BufferYuhernita

Bagian Biokimia FKUY

BIOKIMIA ASAM-BASABiokimia Asam Basa mencakup kajian kimia fisika konstituen yang terdapat dalam larutan biologi (elektrolit dan berbagai macam asam lemah) yang mempengaruhi dissosiasi maupun konsentrasi ion hidrogen (H+) dalam larutan.Pengaturan pH sangat penting dalam reaksi-reaksi kimia dalam tubuh. Adanya perubahan pH dalam tubuh dapat menyebabkan terganggunya proses metabolisme dalam tubuh.Pemahaman tentang aspek biokimia asam-asam lemah (terutama asam karbonat) menjadi dasar untuk memahami Homoestasis asam-basa secara keseluruhan.

SISTEM BUFFERAsam Lemah terdissosiasi sebagian dalam larutandalam larutan, terdapat molekul (yang tidak terdissosiasi) dan juga basa konjugasinyaLARUTAN YG MAMPU MEMPERTAHANKAN pH MESKIPUN PADA LARUTAN TSB DITAMBAHKAN SEDIKIT ASAM/BASA

LARUTANBUFFERUntuk suatu asam lemah, basa konjugasi yang terbentuk dalam kesetimbangan jumlahnya amatlah sedikit, tergantung pada derajat ionisasi () dari asam lemah ybs.Karena itu untuk membuat buffer, biasanya basa konjugasi berasal dari garamnya.

Selain itu buffer juga dapat dibuat melalui reaksi antara asam lemah dengan basa kuat.Larutan buffer akan terbentuk bila ASAM LEMAHNYA BERSISA.CONTOH :Campuran 5 mL HCOOH 0,10 M dengan 5 mL NaOH 0,05 M, yang akan membentuk kesetimbangan asam basa : Jadi dalam larutan akan terdapat HCOOH 0,25 mmol dan 0,25 mmol HCOONa. Keduanya akan membentuk sistem buffer format.

BEBERAPA CONTOH BUFFER SIAP PAKAI YANG DIJUAL DI PASARAN

BAGAIMANA CARANYA LARUTAN BUFFERMEMPERTAHANKAN pH SUATU LARUTAN ?PRINSIPREAKSI NETRALISASIJika larutan ditambah asam, maka basa konjugasi dari buffer akan menetralkan kelebihan asam yang terbentuk (Buffer bertindak SEBAGAI BASA)Jika larutan ditambah basa, maka asam konjugasi dari buffer akan menetralkan kelebihan basa yang terbentuk (Buffer bertindak SEBAGAI ASAM)

HAA -B+ A-H +H2Otambah OH-tambah H+(dari basa kuat)(dari asam kuat)HA = asam lemahBA = garam dari asam lemahA- = basa konjugasi buffer (sebagian besar berasal dari garam)

Contoh:Bila pada buffer asetat ditambahkan sedikit HCl atau NaOH, maka :Atau secara keseluruhan dapat ditulis :

KAPASITAS BUFFERLarutan I :1 L larutan HCl 1,8 x 10-5 M (pH = 4,74)Lalu ditambah beberapa tetes NaOH 0,1 MLarutan II :1 L larutan CH3COOH 0,1 M CH3COONa 0,1 M (pH = 4,74)Lalu ditambah 100 mL NaOH 0,1 MBandingkan pengaruh penambahan NaOH pada dua macam larutan berikut. Sebagai indikator, ke dalam masing-masing larutan ditambahkan metil merah (yang berwarna kuning bila pH > 5,4 dan berwarna merah bila pH < 5,4) :

LARUTAN IHCl(bukan buffer)LARUTAN IICH3COOH CH3COONa(buffer)sebelumditambah NaOH(pH = 4,74)sebelumditambah NaOH(pH = 4,74)setelahditambah NaOH(pH > 5,4)setelahditambah NaOH(pH < 5,4)KESIMPULAN :Larutan II dapat mempertahankan pH pada penambahan NaOH sedangkan larutan I tidak.

KAPASITAS BUFFERUkuran seberapa banyak jumlah asam/basa yang dapat ditambahkan tanpa terjadinya perubahan pH yang berartiUkuran seberapa banyak perubahan pH yang terjadi bila ditambah sedikit asam/basaKemampuan untuk menyangga pH larutan seperti ini seringkali dikenal sebagai KAPASITAS BUFFER

KAPASITAS BUFFER sangat tergantung pada berapa banyak jumlah mol asam lemah dan basa konjugasi yang terdapat dalam larutanUntuk volume larutan yang sama, semakin besar konsentrasi buffer, semakin besar kapasitas buffernyaUntuk konsentrasi larutan yang sama, semakin besar volume buffer, semakin besar kapasitas buffernya

Buffer ValueBuffer Value ( ): Kapasitas buffer untuk mempertahankan perubahan pHMenurut Van Slyke :dimana :[asam/basa]=jumlah asam/basa yang ditambahkan pada 1 L bufferpH=perubahan pH bufferSatuan : mmol/L/unit pH atau Slyke

pH LARUTAN BUFFERKarena Buffer terdiri dari asam lemah dan garamnya, maka pH buffer sangat tergantung pada :Nilai Ka asam lemahnyaKonsentrasi asam lemah dan garamnyaDimana :[H+] = Ka .

