Modul Kimia Bioorganik

Bab 3. Asam, Basa dan Buffer

dlm Cairan Tubuh

.

•Tujuan Instruksional Umum :

Dapat menerapkan cara-cara perhitungan asam, basa dan buffer, serta fungsinya dalam cairan tubuh.

.•TIK :•Menjelaskan pengertian asam dan basa

•Menjelaskan sifat-sifat air sebagai pelarut senyawa biomolekul

•Menyebutkan contoh-contoh asam yg dihasilkan dlm tubuh

•Membedakan sifat-sifat asam kuat dan asam lemah

.

•Menghitung pH dan kekuatan asam dan basa.

•Dapat menggunakan persamaan Handerson Hasselbalch dlm menghitung pH asam dan basa lemah.

•Menjelaskan perbedaan pH beberapa cairan tubuh.

.•Menjelaskan pengertian larutan buffer

•Menjelaskan jenis-jenis buffer dlm cairan tubuh

•Menjelaskan kerja buffer karbonat dlm menjaga keseimbangan pH cairan tubuh

.

•Menjelaskan kontrol asam-basa tubuh oleh buffer, paru-paru dan ginjal

•Menjelaskan pengertian asidosis dan alkalosis

•Menjelaskan perbedaan terjadinya asidosis respiratorik, asidosis metabolik, alkalosis respiratorik dan alkalosis metabolik.

.

•Memberikan beberapa contoh penyebab terjadinya asidosis resp., asidosis metab., alkalosis respiratorik dan alkalosis metab.

PENDAHULUAN

• Banyak senyawa dlm tubuh yang mengandung gugus yang bersifat asam atau basa dengan melepaskan atau menerima proton (H⁺).

. HA + OH⁻ H2O + A⁻

Asam 1 Basa 2 Asam Basa konyugasi 2 konyugasi 1

Contoh : Molekul kecil ATP dan berupa polimer protein hemoglobin.

Biomolekul bereaksi dlm larutanH2O

H2O H⁺ + OH⁻

.• Konsentrasi [H⁺] menentukan keasaman suatu larutan, digambarkan sebagai pH.

pH = - log [H⁺]• Asam kuat terdissosiasi sempurna

dlm larutanmis : HCl H⁺ + Cl⁻

.• Asam lemah terdissosiasi sebgian shg

memp. Harga Ka. mis : H2CO3 H⁺ + HCO3⁻• pKa = - log Ka• Hubungan antara pH, pKa , [Asam

lemah], dan [konyugasi basanya], digbrkan melalui persamaan Handerson-Hasselbalch :

. [A⁻]

pH = pKa + log [HA]

• Buffer (Dapar = penyangga) adalah campuran: [asam] + [konyugasi basanya ] , tahan thdp Δ pH jika di+ ion H⁺ atau ion OH⁻.

Buffer mempunyai kapasitas buffer yang besar pada range pH sekitar pKanya.

.Karena Asam diproduksi pada metabolisme normal dlm tubuh, maka tubuh hrs mengandung suatu buffer yg dpt menjaga pH dlm keadaan normal. Semua aktifitas enzim dlm tubuh dipengaruhi oleh [H⁺] shg klu [H⁺] berubah dpt mengubah fungsi sel.

.Air ( H2O)

- Air pelarut zat hidup- 2/3 bgn tubuh tdr air- Reaksi dlm tubuh tjd dlm

air, kecuali reaksi dlm membran lipida

- e⁻ dari kedua H bpsgn dgn e⁻ dari O mbtk ikatan kovalen.

.- Bersft polar shg dpt berinteraksi dgn

molekul polar yg lain- Atom O kuat menarik e⁻ dp H, shg

bermuatan parsial (bersifat dipolar) Oδ⁻ dan Hδ⁺. Oki antar molekul air tjd ikatan Hidrogen.

- Dpt mbentuk ik. H dgn atom lain O & N, oki air dpt melrtkan dgn cpt molekul polar lain.

.

