ii. peranan molekul air dalam proses-proses biologi

I. Air dan Buffer

AIR

Ikatan antar molekul air

Titik didih : tinggiPolaritas : momen dipol tinggiTetapan dielektrik : tinggi

Struktur air

Hydrogen bond network of waters

Sifat fisika air

Struktur Es

• Dalam keadaan membeku, molekul air membentuk maksimum 4 ikatan hidrogen, sehingga tercipta kisi kristal yang teratur.

• Dalam keadaan cair, jumlah ikatan hidrogen rata-rata adalah 3,4.

Interaksi molekul air dengan zat terlarut

Pembentukan ikatan hidrogen Interaksi elektrostatik

Interaksi molekul air dengan zat terlarut mengganggu jaringan ikatan hidrogen antar molekul air, tetapi gangguan ini dikompensasi oleh pembentukan ikatan hidrogen baru dengan zat terlarut atau oleh pembentukan interaksi eletrostatik antara ion dan molekul air.

Interaksi air dengan molekul non-polar

Gangguan molekul non-polar terhadap putusnya jaringan ikatan hidrogen tidak terkompensasi dengan pembentukan ikatan baru. Oleh karena itu entalpi pelarutan (Hsol < 0).

Pelarutan molekul non-polar juga akan menurunkan entropi (S < 0). Molekul air disekitar molekul non-polar akan memaksimalkan ikatan hidrogennya mirip dengan struktur air. Struktur air ini disebut “clathrate”.

Interaksi molekul air dengan molekul amphipatik

Amphipatik adalah suatu senyawa yang mengandung gugus hidrofil dan hidrofob

Molekul-molekul air memaksa lipida untuk berasosiasi dan meletakan ujung polar ke bagian luar

Interaksi molekul air dengan molekul amphipatik

Pembentukan misel

Motivasi pembentukan misel adalah untuk menaikan kembali entropi air yang terkekang disekitar bagian lipid yang nonpolar.Alasan ini pula yang mendasari terbentuknya interaksi hidrofobik.

Kenaikan entropi air juga menjadi pendorong interaksi enzim dan substrat.

Tipe interaksi non-kovalen

Sifat interaksi nonkovalen

Interaksi nonkovalen memerlukan energi lebih kecil untuk diputuskan dibanding ikatan kovalen.

Interaksi nonkovalen diperlukan untuk menjaga struktur tiga dimensi makromolekul dan untuk menstabilkan asosiasi spesifik antar makromolekul.

Multiple weak bonds stabilize large molecule interactions

Isotonik, hipertonik, dan hipotonik

Ionisasi Air

[H3O+] [OH-]

Satu untuk satu

4. Ionisasi menghasilkan suatu larutan netral

2. Hanya sebagian kecil fraksi dari molekul air yang terionisasi.

3. Ionisasi menghasilkan ion hidronium dan hidroksida.

1. Air terstruktur dapat terionisasi secara spontan

Ionisasi Air

Persamaan Ionisasi

Keq = [H3O+][OH-]

[H2O]2

H2O

H2O

Keq = [H+][OH-]

[H2O]

[H2O] = 1000 g / 18 g/gMwt = 55.5 M

H2O + H2O H3O+ + OH-

Ionisasi Air

[H2O] x Keq = [H+][OH-][55.5] x (1.8 x 10-16) = 1 x 10-14

1 x 10-14 = [H+][OH-]Since [H+] = [OH-]

1 x 10-14 = [H+]2

1 x 10-7 = [H+] dalam suatu larutan netral

Ionisasi Air

pH = -log [H+]pOH = -log[OH-]pKw = -log[10-14] = 14pKa = -log Ka

Sehingga:

pH + pOH = 14

Jika [H+][OH-] = 1 x 10-14

Maka; -log[H+] + -log[OH-] = -log 1 x 10-14

PERSAMAAN HENDERSON-HASSELBALCH

Ka =[H+][A-]

[HA]

[H+] = [HA][A-]

Ka

Ambil nilai log dari kedua suku:

Dikalikan dengan -1

log [H+] = log Ka + log [HA][A-]

[A-][HA]log [H+] = log Ka + log

pH = pKa + log [A-][HA]

HA H+ + A-

Ampholit dan poliampholit Banyak senyawa biomolekul

mengandung gugus asam/basa lemah.

Ampholit: suatu molekul yang memiliki kedua gugus asam dan basa. Contoh asam amino.

Protein adalah poliampholit. Muatan ampholit bergantung

pada pH. pH rendah ampholit

bermuatan positif pH tinggi ampholit

bermuatan negatif pH pada keadaan ampholit

isoelektrik diberi simbol pI

Pengaruh pH pada konsentrasi spesi ampholit

Pengaruh pH terhadap aktivitas

Respons gugus asam/basa dalam biomolekul terhadap perubahan pH dalam daerah fisiologisnya sangat penting terhadap fungsinya.

Perubahan pH fisiologis banyak yang berhubungan dg proses di dalam sel

Kebergantungan muatan makroion terhadap pH

Makroion dalam larutan garam

Efek kekuatan ion pada kelarutan makroion

• Pada kekuatan ion rendah, atmosfer counterion memiliki kerapatan yang rendah, sehingga interaksi elektrostatik antar makroion masih kuat asosiasi makroion (agregasi) kelarutan rendah.

• Semakin tinggi kekuatan ion kerapatan atmosfer counter ion bertambah interaksi elektrostatik antar makroion teredam oleh atmosfer counterion agregasi dapat dicegah kelarutan meningkat. (Salting in)

Salting out

Pada konsentrasi garam yang sangat tinggi, air yang digunakan untuk mensolvasi protein diambil untuk menghidrasi counterion. Hal ini menyebabkan pengendapan protein. Kondisi ini disebut salting out.

Salting in dan salting out banyak dimanfaatkan dalam pemurnian protein. Contoh: pemisahan protein dengan fraksinasi amonium sulfat.

Air sebagai reaktan