Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 4: Komposisi Kimia Dalam Sel
RINGKASAN
Ringkasan Komprehensif (Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 4: Komposisi Kimia Dalam Sel)
Bab ini meneroka komposisi kimia asas dalam sel, yang merangkumi sebatian tak organik seperti air dan sebatian organik makromolekul seperti karbohidrat, protein, lipid, dan asid nukleik. Setiap sebatian ini mempunyai struktur dan fungsi unik yang amat penting untuk kelangsungan hidup organisma.
1. Air (H₂O) Air ialah sebatian tak organik yang penting, terdiri daripada unsur hidrogen dan oksigen. Sifat-sifat unik air menyumbang kepada peranannya yang kritikal dalam sel:
• Kekutuban: Molekul air bersifat kutub, membolehkannya membentuk ikatan hidrogen dan bertindak sebagai pelarut semesta. Ini penting untuk mengangkut zat terlarut seperti glukosa dan elektrolit merentasi membran plasma.
• Daya Lekitan dan Lekatan: Daya lekitan (tarikan antara molekul air) dan daya lekatan (tarikan molekul air ke permukaan lain) menghasilkan tindakan kapilari, yang membolehkan air bergerak dalam salur xilem tumbuhan.
• Muatan Haba Tentu Tinggi: Air mempunyai muatan haba tentu yang tinggi (4.2 kJ kg⁻¹ °C⁻¹), membolehkannya menyerap banyak tenaga haba dengan kenaikan suhu yang minimum. Ini membantu organisma mengekalkan suhu badan yang stabil.
2. Karbohidrat Karbohidrat ialah sebatian organik yang terdiri daripada unsur karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Ia berfungsi sebagai sumber tenaga utama dan komponen struktur. Terdapat tiga jenis utama:
• Monosakarida (Gula Ringkas): Monomer bagi karbohidrat. Contohnya ialah glukosa (sumber tenaga utama), fruktosa (gula dalam buah), dan galaktosa (dalam susu). Semua monosakarida ialah gula penurun.
• Disakarida: Terbentuk daripada gabungan dua monosakarida melalui proses kondensasi. Contohnya ialah maltosa (glukosa + glukosa), sukrosa (glukosa + fruktosa), dan laktosa (glukosa + galaktosa). Maltosa dan laktosa ialah gula penurun, manakala sukrosa ialah gula bukan penurun.
• Polisakarida (Gula Kompleks): Polimer yang terdiri daripada rantaian panjang monosakarida. Contohnya ialah kanji (simpanan tenaga dalam tumbuhan), glikogen (simpanan tenaga dalam haiwan), dan selulosa (komponen struktur dinding sel tumbuhan).
3. Protein Protein ialah sebatian kompleks yang dibina daripada unsur karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen (kadangkala sulfur dan fosforus).
• Monomer: Unit asas protein ialah asid amino. Terdapat 20 jenis asid amino.
• Struktur: Dua asid amino bergabung melalui ikatan peptida untuk membentuk dipeptida melalui proses kondensasi. Rantaian panjang asid amino dikenali sebagai polipeptida.
• Kepentingan: Protein penting untuk membina sel baharu, membaiki tisu rosak, sintesis enzim, hormon, antibodi, dan hemoglobin. Ia juga membentuk struktur seperti keratin (kulit), kolagen (tulang), dan miosin (otot).
4. Lipid Lipid ialah sebatian hidrofobik yang terdiri daripada unsur karbon, hidrogen, dan oksigen. Nisbah atom hidrogen kepada oksigen dalam lipid adalah lebih tinggi berbanding karbohidrat.
• Jenis Utama: Lemak, lilin, fosfolipid, dan steroid.
• Lemak (Trigliserida): Terbentuk daripada satu molekul gliserol dan tiga molekul asid lemak. Terdapat lemak tepu (hanya ikatan tunggal antara karbon, pepejal pada suhu bilik) dan lemak tak tepu (mempunyai sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua, cecair pada suhu bilik).
• Kepentingan: Berfungsi sebagai simpanan tenaga, penebat haba, pelapik untuk melindungi organ, komponen kalis air (lilin), komponen utama membran plasma (fosfolipid), dan bahan asas untuk sintesis hormon steroid (kolesterol).
5. Asid Nukleik Asid nukleik ialah polimer yang membawa maklumat genetik dan terlibat dalam sintesis protein. Ia terdiri daripada unsur karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan fosforus.
• Monomer: Unit asas ialah nukleotida, yang terdiri daripada gula pentosa, kumpulan fosfat, dan bes bernitrogen.
