukleosom. Nukleosom berpintal membentuk struktur kromosom, dalam nukleus sel.

DNA berpintal pada histon membentuk nukleosom, kemudian kromosom dalam nukleus sel — DNA, histon, nukleosom dan kromosom dalam sel.

Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), Rajah 4.6, m.s. 81.

DNA mengandungi timina, RNA mengandungi urasil. Jangan tulis bahawa histon membawa maklumat genetik.

Namakan tiga komponen nukleotida.

Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan

Gula pentosa (ribosa atau deoksiribosa), bes bernitrogen dan kumpulan fosfat.

Rumusan

Sebatian	Unsur	Monomer	Fakta penting
Air	H, O	-	Berkutub, pelarut semesta, muatan haba tentu tinggi
Karbohidrat	C, H, O (1 : 2 : 1)	Monosakarida	Tenaga, simpanan, dinding sel
Protein	C, H, O, N	Asid amino	Ikatan peptida; enzim, hormon, struktur
Lipid	C, H, O	Gliserol dan asid lemak (trigliserida)	Lemak, lilin, fosfolipid, steroid
Asid nukleik	C, H, O, N, P	Nukleotida	DNA dan RNA; pewarisan dan sintesis protein