Air-pH-elektrolit - Suyatno, Ir., MKes - Undip

Fungsi Air: media semua reaksi kimia biomolekulorganik & anorganik polar dlm sel hidup Air melarutkan & mengubah strukturbiomolekul (asam nukleat, protein &karbohidrat) membentuk ≠ikatan hidrogendengan gugus fungsional polarnya Biomolekul non-polar (spt lipid) mengubahstruktur air Mekanisme homeostasis mempertahankan lingkungan intrasel tetapkonstan (pH, volume cairan & elektrolit/mineral)

Sifat KimiaAir pelarut biologis ideal* bentuk molekul: tetrahedron* molekul membentuk dipol (muatanlistrik/ elektron tersebar sama)* membentuk ikatan hidrogen ikatan paling lemah berpotensi menguraikan molekullainAir terdissosiasi membentuk proton/ ionhidrogen (H + ) & ion hidroksil (OH - )

Properties of waterVery polar(bipolar)Tetrahedron formOxygen is highlyelectronegativeH-bond donor and acceptorHeat of vaporization,Viscosity ++Surface tension ++liquidHH

Hydrogen Bonding of WaterOne H 2 O molecule canassociate with 4other H 2 0 moleculesystal lattice of ice•Ice: 4 H-bonds per watermolecule•Water: 2.3 H-bonds per watemolecule

Water dissolves polarcompoundsion shellortion shell

-polar substances are insoluble in watany lipids are amphipathic

How detergents work?

BiologicalHydrogenBonds

non-covalent interactions

Relative Bond Strengthsond typekJ/mole3C-CH 388-H104nic40 to 200-bond2 - 20ydrophobic interaction 3 -10an der Waals0.4 - 4

Ionization of Water

Ionization of WaterH 2 0 + H 2 0K eq = [H + ] [OH - ][H 2 O]2O] K eq = [H + ] [OH - ]H 2 0 H + + OH -.8 X 10 -16 M)(55.5 M ) = [H + ] [OH - ]1.0 X 10 -14 M 2 = [H + ] [OH - ] = K wIf [H + ]=[OH - ] then [H + ] = 1.0 X 10 -7Kw = pH + pOH = 14H 3 O + + OH -K eq =1.8 X 10 -16 M[H 2 O] = 55.5 Mkonstanta disosiasi: kecenderungan asam & basa lemautk terionisasi

pH Airevised by Sorenson (1902)H+] can range:from 1M and 1 X 10 -14sing a log scale simplifiesnotationH = -log [H + ]ater: pH= -log[H + ]= - log 10 -7eutral pH = 7.014M= - (-7) = 7

Komposisi dalam tubuh Mencapai 50-60% berat badan 67% diintrasel, 33% di ekstrasel Distribusi cairan dlm tubuh ditentukan olehtekanan osmotik. Tekanan osmotik diperlihatkan oleh:1. Senyawa organik BM tinggi (c/ protein)2. Senyawa organik BM kecil, jmlh besar(c/ glukosa)3. Ion Na + di ekstrasel & K + di intrasel

Faktor yang mempengaruhiJumlah cairan tubuh dipengaruhi oleh:umur, aktivitas, & tekanan hidrostatikKeseimbangan cairan: Input cairan ≈ outputcairanJalur pembuangan air saling berhubunganc/ udara panas: keringat >, urin

eseimbangan air dalam tubuh

Depend on:Pengaturan– Hypothalamus controls thirst sensations.– Anti diuretic hypofise hormone (ADH)– The kidneys regulate water retention and excretionWater depletion & over fluid disturb waterHomeostasisWater depletion:– low intake– Loss (perspiration excessive, DM polyurea, diarrhea)Over fluid/Water:– Intake increase (infusion excessive etc)– Low excrete (kidney failure)

BODY FLUID VOLUMEBody fluid60% waterIntracelluler2/3(40%)(28 lt in 70 kgyoung adult)extracelluler1/3(20%)(14 lt in 70 kgyoung adult)Interstitial(10.5 lt in 70 kgoung adult)Plasma5% (3.5 lt in70 kg young adult)Transcellu1-3%(Cerebrosp(aqueous hu