H O H O δ⁻ ikatan kovalen

Hδ⁺ Hδ⁺

ikatan hidrogen H

O H

H H O H O

H H H H O H O

Ikatan hidrogen antar molekul air

. H H H

H C C O H O H H H

Etanol Air H

N H O Ikatan hidrogen

C O H H O

H2O H⁺ + OH⁻ H⁺ + H2O H3O⁺

H3O⁺ ~ H⁺

.

• Air terdissosiasi sgt sedikit, pada keadaan kesetimbangan hasil kali ion-ion air dibagi konsentrasi air yg tak terdissosiasi adalah konstan.

[H⁺] [OH⁻]K =

[H2O]

.Karena air terdissosiasi sedikit, maka

[H2O] = 55,5 M ,

dan [H⁺] [OH⁻] = Kwshg,

K[H2O] = Kx55,5 M

[H⁺] [OH⁻] =Kw = 1x10⁻14

Karena harga Kw tetap, makajika terjadi pe+ [H⁺] maka [OH⁻] ber-,

sebaliknya jika terjadi pe+an [OH⁻] maka [H⁺] ber-.

.

• Air murni [H⁺]= [OH⁻] = 0,0000001 M

karena harga <<< maka digbrkan sebagai pH dan pOH.pH = - log[H⁺] = - log0,0000001

= 7pOH = - log[OH⁻]= 7pKw = pH + pOH = 14 Air murni mempunyai

pH=pOH=7

.Contoh Soal : 1. Berapa pH larutan dengan

[H⁺] = 4,2 x 10 M⁻⁴2. Berapa pH larutan dengan

[OH ] =3,0x10 M⁻ ⁻⁵

.Asam dan Basa

- Asam adalah pendonor proton H⁺

- Basa adalah akseptor proton H⁺- Selama terjadi metabolisme

normal, tubuh menghasilkan senyawa asam

.Asam yang dihslkan dlm tubuh adl :- Asam karbonat - Asam sitrat- Asam sulfat - Ion ammonium- Asam fosfat - Keton bodi yaitu:- Asam laktat * Asam aseto asetat

* β-hidroksi butirat

.

• CO2 dari hsl oksidasi pembakaran, bereaksi dgn air mbtk asam karbonat

CO2 + H2O H2CO3

Asam cenderung terdissosiasi, asam kuat terdissosiasi sempurna, sedang asam lemah terdissosiasi sedikitH2SO4 2H⁺ + SO4²⁻

HAc H⁺ + Ac⁻HAc dan Ac⁻ merupakan pasangan asam-basa konyugasi.

.

• Pada pH darah, kebanyakan asam organik terdissosiasi sempurna

• Asam dlm tubuh dihasilkan melalui metabolisme atau pencernaan

• Asam sulfat dari degradasi AA sistein

• Asam asetat dari metabolisme atau pencernaan btk cuka atau mkn lain.

.• Asam asetil salisilat adl asam

lemah, dari pencernaan dlm btk aspirin.

COOH

COO⁻OCOCH3

OCOCH3 + H⁺

Asam asetil salisilat asetil salisilat

.

• Nilai Konstante dissosiasi (Ka) menunjukkan kecenderungan suatu asam lemah untuk kehilangan proton membtk konyugasi basa.

• Misalnya : HA H⁺ + A⁻ [H⁺][A⁻]

Ka = [HA]

Semakin kuat suatu asam maka nilai Ka semakin besar dan dgn demikian nilai pKa semakin kecil.

.

• Rumus Ka diatas oleh Handerson Hasselbalch dpt digunakan untuk menghitung pH asam lemah tersebut dlm btk logaritma.

[A⁻] pH = pKa + log

[HA]

.Basa kuat seperti OH⁻ cepat dan kuat bereaksi dgn H⁺ membtk molekul air, sedangkan basa lemah seperti HCO3⁻ jauh lebih lemah ikatannya dgn H⁺.

Pengaturan asam-basa normal dlm CES kebanyakan oleh asam dan basa lemah, dan yg paling penting adalah H2CO3 dan HCO3⁻

.

pH Cairan Tubuh- Konsentrasi ion H⁺ darah

normal sekitar 0,00000004 eq/L, karena kecilnya shg digunakan pH. pH = -log [H⁺]

= -log0,00000004 = 7,4

.Nilai pH darah arteri 7,4, sedangkan

pH darah vena dan cairan interstisial 7,35.