• Jenis:
◦ Asid Deoksiribonukleik (DNA): Terdiri daripada dua rantaian polinukleotida yang berpintal membentuk heliks ganda dua. Gula pentosanya ialah deoksiribosa dan bes bernitrogennya ialah Adenina (A), Guanina (G), Sitosina (C), dan Timina (T). A berpasangan dengan T, dan G berpasangan dengan C. DNA membawa maklumat pewarisan.
◦ Asid Ribonukleik (RNA): Terdiri daripada satu rantaian polinukleotida tunggal. Gula pentosanya ialah ribosa dan bes bernitrogen Timina (T) digantikan dengan Urasil (U). RNA terlibat secara langsung dalam sintesis protein.
• Pembentukan Kromosom: Dalam nukleus, rantaian DNA berpintal dengan protein histon untuk membentuk struktur padat yang dikenali sebagai kromosom.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Air | Sebatian tak organik yang terdiri daripada unsur hidrogen (H) dan oksigen (O). |
| Asid Amino | Monomer atau unit kecil yang membina polipeptida dan protein. |
| Asid Deoksiribonukleik (DNA) | Sejenis asid nukleik yang terdiri daripada dua rantaian polinukleotida yang berpintal membentuk heliks ganda dua; berfungsi sebagai pembawa maklumat pewarisan. |
| Asid Lemak Tepu | Asid lemak yang hanya mempunyai ikatan tunggal antara atom karbon. |
| Asid Lemak Tak Tepu | Asid lemak yang mempunyai sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua antara atom karbon. |
| Asid Nukleik | Polimer yang terdiri daripada monomer nukleotida, sama ada dalam satu atau dua rantaian. |
| Asid Ribonukleik (RNA) | Sejenis asid nukleik yang terdiri daripada rantai polinukleotida tunggal; terlibat dalam sintesis protein. |
| Daya Lekatan | Daya tarikan antara molekul air dengan permukaan lain. |
| Daya Lekitan | Daya tarikan antara molekul-molekul air antara satu sama lain. |
| Dipeptida | Dua molekul asid amino yang dirangkai bersama oleh ikatan peptida. |
| Disakarida | Karbohidrat yang terbentuk apabila dua molekul monosakarida bergabung melalui kondensasi. |
| Glikogen | Polisakarida simpanan utama yang didapati dalam sel otot dan sel hati haiwan. |
| Gula Bukan Penurun | Gula yang tidak dapat menurunkan larutan kuprum (II) sulfat. Contoh: sukrosa. |
| Gula Penurun | Gula yang berupaya memindahkan hidrogen (atau elektron) kepada sebatian lain, seperti menurunkan larutan Benedict. Contoh: semua monosakarida, maltosa, laktosa. |
| Heliks Ganda Dua | Struktur berpintal yang terbentuk oleh dua rantaian polinukleotida dalam molekul DNA. |
| Hidrolisis | Proses penguraian molekul kompleks kepada unit yang lebih ringkas dengan penambahan satu molekul air. |
| Histon | Protein yang berpintal dengan DNA untuk membentuk nukleosom dan seterusnya kromosom. |
| Kanji | Polisakarida simpanan utama dalam tumbuhan. |
| Kondensasi | Proses di mana molekul-molekul kecil (monomer) bergabung untuk membentuk molekul yang lebih besar (polimer) dengan penyingkiran satu molekul air. |
| Lipid | Sebatian organik hidrofobik yang terdiri daripada unsur karbon, hidrogen dan oksigen. |
| Molekul Berkutub | Molekul di mana elektron yang dikongsi tidak sama rata, menghasilkan cas separa positif dan negatif, seperti dalam molekul air. |
| Monomer | Molekul-molekul kecil yang menjadi unit binaan asas bagi polimer. |
| Monosakarida | Unit karbohidrat yang paling ringkas; monomer bagi karbohidrat. |
| Muatan Haba Tentu | Kuantiti tenaga haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu kilogram bahan sebanyak 1 °C. |
| Nukleotida | Monomer bagi asid nukleik, terdiri daripada gula pentosa, kumpulan fosfat, dan bes bernitrogen. |
| Polimer | Makromolekul yang terdiri daripada gabungan banyak molekul kecil (monomer). |
| Polipeptida | Polimer yang terdiri daripada rantaian panjang asid amino yang terangkai bersama. |
| Polisakarida | Polimer karbohidrat yang terdiri daripada rantaian panjang monomer monosakarida. |
| Protein | Sebatian organik kompleks yang terdiri daripada satu atau lebih polipeptida. |
| Selulosa | Polisakarida yang menjadi struktur utama dalam dinding sel tumbuhan. |
| Steroid | Sebatian lipid yang tidak mengandungi asid lemak. Contohnya kolesterol dan hormon seks. |
| Trigliserida | Sejenis lemak yang terbentuk melalui kondensasi satu molekul gliserol dengan tiga molekul asid lemak. |
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)
1. Soalan: Beruang kutub mempunyai lapisan lemak yang tebal di bawah kulitnya. Hubung kaitkan dua sifat lipid dengan keupayaan haiwan ini untuk hidup dalam persekitaran yang sangat sejuk.
