Biomolekul

Biomolekul atau molekul biologis adalah istilah yang digunakan secara longgar untuk menyebut molekul di dalam tubuh organisme yang berperan penting dalam satu proses biologis tertentu atau lebih, seperti pembelahan sel, morfogenesis, atau perkembangan.^[1] Biomolekul mencakup makromolekul besar (atau polianion) seperti protein, karbohidrat, lipid, dan asam nukleat, serta molekul kecil seperti metabolit primer, metabolit sekunder, dan produk alami. Nama yang lebih umum untuk kelompok ini adalah materi biologis. Biomolekul merupakan elemen penting bagi organisme hidup, yang sering kali bersifat endogen,^[2] atau diproduksi di dalam organisme itu sendiri.^[3] Namun, organisme biasanya membutuhkan biomolekul eksogen, misalnya nutrisi tertentu, untuk bertahan hidup.

Biologi dan cabang ilmunya, biokimia dan biologi molekuler, mempelajari biomolekul dan reaksinya. Sebagian besar biomolekul merupakan senyawa organik dan hanya empat unsur—oksigen, karbon, hidrogen, dan nitrogen—yang menyusun 96% massa tubuh manusia. Namun, banyak elemen lain, seperti berbagai biometal, ditemukan dalam jumlah kecil.

Keseragaman dari jenis-jenis biomolekul dan lintasan metabolisme merupakan ciri yang tidak berubah di antara keanekaragaman bentuk kehidupan; dengan demikian, biomolekul dan lintasan metabolisme ini disebut sebagai "universal biokimia"^[4] atau "teori kesatuan material makhluk hidup", sebuah konsep pemersatu dalam biologi, bersama dengan teori sel dan teori evolusi.^[5]

Ada berbagai macam biomolekul, yang meliputi molekul kecil: lipid, asam lemak, glikolipid, sterol, monosakarida, vitamin, hormon, neurotransmiter, dan metabolit; serta monomer, oligomer, dan polimer seperti tabel di bawah ini.

Monosakarida (mono- artinya ‘satu’, -sakarida artinya ‘gula’) merupakan bentuk karbohidrat paling sederhana berupa satu gula. Dalam strukturnya, monosakarida mengandung gugus aldehida (kelompok ini disebut aldosa) atau gugus keton (kelompok ini disebut ketosa).^[6][7] Monosakarida dengan tiga atom karbon disebut triosa, jika atom karbonnya empat disebut tetrosa, lima disebut pentosa, enam disebut heksosa, dan seterusnya.^[8] Contoh monosakarida adalah glukosa, fruktosa, galaktosa, ribosa, dan deoksiribosa. Saat dikonsumsi, glukosa dan fruktosa memiliki tingkat pengosongan lambung yang berbeda, diserap secara berbeda, dan memiliki nasib metabolik yang berbeda, sehingga membuka banyak peluang bagi dua jenis sakarida untuk memengaruhi asupan makanan secara berbeda.^[6] Sebagian besar sakarida dijadikan bahan bakar untuk respirasi seluler. Disakarida terbentuk ketika dua monosakarida membentuk ikatan glikosidik dengan membuang molekul air. Satu molekul disakarida juga dapat dipisahkan menjadi dua molekul monosakarida melalui hidrolisis.^[7] Contoh disakarida yaitu sukrosa, maltosa, dan laktosa.

Polisakarida adalah monosakarida terpolimerisasi menjadi karbohidrat kompleks. Contohnya adalah pati, selulosa, dan glikogen. Molekul polisakarida umumnya berukuran besar dan sering kali memiliki konektivitas bercabang yang kompleks. Polisakarida yang lebih pendek, dengan 3 sampai 10 monomer disebut oligosakarida.^[9]

