BufferYuhernitaBagian Biokimia FKUY

BIOKIMIA ASAM-BASA Biokimia 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 BUFFERLARUTAN YG MAMPU MEMPERTAHANKAN pH MESKIPUN PADA LARUTAN TSB DITAMBAHKAN SEDIKIT ASAM/BASA Asam Lemah terdissosiasi sebagian dalam larutan dalam larutan, terdapat molekul (yang tidak terdissosiasi) dan juga basa konjugasinyaContoh : Larutan asam format (HCOOH) mempunyai reaksi kesetimbangan asam-basa sbb : HCOOH + H 2O HCOO+ H3O+

Asam lemah

Basa konjugasi

HCOOH Asam lemah

+

H 2O

HCOO-

+

H3O+

Basa konjugasi

LARUTAN BUFFER

Untuk 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.

Contoh : Buffer BIKARBONAT : mengandung H2CO3 (asam lemah) dan NaHCO3 (garam), dalam larutannya terdapat kesetimbangan : H2CO3 + H2O HCO3+ H3O+

Buffer FORMAT: mengandung HCOOH (asam lemah) dan HCOONa (garam), dalam larutannya terdapat kesetimbangan : HCOOH + H2O HCOO+ H3O+

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 :HCOOH Awal Bereaksi Akhir + NaOH 0,25 mmol 0,25 mmol 0,25 mmol 0,25 mmol HCOONa + H 2O

0,50 mmol 0,25 mmol 0,25 mmol

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 ?

PRINSIP REAKSI NETRALISASI

Jika 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)

(dari asam kuat) tambah H+

HAH+

tambah OH(dari basa kuat)H2O

A-

B+ A-

HA = asam lemah BA = garam dari asam lemah A- = basa konjugasi buffer (sebagian besar berasal dari garam)

Contoh: Bila pada buffer asetat ditambahkan sedikit HCl atau NaOH, maka : CH3COO- + H+ CH3COOH + OHCH3COOH CH3COO-+ H2O

Atau secara keseluruhan dapat ditulis : CH3COONa + HCl CH3COOH + NaOH

CH3COOH

+ NaCl

CH3COONa+ H2O

KAPASITAS BUFFERBandingkan 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 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 M

LARUTAN I HCl (bukan buffer)

LARUTAN II CH3COOH CH3COONa (buffer)

sebelum setelah ditambah NaOH ditambah NaOH (pH = 4,74) (pH > 5,4)

sebelum setelah ditambah NaOH ditambah NaOH (pH = 4,74) (pH < 5,4)

KESIMPULAN :Larutan II dapat mempertahankan pH pada penambahan NaOH sedangkan larutan I tidak.

Kemampuan untuk menyangga pH larutan seperti ini seringkali dikenal sebagai KAPASITAS BUFFER KAPASITAS BUFFER

Ukuran seberapa banyak jumlah asam/basa yang dapat ditambahkan tanpa terjadinya perubahan pH yang berarti Ukuran seberapa banyak perubahan pH yang terjadi bila ditambah sedikit asam/basa

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

Buffer ValueBuffer Value ( ):

Kapasitas buffer untuk mempertahankan perubahan pHMenurut Van Slyke :

[asam / basa] pHdimana :

[asam/basa] = jumlah asam/basa yang ditambahkan pada1 L buffer pH = perubahan pH buffer

Satuan : 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 garamnya

Dimana :

[H+] =

Ka .

[Asam] [Garam]

pH =

pKa + log

[Garam] [Asam]

Jadi pH Buffer : pH = pKa + log

[GARAM] [ASAM]

PERS. HENDERSON-HASSELBACH

APAKAH pH BUFFER BERUBAH BILA DIENCERKAN ?

KENAPA ?

Keseimbangan Asam Basa pada Sistem 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, dll

IatrogenikSumber : pemberian obat-obatan tertentu, yang dapat meningkatkan konsentrasi ion H+ di dalam darah.

Mekanisme Pengaturan pH melibatkan beberapa faktor : Pertahanan pertama : Sistem Buffer Mekanisme Respirasi

Pertahanan Kedua

Eksresi 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 Bikarbonat Buffer Fosfat Buffer Protein HaemoglobinPrinsip kerja : Reaksi netralisasi Pergeseran kimia

Buffer Bikarbonat Komponen : Asam lemah : H2CO3 Basa konjugasi : NaHCO3 Penambahan asam dinetralkan oleh HCO3H+ + HCO3 H2CO3 Reaksi ini akan menyebabkan meningkatnya H2CO3, yang diikuti oleh meningkatnya CO2 Peningkatan CO2 akan meningkatkan ventilasi paru.

Penambahan basa dinetralkan oleh H2CO3 NaOH Na+ + OHNa+ + H2CO3 NaHCO3 OH- + H2CO3 HCO3Reaksi ini akan menyebabkan : jumlah H2CO3 turun, akibatnya akan terjadi pembentukan H2CO3 kembali dari CO2 dan H2O, sehingga kadar CO2 akan turun H2O + CO2 H2CO3 jumlah HCO3- meningkat dikompensasi oleh ginjal

Hubungan H2CO3, CO2 dan HCO3- menjadi kunci untuk memahami fisiologi asam basa

Sistem 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 pernafasan Merupakan 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 Fosfat Komponen : Asam Lemah : NaH2PO4 Basa Konjugasi : Na2HPO4

Perbandingan normal :Na2HPO4 : NaH2PO4 = 4 : 1 Dijaga tetap konstan oleh ginjal

Penambahan asam : dinetralkan oleh Na2HPO4 HCl + Na2HPO4 NaH2PO4 + NaCl Peningkatan NaH2PO4 akan diekresi melalui urin urin lebih asam Penambahan basa : dinetralkan oleh NaH2PO4 NaOH + NaH2PO4 Na2HPO4 + H2O Peningkatan Na2HPO4 akan diekresi melalui urin urin lebih basa

Kekurangan Buffer Fosfat Konsentrasinya 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 Protein Merupakan buffer yang komplek Nilai pKa bervariasi tergantung pada gaya elektrostatik struktur protein ybs Komponen : Asam : gugus karboksilat Basa 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 Hemoglobin Berperan dalam jaringan paru, ketika terjadi pembentukan ion H+ saat transport CO2 Umumnya 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+