POLIMER ALAMDEPARTEMEN KIMIA FMIPA IPB

Prof. Dr. Tun Tedja Irawadi, MS & Andriawan Subekti,S.Si| Institut Pertanian Bogor

PENDAHULUAN

POLIMER

ALAM

ORGANIK

ANORGANIK

POLISAKARIDA

KARET ALAM

PROTEIN

ASAM NUKLEAT

SELULOSA, PATI, LIGNIN,

HOMOPOLISAKARIDA LAINSTRUKTUR PRIMER,

SEKUNDER, TERSIAR,

KUARTENER

SEMEN, POLIMER BERBASIS

KARBON, SILIKON, SULFUR

asb

1. KARBOHIDRAT• Merupakan senyawa organik terbesar di

alam

• Simpanan energi untuk hewan dan manusia

• Memiliki banyak kiralitas

KARBOHIDRAT

MONOSAKARIDA

DISAKARIDA

OLIGOSAKARIDA

POLISAKARIDA

Bukan ulasan dalam kuliah ini

CONTOH MONOSAKARIDA

POLISAKARIDA

1.1 SELULOSASelulosa merupakan polimer alam yang

banyak terdapat pada bagian tumbuh-tumbuhan, seperti kayu, kapas, kapuk.

Selulosa jarang ditemukan murni, biasanya tercampur lignin dan hemiselulosa.

• Kapuk merupakan bentuk paling murni dari selulosa

• Kayu mengandung 40-55% selulosa, 15-35% lignin, dan 25-40% hemiselulosa

• Kegunaan: Industri pakaian, industri kertas, dll

KARAKTERISTIK SELULOSA

• Memiliki DP 3500 – 36,000

• Tersusun atas monomer glukosa dengan ikatan β-1→4

• Sering dijumpai dalam bentuk linear

• Tidak larut air karena ikatan hidrogen yang kuat di dalam strukturnya

• Selulosa kristalin memiliki densitas 1.63 g/mL, sedangkan selulosa amorf 1.47 g/mL

• 3 jenis selulosa dan pemisahannya:

α-selulosa (Mr sangat tinggi, tidak larut dalam larutan NaOH 17.5%)

β-selulosa (larut dalam lar. NaOH 17.5%, tidak larut dalam NaOH 8%)

γ-selulosa (larut dalam NaOH 8%)

POLIMER TURUNAN SELULOSA

TURUNAN

SELULOSA

SELULOSA NITRAT

SELULOSA ASETAT/TRI

ASETATHIDROKSIE

TIL-SELULOSA

KARBOKSIMETIL-

SELULOSA

BAHAN PELEDAK, BAHAN BAKU CAT/PLASTIKBAHAN BAKU PLASTIK

SERAT, LEMBARAN, DAN FILM, TEKSTILBAHAN BAKU PELAPIS

LATEKS, KACA BERSERAT, SAMPO, KOSMETIK, TINTA,

SELULOSA GUM

STRUKTUR SELULOSA NITRAT

STRUKTUR SELULOSA TRIASETAT

1.2 PATI• Banyak dijumpai dalam bahan pangan

pokok, seperti beras, jagung, kentang, singkong, ubi.

• Tersusun dari 2 jenis polimer, yaitu amilopektin dan amilosa

Amilosa

Linear Ikatan α-1→4-glukopiranosa DP 1000 Bentuk cenderung heliksDapat mengalami retrogradasi (perubahan bentuk) Larut dalam air panas

AMILOSA• Struktur amilosa (linear)

• Pendinginan mempengaruhi proses retrogradasi

Pendinginan lambat membuat amilosa berbentuk lurus dengan ikatan hidrogen di dalam dan antar-rantai. Dalam hal ini molekul air terdorong keluar. Pati akan terendap

Pendinginan cepat mendorong amilosa membentuk beberapa ikatan hidrogen antar-rantai dan menjerap molekul air. Pati mudah terdispersi kembali

PERILAKU AMILOSA TERHADAP PENDINGINAN

AMILOPEKTIN Bercabang Ikatan α1→4-glukopiranosa dengan

cabang α1→6-glukopiranosa DP 6000 – 1,000,000 dengan cabang

setiap interval 25 – 30 unit glukosa Bentuk seperti pohonLarut dalam air panas

1.3 GLIKOGEN• Polisakarida yang dijumpai pada hewan, sebagain

besar pada hati dan otot

• Bercabang dengan ikatan α-1→4-glucopiranosa dan α-1→6-glucopiranosa sebagai cabang