Jawapan: Dua sifat lipid yang relevan ialah fungsinya sebagai penebat haba dan simpanan tenaga. Lapisan lemak yang tebal bertindak sebagai penebat haba yang sangat baik, mengurangkan kehilangan haba dari badan beruang ke persekitaran yang sejuk. Selain itu, lemak menyimpan jumlah tenaga yang banyak per unit jisim. Apabila makanan sukar didapati, lemak ini boleh diuraikan untuk membekalkan tenaga bagi aktiviti metabolik dan mengekalkan suhu badan.
2. Soalan: Ujian Benedict dijalankan ke atas larutan sukrosa dan larutan laktosa. Ramalkan dan terangkan pemerhatian bagi kedua-dua ujian tersebut.
Jawapan: Bagi larutan laktosa, apabila dipanaskan dengan larutan Benedict, mendakan merah bata akan terbentuk. Ini kerana laktosa ialah gula penurun. Bagi larutan sukrosa, tiada perubahan akan berlaku dan larutan akan kekal biru. Ini kerana sukrosa ialah gula bukan penurun dan tidak dapat menurunkan kuprum (II) sulfat dalam larutan Benedict. Walau bagaimanapun, jika sukrosa dihidrolisiskan terlebih dahulu (contohnya dengan asid cair dan pemanasan) kepada unit monosakaridanya (glukosa dan fruktosa), ujian Benedict kemudiannya akan menunjukkan keputusan positif (mendakan merah bata).
3. Soalan: Seseorang individu mengalami keadaan di mana rambutnya menjadi rapuh dan lukanya lambat sembuh. Berdasarkan pengetahuan anda tentang komposisi kimia dalam sel, apakah makromolekul yang mungkin kurang dalam diet individu tersebut? Wajarkan jawapan anda.
Jawapan: Individu tersebut kemungkinan besar mengalami kekurangan protein dalam dietnya. Protein adalah penting untuk membina sel baharu dan membaiki tisu yang rosak, justeru kekurangan protein akan menyebabkan luka lambat sembuh. Selain itu, rambut sebahagian besarnya terbentuk daripada protein keratin. Kekurangan asid amino (monomer protein) daripada diet akan menjejaskan sintesis keratin, menyebabkan rambut menjadi rapuh.
4. Soalan: Air dapat bergerak dari akar ke daun pokok yang tinggi melawan daya graviti melalui salur xilem. Terangkan bagaimana sifat-sifat molekul air membolehkan fenomena ini berlaku.
Jawapan: Fenomena ini berlaku disebabkan oleh tindakan kapilari yang terhasil daripada gabungan daya lekitan dan daya lekatan air. Daya lekatan ialah daya tarikan antara molekul air dengan dinding salur xilem. Daya lekitan ialah daya tarikan antara molekul-molekul air melalui ikatan hidrogen. Daya lekatan menyebabkan air “melekat” pada dinding xilem, manakala daya lekitan memastikan molekul-molekul air ditarik ke atas secara berterusan dalam satu turus air yang tidak terputus dari akar ke daun.
5. Soalan: Urutan bes pada satu bebenang DNA ialah A-T-T-G-C-A. Apakah urutan bes pada bebenang DNA yang berpadanan dan urutan bes pada molekul mRNA yang akan ditranskripsikan daripadanya?
Jawapan:
◦ Bebenang DNA berpadanan: Berdasarkan prinsip pasangan bes pelengkap (A dengan T, G dengan C), urutan pada bebenang DNA yang berpadanan ialah T-A-A-C-G-T.
◦ Molekul mRNA: Semasa transkripsi, bebenang DNA asal (A-T-T-G-C-A) bertindak sebagai templat. RNA menggunakan Urasil (U) sebagai ganti Timina (T). Oleh itu, urutan bes pada mRNA yang terbentuk ialah U-A-A-C-G-U.