BIOKIMIA DALAM KEHIDUPAN

AIR SEBAGAI PELARUT KEHIDUPAN

2.1         Air sebagai pelarut universal

Air adalah molekul polar non-ionik. Sehingga akan melarutkan sesuatu yang akan mirip dengan itu. Sebenarnya, molekul air dibuat dari dua atom hidrogen dan oksigen. Dari jumlah tersebut dua atom oksigen bermuatan negatif sedangkan atom hidrogen membawa muatan positif. Karena kedua bermuatan lemah itu mengakibatkan molekul netral dengan sendirinya.

Air merupakan pelarut yang baik sekali untuk senyawa ion, seperti garam, karena daya tarik antara komponen ion dari molekul dan dipolar air cukup untuk mengatasi tarikan antara ion-ion itu sendiri. Senyawa polar non-ion, seperti gula dan alkohol sederhana, juga sangat larut dalam air. Gugusan fungsional polar, seperti gugus hidroksil, dari senyawa non-ionik dengan mudah mengikat hidrogen dengan molekul air, mendispersikan senyawa di antara molekul air.

Suatu fenomena menarik terjadi ketika molekul amfipatik, yang memiliki gugusan polar (hidrofilik) maupun nonpolar (hidrofobik) didispersikan dalam air. Garam dari asam lemak (Gambar 3) merupakan contoh dari molekul amfipatik karena kepalanya polar (gugus karboksilat) dan ekor nonpolar (rantai hidrokarbon). Dalam larutan akua encer, garam seperti membentuk micelles 

2.2         Sifat kimia air

Air adalah suatu senyawa kimia berbentuk cairan yang tidak berwarna, tidak berbau dan tak ada rasanya. Air mempunyai titik beku 0°C pada tekanan 1 atm, titik didih 100°C dan kerapatan 1,0 g/cm³ pada suhu 4°C. Ukuran satu molekul air sangat kecil, umumnya bergaris tengah sekitar 3 A (0,3 nm atau 3x10-8 cm). Wujud air dapat berupa cairan, gas (uap air) dan padatan (es). Air yang berwujud cairan merupakan elektrolit lemah, karena di dalamnya terkandung ion-ion dengan reaksi kesetimbangan sebagai berikut:

2H₂O         < ---->         H3O⁺ + OH^-

Di samping komposisinya yang sederhana, air juga memiliki sifat-sifat kimia yang tergolong unik. Keunikan ini terjadi sebagai akibat dari adanya ikatan hidrogen yang terjadi antar molekul-molekul air. Ikatan hidrogen dalam molekul air terjadi karena adanya sifat polar dalam air, sehingga tempat kedudukan atom hidrogen yang positif akan menarik tempat kedudukan oksigen yang negatif dari molekul air lainnya. Ikatan hidrogen terjadi dalam beberapa senyawa hidrogen, dimana atom hidrogen menjembatani dua atom yang cenderung menarik elektron lebih besar (keelektronegatifan). Ikatan hidrogen ini sifatnya lebih lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen. Namun demikian, ikatan hidrogen antara dua molekul air yang berdekatan dan sifat terpolarisasi molekul air inilah yang berperan terhadap sifat-sifat kimia dan fisik air yang unik itu terjadi. Molekul-molekul dalam air dan es mempunyai banyak ikatan hidrogen dengan sesamanya.

Es yang merupakan wujud air dalam bentuk padat, terdiri dari jaringan terbuka dari molekul-molekul H₂O yang terikat oleh ikatan hidrogen. Jaringan es ini sangat terbuka, sehingga jika es meleleh, maka ikatan-ikatan hidrogen itu putus dengan menghasilkan air yang kerapatannya lebih besar dari es. Jika suhu air bertambah, maka kerapatannya akan bertambah karena strukturnya lebih rapat sebagai akibat terjadinya pemutusan ikatan hidrogen. Pada waktu yang bersamaan kerapatannya berkurang karena cairan memuai. Pada suhu 4°C kedua pengaruh yang saling berlawanan itu seimbang dan memiliki kerapatan tertinggi yaitu 1 gram/cm³. Di atas suhu 4°C pemuaian termal itu lebih menonjol dan kerapatan air berkurang.

2.3         Sifat fisik air

Sifat fisik air berbeda sekali dari pelarut lain. Contohnya, air sebagai hidrida oksigen (H₂O) mempunyai titik lebur, titik didih, panas penguapan, dan tegangan permukaan yang lebih tinggi daripada hidrida sulfur (H₂S) dan nitrogen (NH₃) yang sebanding. Sifat-sifat ini menunjukkan adanya kekuatan intermolekuler yang kuat dalam air cair. Adanya sifat elektrik dipolar dari molekuler air yang menyebabkan kekuatan ini. Dalam suatu molekul air, atom oksigen yang sangat elektronegatif menarik elektron pengikat dari masing-masing dua atom hidrogen, mempolarisasi ikatan. Suatu daerah positif parsial diciptakan di sekeliling tiap dua inti hidrogen yang dihasilkannya. Daerah positif parsial dan daerah negatif parsial di sekeliling atom oksigen menjadikan air suatu molekul dipolar. Sifat polar dari air inilah yang memungkinkan tarikan elektrostatik antara molekul-molekulnya. Akibat dari tarikan seperti ini disebut suatu ikatan hidrogen, yang terjadi antara atom oksigen dari satu molekul air dan satu atom hidrogen dari molekul lainnya. Ikatan antara H dan O hanya merupakan salah satu jenis ikatan hidrogen yang dapat terjadi. Karena susunan dari elektron oksigen yang hampir tetrahedral (sudut ikatan 104,5^o), maka setiap molekul air secara potensial dapat mengikat hidrogen dengan empat molekul lain 

Penyelidikan terhadap air cair menemukan adanya rata-rata 3,4 ikatan hidrogen per molekul. Sifat ikatan ini yang memungkinkan air berikatan dengan dirinya sendiri menjadikan air suatu pelarut yang secara relatif berstruktur, dan menyebabkan adanya kohesi internal yang kuat sebagai suatu cairan.

