ii. peranan molekul air dalam proses-proses biologi
TRANSCRIPT
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