• Percabangan terbentuk tiap interval 10 – 15 unit glukosa

• Lebih bercabang dibandingkan dengan amilopektin

• Memiliki Mr 106 – 109 Da

• Larut dengan baik dalam air

• Berperan dalam pengendalian gula darah

1.4 DEKSTRAN

• Polisakarida ekstrasel yang dihasilkan oleh bakteri, seperti bakteri dalam gigi

• Struktur bercabang dengan ikatan yang bervariasi

• Ikatan α-1→6 atau α-1→3, dan α-1→4 atau α-1→2 atau α-1→3 sebagai cabang

• Memiliki Mr 108 – 109 Da

• Larut larutan dalam basa encer

• Hasil ikatan silang dengan epiklorohidrin menghasilkan Shepadex

STRUKTUR DEKSTRANKiri atas: Ikatan α-1→dan

α-1→4 sebagai cabang

Kanan atas: Ikatan α-1→6 dan α-1→2 sebagai cabang

Tengah: Ikatan linear α-1→6 dan α-1→3

Bawah: Ikatan α-1→6 dan α-1→3 sebagai cabang

1.5 KITIN DAN KITOSANKITIN

• Nama kimia N-asetilglukosamina

• Terdapat pada beberapa bakteri, fungi, dan sebagian besar pada hewan crustacea

• Linear dengan ikatan β-1→4

• Larut dalam asam lemah encer

1.5 KITIN DAN KITOSANKITOSAN

• Merupakan turunan kitin melaui deasetilasi

• Berperan dalam bidang biomedik, kosmetik, dan pengolahan limbah

2. KARET ALAMI DAN SINTETIK• Karet alam dihasilkan dari tumbuhan Hevea brasiliensis

yang berupa getah (lateks)

• Karet alam merupakan polimer yang terbentuk dari monomer cis-isoprena

• Karet alam merupakan salah satu elastomer

• Banyak digunakan dalam pembuatan ban dan isolator panas.

• Polimer karet alam masih bersifat lunak dan kurang elastis, sehingga perlu taut silang

• Proses taut silang karet alam menggunakan sulfur disebut vulkanisasi

2. KARET ALAMI DAN SINTETIK

sebelum vulkanis

asi

setelah vulkanis

asi

setelah diregangk

an

POLIISOPRENA LAINNYA• Poliisoprena lainnya dihasilkan dari tanaman gutta-

percha (palaquium oblongifolium) dan balata, tetapi tidak elastis melainkan berupa plastik keras

• Isoprena dari gutta percha berupa trans-isoprena

• Gutta-percha biasanya digunakan dalam pembuatan bola golf

KARET SINTETIKPerang Dunia II mendorong pengembangan karet sintetik yang dihasilkan dari turunan butadiena berbahan baku minyak bumi.

Karet sintetik:

1. Styrene-Butadiene Rubber (SBR) oleh Amerika Serikat

2. Nitril-Butadiene Rubber (NBR) oleh Jerman

3. Polikloroprena (Neoprena) oleh Amerika Serikat

4. Polibutadiena

3. PROTEIN• Protein merupakan poli(asam amino) dengan

ikatan peptida sebagai ikatan tulang punggung.

• Termasuk dalam golongan poliamida dengan polimerisasi kondensasi

• Merupakan pembangun jaringan tubuh

• Monomer α-asam amino:

• Terdapat 20 jenis asam amino yang hanya berbeda pada gugus alkilnya

R CH

NH2

CO

OH

PROSES PEMBENTUKAN PROTEIN

H2N C

H

C

R1

O

OH NH

C

H

C

R2

O

OH

aa1 aa2

H2O

H2N C

H

C

R1

O

NH C

H

C

R2

O

OH

dipeptida

H2N C

H

C

R3

O

OH

aa3

H2O

H2N C

H

C

R1

O

NH C

H

C

R2

O

NH C

H

C

R3

O

OH

tripeptida

H

20 JENIS ASAM AMINO PENYUSUN PROTEIN

3.1 TINGKATAN STRUKTUR PROTEIN1. Struktur Primer

Srtuktur primer protein merupakan rantai polipeptida lurus yang digunakan untuk menggambarkan rangkaian asam amino penyusunnya, seperti rangkaian di belakang.

2. Struktur Sekunder

• Struktur sekunder digunakan untuk menggambarkan bentuk dan konformasi suatu protein karena berbentuk 3D.

