kuliah 2 - air dalam sistem hayati

AIR DALAM SISTEM HAYATIsifat, pH, dan sistem buffer

PERANAN AIR BAGI MAKHLUK HIDUP

¨ Pelarut¨ Medium transport (cth: darah)¨ Metabolit (cth: fotosintesis)¨ Pengontrol suhu tubuh (keringat)¨ Agen penyangga (turgiditas pada

tanaman)

AIR SEBAGAI PELARUT (1) Melarutkan sebagian besar

senyawa organik dan anorganik

Dibutuhkan untuk semua reaksi biokimia

Melarutkan sisa hasil metabolisme seperti garam empedu, urea, dll.

Air melarutkan garam-garam mineral di dalam tanah sehingga dapat diserap oleh akar tanaman

• O2 terlarut dalam air sehingga dapat berdifusi dari alveolus ke dalam eritrosit.

• CO2 terlarut di dalam air dan berdifusi ke dalam sel mesofil daun.

AIR SEBAGAI PELARUT (2)

AIR SEBAGAI MEDIUM TRANSPORT

Plasma darah manusia 90 %

tersusun oleh air

Plasma darah membawa senyawa

terlarut, cth: hormon, hasil

ekskresi, dan gas

Gula dan garam mineral terlarut di

dalam air untuk dibawa ke seluruh

bagian tumbuhan

Air sebagai Medium Transport

• Plasma darah manusia sebagian besar tersusun dari air

Air dalam Metabolisme

Karbohidrat dihasilkan selama

fotosintesis dari hasil reaksi karbon

dioksida dan air

Air sebagai penyangga dan menjaga bentuk sel

• Air mempertahankan turgiditas sel tanaman

Struktur Molekul Air Atom oksigen di dalam molekul air

memiliki 4 pasangan elektron

Dua pasangan elektron terikat secara kovalen dengan atom hidrogen

Dua pasangan sisanya menjadi pasangan elektron bebas

Geometri air berbentuk tetrahedron terdistorsi

Elektronegativitas oksigen menimbulkan momen dipol

Peranan Ikatan Hidrogen

Sifat unik air: titik didih dan titik leleh

Struktur dan fungsi protein

Struktur dan fungsi DNA

Struktur dan fungsi polisakarida

Peranan Ikatan Hidrogen Pengikatan substrat

terhadap enzim

Pengikatan hormon terhadap reseptornya

Interaksi mRNA dengan tRNA

Air sebagai Pelarut

• Air adalah pelarut yang buruk untuk senyawa:– Gas nonpolar (cth: metana, hidrogen)– Senyawa aromatik (cth: benzena)– Karbon alifatik

• Air adalah pelarut yang baik untuk senyawa polar dan bermuatan, cth:– Asam amino dan peptida– Alkohol rantai pendek– Karbohidrat

KESEIMBANGAN ASAM-BASA DAN SISTEM BUFFER

Apakah pH itu?

pH didefinisikan sebagai logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen

Jumlah pH dan pOH harus = 14

Pada larutan netral, [H+] = [OH-], pH= 7

pH = -log[H+]

214- M101]OH][H[ wK

14]OHlog[]Hlog[ -

14pOHpH

KESEIMBANGAN ASAM BASA

Produk akhir katabolisme karbohidrat, lipid, dan protein umumnya berupa senyawa asam

Peningkatan konsentrasi H+ dapat mengubah muatan dan fungsi protein, enzim, asam nukleat, hormon, dll.

pH normal darah 7,35-7,45.

Pada manusia, pH cairan tubuh dijaga dan diatur oleh sistem buffer dan organ paru-paru dan ginjal

Prinsip Disosiasi Elektrolit Lemah

Elektrolit lemah terdisosiasi sebagian di dalam air

Ka merupakan konstanta

yang menunjukkan tingkat disosiasi elektrolit tsb

Jika Ka diketahui, maka

[H+] akan dapat dihitung.