PERS. HENDERSON-HASSELBACHJadi pH Buffer :APAKAH pH BUFFER BERUBAH BILA DIENCERKAN ?KENAPA ?

Keseimbangan Asam Basa padaSistem BiologiAda beberapa sumber utama proton (ion H+) dalam tubuh :Asam Karbonat (H2CO3)Sumber utama : hasil oksidasi di dalam sel (berupa CO2)Asam sulfat (H2SO4)Sumber : oksidasi protein yang mengandung Sulfur (sistein, sistin, metionin)Asam fosfatSumber : hasil metabolisme fosfoprotein, fosfatida dan hidrolisis fosfo-ester

Asam-asam organikSumber : produksi dan akumulasi beberapa asam organik tertentu pada oksidasi karbohidrat, lemak dan protein (ex : asam piruvat, asam laktat, asam aseto asetat, dllIatrogenikSumber : pemberian obat-obatan tertentu, yang dapat meningkatkan konsentrasi ion H+ di dalam darah.

Mekanisme Pengaturan pHmelibatkan beberapa faktor :Pertahanan pertama :Sistem BufferMekanisme Respirasi

Pertahanan KeduaEksresi Ginjal (Renal Mechanisms) : mengontrol konsentrasi ion H+ dan HCO3- pada cairan ekstraselular

Faktor Pengenceran Keseimbangan volume cairan tubuh

Sistem BufferAda 4 sistem buffer utama :Buffer BikarbonatBuffer FosfatBuffer ProteinHaemoglobin

Prinsip kerja :Reaksi netralisasiPergeseran kimia

Buffer BikarbonatKomponen : Asam lemah : H2CO3 Basa konjugasi : NaHCO3Penambahan asam dinetralkan oleh HCO3-H+ + HCO3- H2CO3Reaksi ini akan menyebabkan meningkatnya H2CO3, yang diikuti oleh meningkatnya CO2Peningkatan CO2 akan meningkatkan ventilasi paru.

Penambahan basa dinetralkan oleh H2CO3NaOH Na+ + OH-Na+ + H2CO3 NaHCO3OH- + H2CO3 HCO3-Reaksi ini akan menyebabkan :jumlah H2CO3 turun, akibatnya akan terjadi pembentukan H2CO3 kembali dari CO2 dan H2O, sehingga kadar CO2 akan turun H2O + CO2 H2CO3jumlah HCO3- meningkat dikompensasi oleh ginjal

Hubungan H2CO3, CO2 dan HCO3- menjadi kunci untuk memahami fisiologi asam basaSistem buffer yang umum digunakan pada analisa cairan biologi adalah buffer bikarbonat

Kelebihan buffer bikarbonat :Konsentrasinya lebih besar daripada buffer lainnya (26-28 mmol/L)Menghasilkan H2CO3, yang mudah terurai membentuk CO2 dan dikeluarkan melalui pernafasanMerupakan buffer fisiologis yang sangat baik dan berperan sebagai pertahan pertama dalam menjaga keseimbangan asam-basa

Kelemahannya :Sebagai buffer kimia, kapasitasnya cukup kecil, karena pKa jauh dari pH fisiologis

Buffer FosfatKomponen :Asam Lemah : NaH2PO4Basa Konjugasi : Na2HPO4Perbandingan normal : Na2HPO4 : NaH2PO4 = 4 : 1Dijaga tetap konstan oleh ginjal

Penambahan asam : dinetralkan oleh Na2HPO4HCl + Na2HPO4 NaH2PO4 + NaClPeningkatan NaH2PO4 akan diekresi melalui urin urin lebih asamPenambahan basa : dinetralkan oleh NaH2PO4NaOH + NaH2PO4 Na2HPO4 + H2OPeningkatan Na2HPO4 akan diekresi melalui urin urin lebih basa

Kekurangan Buffer FosfatKonsentrasinya dalam darah cukup kecil (1 mmol/L)Kurang efisien sebagai buffer fisiologis

Kelebihan Buffer Fosfat :Sebagai buffer kimia, merupakan buffer yang cukup efisien dan efektif, karena pKa mendekati pH fisiologis

Buffer ProteinMerupakan buffer yang komplekNilai pKa bervariasi tergantung pada gaya elektrostatik struktur protein ybsKomponen :Asam : gugus karboksilatBasa konjugasi : gugus amina

Dalam medium asam :Protein bertindak sebagai basa, gugus -NH2 akan menarik ion H+ sehingga protein bermuatan positif-NH2 + H+ -NH3+Dalam medium basa :Protein bertindak sebagai asam, gugus COOH terdissosiasi, dan melepaskan ion H+Ion H+ menetralkan ion OH- membentuk molekul air.Protein bermuatan negatif-COOH -COO- + H+H+ + OH- H2O

Buffer HemoglobinBerperan dalam jaringan paru, ketika terjadi pembentukan ion H+ saat transport CO2Umumnya kapasitas buffer disumbangkan oleh adanya gugus imidazol dari histidin (gugus nitrogen)

Gugus nitrogen dapat menangkap atau melepaskan ion H+, sehingga dapat bertindak sebagai asam atau basa.Saat oksigenasi Hb, gugus nitrogen bertindak sebagai asam dan menyumbangkan ion H+Saat deoksigenasi Hb, gugus nitrogen bertindak sebagai basa dan menangkap ion H+