Gambar 2. Susunan molekul air dalam es. (Menurut L. Pauling, The Nature of the Chemical Bond, edisi ketiga. Ithaca, N.Y.: Comell University Press, 1960).

 

2.4         Konsentrasi ion hidrogen dari sistem biologi

Lingkungan akua dari sistem biologi memilki konsentrasi ion hidrogen (H⁺) yang benar-benar tetap konstan. Dipertahankannya konsentrasi H⁺ yang cocok sangat penting untuk kehidupan setiap organisme karena reaksi biokimia sangat peka terhadap fluktuasi konsentrasi ion ini. Dalam metabolisme yang dinamik, keberadaan dan produksi dari banyak biomolekul secara terus-menerus mempengaruhi jumlah H⁺ yang ada. Jika tidak terdapat mekanisme untuk mengontrol perubahan konsentrasi H⁺ , maka koordinasi efektif dari banyak reaksi yang merupakan metabolisme  akan hilang dengan cepat. Proses kehidupan kemudian akan berhenti. Karena itu, suatu pengertian akan mekanisme yang dengan ketat mengendalikan lingkungan H⁺ penting untuk pengertian mengenai sistem perairan yang diatur dengan ketat yang diperlukan oleh kehidupan.

 

2.5         Disosiasi air

Air sendiri menyumbang pada ion hidrogen untuk sistem biologi, karena mengionisasi hingga suatu tingkatan yang sangat ringan menghasilkan suatu ion hidrogen dan suatu ion hidroksil (OH^-). H⁺ tidak terdapat dalam larutan akua saja, tetapi malah dalam keterkaitan dengan suatu molekul air (transfer proton) untuk membentuk suatu ion hidronium (H₃O⁺).

       H₂O +  H₂O        <--->              H₃O⁺  + OH^-

Namun, untuk lebih mudahnya dan menurut konvensi, disosiasi air biasanya ditulis:

              H₂O             <---->        H⁺  + OH^-

2.6         Senyawa biologi disosiasi

Asam asetat merupakan salah satu dari asam Bronsted-Lowry yang dalam lingkungan akua memperlihatkan suatu disosiasi yang tergantung pH. Sifat ionisasi seperti ini digunakan secara luas dalam sistem kehidupan untuk membantu mendaparkan cairam biologis; mereka juga merupakan ciri penting dari mekanisme biokimia.

Asam fosforik merupakan suatu contoh senyawa lain yang memiliki tiga proton yang dapat terdisosiasi:

Perhatikan bahwa H₃PO₄ merupakan asam konjugat dari H₂PO₄^-, yang merupakan basa konjugat dari H₃PO₄ dan juga asam konjugat HPO₄^2-. Pada gilirannya, H₂PO₄^-  merupakan suatu basa konjugat (dari H₂PO₄^-) dan suatu asam konjugat (dari PO₄^3-). Dengan demikian, H₂PO₄^-  dan HPO₄^2- memperlihatkan karakteristik dari suatu asam maupun suatu basa—sifat penting dalam fungsi biologis dari fosfat anorganik.

2.7         Air merupakan pelarut biologik yang ideal

Dalam reaksi metabolik, air berfungsi sebagai reaktan tetapi juga sebagai produk. Air juga menjadi pelarut yang ideal. Air sangat mempengaruhi semua interaksi molekuler dalam sistem biologi. Adapun air mempunyai 2 sifat yang penting yaitu secara biologis yaitu:

1.      Air merupakan molekul polar

Struktur tiga dimensi molekul air merupakan tetrahedron tidak beraturan dengan oksigen pada bagian pusatnya. Dua buah ikatan dengan hidrogen kedua sudut tetrahedron, sementara elektron-elektron yang tidak dipakai bersama pada kedua orbital terhibridasi sp3, menempati dua sudut sisanya.

2.      Air bersifat kohesif

Molekul-molekul air yang berdekatan meiliki afinitas yang tinggi satu sama lainya. Daerah bermuatan positif dan satu molekul air cenderung akan mengarahkan diri kepada daerah bermuatan negatif pada salah satu molekul didekatnya.

PUSTAKA

Anonim. 2013. http://biologiwalisongo.blogspot.com/2013/03/keistime waan-air.html (Diakses pada tanggal 18 Mei 2013)

Anonim. 2012. http://indscience.wordpress.com/pelarut-universal/. (Diakses pada tanggal 18 Mei 2013)

Anonim. 2013. http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/biokimia /bab%202. (Diakses pada tanggal 18 Mei 2013)

Anonim. 2013. http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_das ar/asam_dan_basa/air-sebagai-pelarut/ (Diakses pada tanggal 18 Mei 2013)

Anonim. 2013. http:// www.oseanografi.lipi.go.id/sites/default/files/ oseana_xxviii(3)17-25.pdf‎ (Diakses pada tanggal 18 Mei 2013)