PROSENTASE TOTAL CAIRAN TUBUHDIBANDINGKAN BERAT BADANUmurBayi BL6 Bulan2 Tahun16 Tahun20-39 Tahun:Pria/Wanita40-59 Tahun:Pria/WanitaTotal cairan tubuh (%)terhadap BB7772606060/5055/47

pH pH = - log [H + ] pada air murni pH=7 pH rendah = [H + ] tinggi;pH tinggi = [H + ] rendah Asam donor proton; basa akseptor proton Asam/ basa kuat (HCl, H2SO4/ NaOH, KOH): larutanasam/basa yang terdissosiasi secara lengkap Asam/ basa lemah : larutan asam/ basa yangterdissosiasi sebagian Sebagian besar zat biokimia asam lemah sistemdapar/buffer/ penyangga: mencegah perubahan pHjika terjadi produksi atau konsumsi proton Sistem dapar fisiologis: bikarbonat, orthofosfat, &protein

SISTEM BUFFERMerupakan larutan yang terbentuk dari hasilpencampuran asam lemah atau basa lemahdengan garamnya.Kapasitas buffer menyatakan kemampuanmaksimum sistem buffer untuk mempertahankanpH.Fungsi sistem buffer merupakan bagian darimekanisme homeostastis tubuh untuk menjaga pH

Larutan Bufferlam campuran asam etanoat dan natrium etanoat,garam natrium etanoat terionisasi sempurnaCH 3 COONa(aq) CH 3 3COO- (aq) + Na + (aq)a H+ ditambahkan kedalamnya, ia bereaksi denganion CH 3 COO -CH 3 COO - (aq) + H+(aq) CH 3 COOH(aq)rena CH 3 COOH adalah asam lemah,keseluruhan H +dihilangkan dari larutan.a OH- ditambahkan, maka :CH 3 COOH(aq) + OH-(aq) CH 3 COO - (aq) +H 2 O(l)hingga keseluruhan OH- dihilangkan dari larutan

SISTEM BUFFER DARAHpH normal darah 7,35 – 7,45Buffer yang terdapat dalam darah :1.Buffer bikarbonat2.Buffer fosfat3.Buffer protein4.Buffer hemoglobin.

Buffer Bikarbonat dan karbonaBekerja efektif sampai pH 7.4Sangat baik pada penambahanasamHCO 3- / H 2 CO 3

2. Buffer FosfatBekerja efektif padapenambahan asamKosentrasi relatif rendahKurang berperan dalamplasmaHPO2-4 / H 2 POPO 4-

3. Buffer ProteinAsam lemah : Asamglutamat, asam aspartatBasa lemah : lysin, arginin,histidinKurang berperan

. Buffer hemoglobinBentuk hemoglobon yangberperan membentuk sistembufer1. Oksihemoglobin ( HHbO 2 )2. Deoksihemoglobin (HHb)

Gangguan KeseimbanganAsidosis : pH blood < 7,35– diabetic Ketoasidosis– lactic AsidosisAlkalosis: pH blood > 7,45– Vomit– Use diuretic preparatAcids and Bases Equilibria indicate by:– pH value of artery blood– CO2 content in vena blood

Alat kompensasi tubuhMekanisme di dlm tubuh harus mampumempertahankan pH darah dalam rentangnormal mekanisme kompensasi,melalui:– Sistem dapar/buffer darah– Sistem respirasi– Sistem ekskresi mll ginjal

Sistem dapar darah Darah mengandung sistem dapar : asamkarbonat/garam bikarbonatPersamaan Henderson Hasselbach:kadar B+.HCO3-pH = pKa + log --------------------- untuk pH darah 7,4kadar H+.HCO3-kadar B+.HCO3-7,4 = 6.1 + log --------------------- nilai rasio Garam: Asam= 20:1kadar H+.HCO3-Untuk mempertahankan pH darah tetap normal(7,4) diperlukan perbandingan kadar garambikarbonat: kadar asam karbonat = 20:1

Sistem Pernapasan Melibatkan:1. pemasukan O2 & pelepasan CO2 di alveoli2. Transportasi O2 dari alveoli ke jaringan3. Transportasi CO2 dari jaringan ke alveoliDitentukan oleh proses difusi udara tekanan parsial gas dlmudara pernapasan (pO2 & pCO2)Transportasi O2 dlm darah berbentuk:1. gas larut dlm plasma (sedikit)2. O2 terikat hemoglobin (HbO2)Transportasi CO2 dlm darah berbentuk:1. gas larut dlm plasma (sedikit)2. asam karbonat, larut dlm plasma (sedikit)3. ikatan karbamino dg protein darah termasuk Hb (20%)4. garam bikarbonat (70%)