CH3

O

OH

CH3

O

O

+ H2O-+ H3O

+

Keq

]OH[ 2 eqa KK

M1074.1COOH]CH[

]COOCH][H[ 5

3

-3

aK

]COOCH[

]COOHCH[][

3

3

aKH

•Larutan buffer dapat mempertahankan pHnya. • Pada pH = pKa, rasio asam lemah dan bentuk anionnya adalah 50:50

•Kapasitas buffer: kemampuan buffer untuk mempertahankan pHnya pada saat penambahan asam/basa kuat

•Kapasitas buffer paling kuat pada saat pH = pKa

Buffer adalah Campuran Asam Lemah dan Anionnya

Penambahan asam kuat (HCl):CH3COO- + HCl CH3COOH + Cl-

Penambahan basa kuat (NaOH):CH3COOH +NaOH CH3COO- +H2O + Na+

Mekanisme buffer untuk basa lemah dan asam konjugatnya sama

Sistem Buffer Biologis

1. Sistem buffer karbonat/bikarbonat 2. Sistem buffer protein 3. Sistem buffer hemoglobin 4. Sistem buffer fosfat

Sistem Buffer Asam Karbonat/Bikarbonat

Terdapat di dalam plasma darah

Dalam kondisi fisiologis, rasio bikarbonat terhadap asam karbonat dalam plasma darah: 20:1

Merupakan sistem buffer yang bersifat kompleksCO2 + H2O H2CO3 HCO3

- + H+

Reaksi di atas berjalan lambat di dalam plasma. Karbonat anhidrase dapat mempercepat reaksi ini.

GANGGUAN KESEIMBANGAN ASAM-BASA

pH tubuh dijaga 7.37 – 7.44o Asidosis: pH < 7.37o Alkalosis: pH > 7.44

Gangguan keseimbangan ini dibagi menjadi:• Asidosis Metabolik• Asidosis Respiratori• Alkalosis Metabolik• Alkalosis Respiratori

1. Asidosis Metabolik Ditandai dengan menurunnya kadar bikarbonat dalam tubuh.

Penyebab:1. Kecepatan produksi asam organik melebihi

kecepatan eliminasinya, contohnya akumulasi asam laktat akibat olahraga berat, dan konsumsi alkohol

2. Akumulasi asam di dalam tubuh, contohnya pada kasus gagal ginjal

3. Hilangnya bikarbonat akibat diare berkepanjangan

Gagal ginjal

Asidosis Renal tubular

ketoasidosis diabetik

asidosis laktat

Hipoksia

Peningkatan konsumsi asam

inhibitor karbonat anhidrase

overdosis salisilat

Penyebab Asidosis Metabolik

2. Asidosis Respiratorik Dicirikan dengan akumulasi CO2, dan penurunan

konsentrasi bikarbonat dan pH

Disebabkan oleh kegagalan pernafasan secara tiba-tiba. CO2 dari hasil metabolisme tidak bisa dikeluarkan dari dalam tubuh.

Penyebab asidosis respiratorik lainnya: • Overdosis narkotika atau barbiturat• Trauma• Infeksi pada saluran pernafasan• Stroke, asma, bronkitis

3. Alkalosis Metabolik Ditandai dengan peningkatan kadar bikarbonat

plasma darah

Diakibatkan oleh kehilangan asam lambung (muntah), konsumsi alkali berlebih

Penyebab alkalosis metabolik: Hilangnya ion H+

Defisiensi K+

Hiperaldosteronisme (aldosteron>kondisi normal)

Sindrom Cushing Terapi Antasida, diuretik, kortikosteroid

4. Alkalosis Respiratorik Alkalosis respiratorik terjadi ketika kecepatan

respirasi meningkat secara abnormal (hiperventilasi).

Kadar CO2 dalam darah menurun, pH darah meningkat.

Hiperventilasi terjadi pada kondisi panik, adanya iritasi pada saluran pernafasan, dan cedera kepala yang mengakibatkan kerusakan pada pusat pengaturan pernafasan, penyalahgunaan obat, kafein, dan aspirin.

~ End ~