- pH darah arteri < 7,4 terjadi asidosis dan pH > 7,4 terjadi alkalosis. Batas pH untuk ssorg dpt hidup bbrp jam 6,8-8,0

- Nilai pH dan konsentrasi beberapa cairan tubuh, berikut ini.

.Konsentrasi H⁺ (mEq/L) pH

Cairan ekstrasel Darah arteri Darah vena C. interstisialCairan intraselUrinHCl lambung

4,0 x 10⁻⁵4,5 x 10⁻⁵4,5 x 10⁻⁵1,0 x 10⁻³ 3,0 x 10⁻² - 1,0 x 10⁻⁵160

7,407,357,356,0-7,44,5-8,00,8

.

• Nilai pH CIS biasanya < CES karena adanya metabolisme sel yg mhslkan asam.

• Nilai pH urin tergtg pd status asam-basa CES, dimana ginjal memegang peranan dlm mengekskresi asam-basa dgn kecepatan yg bervariasi.

• Nilai pH asam lambung HCl plg rendah yg mana disekresi oleh sel-sel parietal dlm mukosa lambung.

BUFFER (DAPAR, PENYANGGA)

• Buffer adalah campuran antara asam lemah dan konyugasi basanya.

• Membuat suatu larutan tahan terhdp perubahan pH pada penambahan asam atau basa dengan adanya kompensasi,

• Jika + H⁺ maka akan bereaksi dgn basa• Jika – H⁺ ( + OH⁻), maka asam menggantikan ion

H⁺, dgn demikian pH relatif tidak berubah.

.

Dua faktor untuk menentukanefektifitas suatu buffer• pKa relatif thdp pH larutan,

bekerja baik pada pH = pKa + 1

• Konsentrasi, larutan dgn kons. tinggi menyebabkan buffer akan lebih efektif. Larutan [1M] sejuta kali lebih tinggi dp larutan [0,1 µM].

.•Cairan tubuh hrs dilindungi

dari perub. pH sebab kebanyakan enzim sgt sensitif dgn adanya perub. pH

•Pada metabolisme selalu mhslkan asam atau basa shg pd jalur pendek tubuh terlindungi dari perub. pH oleh sistem BUFFER.

.

•Dua buffer dlm darah yi buffer bikarbonat dan buffer protein hemoglobin sbgi pembawa oksigen.

•Selain buffer, kelebihan asam atau basa dpt dikeluarkan melalui ginjal dan paru-paru.

.

Buffer Bikarbonat- CO2 hsl metabolisme tubuh

bereaksi dgn air mbtk asam lemah karbonat yg bila terdissosiasi mhslkan basa konyugasi bikarbonat. CO2 + H2O H2CO3 HCO3⁻ + H⁺

.Pbtkan H2CO3 tsb dikatalis oleh

enzim karbonat anhidrase yg berada dlm sel darah merah dan tipe sel yg lain.

- Pasangan asam-basa H2CO3/HCO3⁻ berlaku sbg Buffer.

.

[H⁺][HCO3⁻] Ka =

[H2CO3]

• Untuk menghitung [H⁺], maka pers. Mjadi [H2CO3]

[H⁺] = Ka [HCO3⁻]

-

.[CO2] yg larut ~[H2CO3] tak terdissosiasi maka persamaan menjadi :

• [CO2] [H⁺] = Ka

[HCO3⁻]

.• Di klinik yg diukur adalah P

CO2 dimana,

[CO2] = 0,03 x P CO2, maka pers. mjadi

0,03 x P CO2

[H⁺] = Ka

[HCO3⁻]

.

• Karena [H⁺] dinyatakan dlm pH, mk pers. Menjadi : 0,03 x P CO2 pH = pKa - log [HCO3⁻]

Diketahui Harga pKa bikarbonat adalah 6,1 , maka: 0,03 x P CO2 pH = 6,1 - log [HCO3⁻]

.

ATAU [HCO3⁻] pH = 6,1 + log

0,03 x P CO2

- Dgn mengetahui [HCO3⁻] dan P CO2, maka pH dpt dihitung.