Lipid secara umum adalah ester dari asam lemak, dan berperan sebagai bahan pembangun dasar membran biologis serta penyimpanan energi (misalnya trigliserida). Sebagian besar lipid terdiri dari bagian kepala yang bersifat polar atau hidrofilik (biasanya berupa gliserol) dan bagian ekor berupa satu sampai tiga molekul asam lemak yang bersifat nonpolar atau hidrofobik. Karena kedua sifat ini, lipid disebut sebagai molekul amfifilik. Asam lemak terdiri dari rantai atom karbon tidak bercabang yang dihubungkan oleh ikatan tunggal (jenis ini disebut asam lemak jenuh) atau oleh ikatan tunggal dan ganda (jenis ini disebut asam lemak tak jenuh). Rantai biasanya terdiri dari 14 sampai 24 kelompok karbon, dan bilangan ini selalu genap. Untuk lipid yang ada di membran biologis, kepala hidrofiliknya berasal dari salah satu dari tiga kelompok: (1) glikolipid, yang kepalanya mengandung oligosakarida dengan 1–15 residu sakarida; (2) fosfolipid, yang kepalanya mengandung gugus bermuatan positif yang dihubungkan ke ekor oleh gugus fosfat bermuatan negatif; atau (3) sterol, yang kepalanya mengandung cincin steroid planar, misalnya kolesterol. Lipid lain di antaranya prostaglandin dan leukotrien yang keduanya disintesis dari asam arakidonat, salah satu jenis asam lemak.

Asam amino merupakan biomolekul yang mengandung gugus fungsi amina (–NH₂) dan karboksil (–COOH) , ditambah rantai samping (gugus "R") yang spesifik untuk tiap jenis asam amino. Molekul ini merupakan monomer yang jika bergabung membentuk peptida (baik oligopeptida maupun polipeptida) serta protein. Ada 22 asam amino yang dapat menyusun protein, kelompok ini disebut asam amino proteinogenik. Di antara jumlah ini, 20 asam amino disebut sebagai asam amino standar karena disandi oleh kode genetik standar, sedangkan dua asam amino sisanya dimasukkan ke dalam protein melalui mekanisme translasi yang spesifik dalam organisme tertentu: selenosistein dimasukkan ke dalam beberapa protein pada kodon UGA, yang biasanya merupakan kodon akhir; sedangkan pirolisin dimasukkan ke dalam beberapa protein pada kodon UAG, misalnya dalam beberapa organisme metanogen dalam enzim yang digunakan untuk menghasilkan metana. Selain yang digunakan dalam sintesis protein, asam amino lainnya yang penting dalam proses biologi misalnya karnitin (digunakan dalam transportasi lipid dalam sel), ornitin, GABA, dan taurin.

Nukleosida adalah molekul yang dibentuk dengan menempelkan nukleobasa ke cincin gula pentosa berupa ribosa atau deoksiribosa, contohnya sitidin (C), uridin (U), adenosin (A), guanosin (G), dan timidin (T). Nukleosida dapat mengalami fosforilasi (penambahan gugus fosfat) untuk menghasilkan nukleotida. Sementara itu, baik DNA dan RNA merupakan polimer berupa molekul linier panjang yang dirakit oleh enzim polimerase dari unit struktural berulang, atau monomer, yaitu nukleotida tunggal. DNA menggunakan deoksinukleotida C, G, A, dan T, sedangkan RNA menggunakan ribonukleotida (yang memiliki ekstra gugus hidroksil [–OH] pada cincin pentosa) C, G, A, dan U. Basa termodifikasi cukup umum ditemukan (misalnya gugus metil pada dasar cincin), seperti yang ditemukan dalam RNA ribosomal atau RNA transfer atau untuk membedakan unting DNA baru dari unting DNA lama setelah replikasi.^[7]

Setiap nukleotida terbuat dari basa nitrogen asiklik, gula pentosa, dan satu hingga tiga gugus fosfat sehingga mengandung karbon, nitrogen, oksigen, hidrogen dan fosfor. Nukleotida berfungsi sebagai sumber energi kimia (dalam bentuk ATP dan GTP), berpartisipasi dalam pensinyalan seluler (cGMP dan cAMP), dan dimasukkan ke dalam kofaktor penting reaksi enzimatik (koenzim A, FAD, FMN, dan NADP⁺).^[10]

Lignin adalah makromolekul polifenol kompleks yang terutama terdiri dari hubungan beta-O4-aril. Setelah selulosa, lignin adalah biopolimer paling melimpah kedua dan merupakan salah satu komponen struktural utama pada sebagian besar tumbuhan. Molekul ni berisi subunit yang berasal dari alkohol parakoumaril, alkohol koniferil, dan alkohol sinapil^[11] dan sifatnya tidak biasa di kalangan biomolekul karena tergolong rasemat.

• Society for Biomolecular Sciences penyedia forum pendidikan dan pertukaran informasi di antara para profesional dalam penemuan obat dan disiplin ilmu terkait.