Kurva dissosiasi Hb-Oksi

Respiratory Exchange(Respiratory Quotient)Perbandingan antara banyaknya CO2 yang dihasilkan dgbanyaknya O2 yang digunakan untuk pembakarannutrien (KH, lemak, protein)CO2 yg dihasilkanRQ = ------------------------O2 yg digunakanRQ karbohidrat =1,00, artinya untuk menghasilkan 100molekul CO2 diperlukan 100 molekul O2 dalammetabolisme karbohidrat. RQ lemak 0,7 dan RQ protein0,82.

Chloride shiftGerakan ion Cl- yg mengimbangi gerakanion HCO3- dari atau ke plasma darah/ seldarah merah pd proses transportasiChloride shift di kapiler jaringanberlawanan dg arah chloride shift dikapiler alveoli

Peranan Sistem Pernapasandlm Keseimbangan Asam-Basa Peranan: mengatur kandungan H2CO3 daradengan mengatur ventilasi (ekskresi-retensiretensiCO2) Ggn ekskresi CO2 retensi CO2 kandungan HHCO3>BHCO3 pH> kandungan BHCO3>HHCO3 pH>7,5 Alkalosis respiratorik

Sistem Ekskresi Ginjalgatur kandungan garamikarbonat dlm darah dgn cara:. Mobilisasi ion H + di tubulusproksimal dg reabsorbsi Na +. Sekresi ion H + di tubulusdistal ditukar dg Na +. Membentuk amonia (NH4 +)di tubulus distalmenggantikan Na + ygterpakai untuk no.2saha penghematan Na + engikat bikarbonat

Garam bikarbonat (BHCO3):Asam karbonat (HHCO3)[BHCO3] < [HHCO3] asidosis metabolik[BHCO3] > [HHCO3] alkalosismetabolik

Elektrolit ~ Mineral 4% penyusun tubuh adalah mineral Peranannya dlm tubuh:1. kofaktor/aktivator enzim2. pembentuk garam appatite pd tulang & gigi3. komponen hormon4. komponen senyawa biologis aktif Kelompok mineral tubuh1. Elemen utama: C,H,O,N,S,P, Mg, Na,K, Cl2. Trace elements: Co, Cu, Zn, I, Fe, Silikon, Mn,Mo, Se, Cr3. Dibutuhkan binatang, blm tentu oleh manusia:Arsen, Cad, Ni, Silikon, Timah, Vanadium4. Bersifat racun untuk manusia & binatang: Ag,Hg, Pb Kebanyakan dlm bentuk garam sukar larut, kec. Na& K diekskresi mll tinja

ectrolyte Composition of Body Fluidtolyteion:Plasma(mEq/LNa + 142K + 4Ca 2+ 5Mg 2+ 2Total 153Anion:Cl - 103InterstetielIntracellu(mEq/KgH 2 (mEq/KgH145 104 1593 12 40154 210117 3HCO3 - 25Protein 17Others 8Total 15328 7- 459 155154 210

MineralTransport & penyimpanan perlu proteincarrier Co-transcobalamin, Fe-transferin, Cu-albumin, Mn-globulin, dllEkskresi mll empedu (Cr, Cu, Mn, Zn), urin(Co, Cr, Mo, Zn), & lepasan sel mukosa(Fe, Zn)Fungsi saling berkaitan: Ca-P, Na-K

Kalsium & Fosformembentuk garam Kalsium fosfat dlm tulang & gigi (8090%), & jar.LunakFungsi Ca2+: penggumpalan darah, kontraksi otot,penghantar rangsang, aktivitas bbrp enzimFungsi P: transport energi (ATP, ADP, Kreatin P,fosfoenolpiruvatAbsorpsi Ca di lumen intestin dipengaruhi oleh P Ca:P= 1:1-1:3, 1:3, jika P > 3 absorpsi Ca terhambat kekurangan Ca RachitisAbsorpsi Ca & P dipengaruhi vitamin DKadar Ca dlm darah diatur oleh hormon paratiroid