.- [HCO3⁻] diatur oleh ginjal dan P

CO2 diatur oleh pernapasan.- Laju pernapasan yg ↑ maka

paru-paru mengeluarkan CO2 dari plasma, sedangkan laju pernapasan yg ↓, akan meningkatkan P CO2.

.- Homeostatis asam-basa fisiologis

normal dikontrol dgn baik oleh ginjal dan paru-paru.

- Salah satu pengontrol terganggu akan terjadi asidosis atau alkalosis

.

•Bila asidosis atau alkalosis disebabkan oleh ↓ atau ↑ [HCO3⁻] maka disebut asidosis atau alkalosis metabolik.

•Bila asidosis atau alkalosis disebabkan oleh ↑ atau ↓ P CO2 maka disebut asidosis atau alkalosis respiratorik.

.

•Asidosis respiratorik terjadi akan direspon oleh (1) buffer cairan tubuh,

(2) ginjal ( butuh waktu lama). Contoh : Pada kerusakan pusat pernapasan pada medula oblongata menyebabkan asidosis respiratorik.

.

• Alkalosis respiratorik terjadi karena ventilasi berlebihan oleh paru. Biasanya terjadi karena seseorang mengalami gangguan neurosis, bernapas berlebihan shg menyebabkan alkalosis.

.Alkalosis fisiologis terjadi jika

seseorang mendaki hingga mencapai tempat yg tinggi. Kandungan O2 di udara yg rendah akan merangrang pernapasan, CO2 banyak dilepaskan, shg tbtk alkalosis respiratorik.

• Kompensasi tubuh thdp alkolosis respiratorik adalah buffer dan kemampuan ginjal yg meningkatkan ekskresi HCO3⁻ .

.

• Asidosis metabolik dpt disebabkan oleh beberapa sebab:

1.Kegagalan ginjal, shg tdk dpt mengekskresi asam metabolisme yg terbtk dlm tubuh

2.Pbtkan asam metabolik belebihan dlm tubuh

3.Penambahan asam metabolik dlm tubuh melalui makanan atau infus asam

.4. Kehilangan basa dari cairan

tubuh, seperti :- Diare → hilangnya sejmlh besar

NaHCO3- ke dlm feses, asidosis

mcm ini berlgs berat dan dpt menyebabkan kematian, terutama anak-anak.

- Muntah → hilangnya asamlambung shg cenderung → alkalosis, tapi muntah berlebih →sejumlah besar isi bgn traktus GI bgn bawah keluar → hilangnya NaHCO3

- dan → asidosis metabolik.

.

• Diabetes Mellitus,– Insulin tidak cukup–Glukosa tidak cukup utk metabolisme normal

–Lemak → asam asetoasetat → energi pengganti Glukosa

• Penyerapan asam, seperti Asam asetil salisilat (aspirin) dan metanol (metil alkohol) yang metabolismenya menghasilkan asam format.

• Ggl ginjal kronik asidosis met. brt.

.

• Alkalosis Metabolik, terjadi karena retensi HCO3⁻ yg berlebihan atau hilangnya H⁺ dr dlm tubuh, yg dpt disbbkan oleh beberapa hal :- Pemberian diuretika , - Kelebihan aldosteron, - Memuntahkan isi lambung tanpa isi tract. GI.- Konsumsi obat-obat alkali, NaHCO3 untuk pengobatan gastritis atau ulkus peptik.

.

Buffer Fosfat

• Buffer fosfat merupakan buffer yg penting dlm CIS dan cairan tubulus ginjal.

• Tdr : H2PO4⁻ dan HPO4²⁻, pKa = 6,8

H⁺ + HPO4²⁻ H2PO4⁻

OH⁻ + H2PO4⁻ HPO4⁻ + H2O

.

Buffer Protein

Karena konsentrasinya yg tinggi dlm tubuh shg merupakan salah satu buffer yg sgt kuat, tu dlm sel. Dalam sel darh merah, protein hemoglobin sbgi buffer dgn membawa AA histidin, yg dpt bereaksi dgn H⁺ , dan mhslkan btk terprotonasi dan ada pula yg tidak terprotonasi.

H⁺ + Hb HHb⁺

Sekiandan

Terima Kasih