• Terjadi karena adanya interaksi ikatan hidrogen

• Terdapat 2 bentuk, yaitu heliks dan lembaran

TINGKATAN STRUKTUR SEKUNDER

Struktur sekunder heliks-α(a) terjadi jika R asam amino berukuran besar(b) gugus R menonjol keluar heliks(c) merupakan kumparan berputar-kanan: ikatan hidrogen terjadi setiap selang 3 asam amino

Contoh: DNA, RNA, serabut kolagen, wol, rambut.

TINGKATAN STRUKTUR SEKUNDER

Struktur sekunder lembaran-β(a) terjadi jika monomer utamanya Gly dan

Ala (R kecil)(b) gugus nonhidrogen terletak pada 1 sisi

lembaran(c) gaya lemah antarlembaran membuatnya

terasa halusContoh: Sutera, sebagian keratin, dan fibroin.

TINGKATAN STRUKTUR PROTEIN3. Struktur Tersier

Struktur tersier protein merupakan gabungan dari beberapa struktur sekunder yang berupa lipatan, biasanya berbentuk globular.

Terbentuk karena adanya interaksi gugus alkil lain dalam asam amino antarstruktur sekunder, seperti:

Jembatan Garam

Ikatan Hidrogen

Jembatan Disulfida

Interaksi Hidrofobik

TINGKATAN STRUKTUR TERSIER(1) Jembatan garam:

Terjadi antara residu asam amino-asam (Asp &

Glu) dan -basa (Lys, Arg, Hys), yaitu antara

gugus CO2- dan NH3

+.

(2) Ikatan hidrogen:

Terjadi di antara residu-residu yang memiliki

gugus fenolik (Tyr), hidroksil (Ser, Thr), karboksil

(asam amino asam), amino dan gugus

bernitrogen lainnya (asam amino basa), atau

amida (Asn, Gln).

(3) Jembatan disulfida:

Terjadi di antara 2 residu Cys yang

teroksidasi.

NH CH

CH2SH

C

O

NH CH C

CH2SH

O

NH CH

CH2

C

O

NH CH C

CH2

O

S

S

oksidasi

reduksi

ikatan disulfida

2 residu sisteina residu sistina

Contoh: Pengeritingan dan

pelurusan rambut

TINGKATAN STRUKTUR TERSIER

(4) Interaksi hidrofobik:

Terjadi karena residu-

residu nonpolar (Ala,

Val, Leu, Ile, Phe, Cys)

secara termodinamika

lebih suka

mengelompok untuk

menghindari interaksi

dengan air.

TINGKATAN STRUKTUR TERSIER

MIOGLOBIN(contoh struktur tersier)

TINGKATAN STRUKTUR TERSIER

Contoh lainnya: Sitokrom C,

TINGKATAN STRUKTUR PROTEIN

4. Struktur Kuartener

Struktur kuartener merupakan keseluruhan struktur protein yang merupakan gabungan dari struktur-struktur tersier atau senyawa lainnya.

3.2 ASAM NUKLEAT• Protein yang berperan dalam penurunan sifat.

• Terdapat 2 jenis, yaitu ribose nucleic acid (RNA) dan deoxyribose nucleic acid (DNA).

• Polimer asam nukleat terbentuk atas monomer yang tersusun dari:

1. Gula pentosa

2. Basa nitrogen

3. Fosfat

ASAM NUKLEAT• Setiap asam nukleat terangkai dengan ikatan

glikosida 3-5.

• Basa nitrogen berinteraksi secara khusus sesuai dengan pasangannya

untuk DNA: Guanin-Sitosin dan Adenin-Timin

untuk RNA: Guanin-Sitosin dan Adenin-Urasil

ASAM NUKLEAT• DNA berupa heliks ganda, sedangkan RNA

heliks tunggal

• Contoh monomer dan polimer DNA:

ASAM NUKLEATTerdapat 4 jenis RNA:1. Messenger RNA (mRNA) : 75 – 3000 unit nukleotida

Mr = 25,000 – 1 juta g/molterkandung sebanyak 2% RNA total sel

2. Transfer RNA (tRNA): 73 – 94 unit nukleotidaMr = 23,000 – 30,000 g/molterkandung sebanyak 16% RNA total sel

3. Ribosom RNA (rRNA): 120; 1550; dan 2900 unit nukleotida (3 kelompok)

Mr = 35,000; 550,000; dan 1 juta g/molterkandung sebanyak 82% RNA total sel

4. Small nuclear RNA (snRNA): Hanya terdapat pada sel Eukariotik

4. POLIMER ALAM ANORGANIK

THE END