Natrium & KaliumPenting dalam keseimbangan cairan &elektrolit serta asam-basaFungsi:1. mempertahankan keseimbangan air2. mempertahankan tekanan osmosis3. mempertahankan keseimbangan asam-basa4. mekanisme pompa Na-KMetabolisme Na-K oleh hormon aldosteron

Klor & BelerangPeran Cl dlm “chloride shift” transport CO2 dlm darahBelerang (S) mrpkn komponen dari- asam amino esensial metionin- koenzim ASH- antikoagulan (heparin)- reduktor glutathion- hormon insulin- vit. Biotin, as.folatRasio sulfar anorganik:protein dlm urin normal = 5:1 indeks metabolisme protein dlm tubuh

MagnesiumMg2+ terdapat di semuajaringan tubuh (diintrasel >ekstrasel)Semua reaksi yg menggunakan ATP melibatkan Mg2+Peranan:- sintesis protein, asam nukleat, nukleotida, lipid, &karbohirat- kontraksi otot 70% Mh bergabung dg Ca & P dlm tulang & gigimembentuk garam appatiteOrgan yg sensitif dg defisiensi Mg: jantung, ginjal &neuromuskularAbsorpsi di intestin, ekskresi di ginjal 35-45%asupanMg makanan

BesiTubuh mengandung 3-4 gram.Peranan: respirasi seluler (unsur Hb, sistemsitokrom, enzim katalase-peroksidase)Besi aktif: Fe 2+ & Fe 3+ , dlm makanan: ion ferri(Fe3+ ) terikat seny.organikMukosa intestin mengandung apoferritin mengatur jumlah besi makanan yang diserap(dlm bentul ferro/ Fe 2+ )Kelebihan besi dikekskresi mll tinja hitamkelam-mengkilat mengkilat Mucosal block system

Mucosal Block SystemBesi makanan/Fe 3+↓reduksi oleh HCl lambung dllmjd Fe 2+↓Diserap di mukosa intestin↓Di sel mukosa diubah mjd Fe 3+ untuk disimpan↓Fe 3+ diikat oleh apoferritin ferritinla Fe blm dibutuhkan tubuh, apoferitin jenuh dg Fe 3+ ; Fe 2+ tdk bisa masuke sel mukosa ekskresi mll tinja)↓Jika Fe dibutuhkan, feritin melepas ion Fe 3+ Fe 2+

BesiFe 2+ diserap intestin masuk ke sirkulasi↓ Enzim feroksidaFe 2+→ Fe 3+↓Fe 3+ diikat oleh protein transferin↓Ditransport ke jaringanAnemia nutrisi (mikrositer hipokromik) dg Hb rendah krninfeksi cacing tambang & perdarahan masifKelebihan besi krn transfusi hemosiderosisPil KB meningkatkan pembuangan besi

TembagaTubuh manusia mengandung 100-150150 mg CuHati, otot, SSP, jantung & ginjal : kandungan Cu tinggiSaliva & getah lambung mengandung senyawa BM rendahmembentuk senyawa kompleks mudah larut dg Cu2+ Cu2+ mudah diserap di mukosa intestinDlm sel mukosa intestin, Cu2+ dibebaskan kemudian diikatoleh metalotionneinDi dalam darah 5% Cu diikat oleh albumin, sisanya diikat oleseruloplasmin (alfa-2-globulin)Cu berhubungan dg senyawa biologis aktif lain spt MAO(monoamin oksidase), superoksida dismutase, tirosinase,sitokrom oksidase

YodiumMerupakan komponen hormon tiroksin (T3 & T4)Pengambilan I oleh kel. Tiroid dipengaruhi hormon TSH(tirotropik, Thyroid Stimulating Hormone)Sebelum disekresi ke dalam sirkulasi, disimpan di kel.Tiroid dlm bentuk berikatan dg globulin (tiroglobulin)Ekskresi yodium mll urin, sedikit dlm air liur & air susuDefisiensi yodium hipertrofi kel tiroid/gondok;myxedema & cretinisme (jika terjadi sejak intrauterin)

Daftar PustakaHardjasasmita, Panjita. 2000. IkhtisarBiokimia Dasar A. Jakarta: Balai PenerbitFKUIMurray, R.K., Granner, D.K., Mayes, P.A.,& Rodwell, VW.1996. Harper’sBiochemistry. 24 th ed. London: Prentice-Hall International, Inc.