1 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
Biokimia Asam dan Basa
Oleh Achmad Rizki Yono
1406527803
DK 13
I. PENDAHULUAN
Asam dan basa merupakan komponen penting dalam tubuh untuk mempertahankan homeostasis. Dalam kondisi normal, pH tubuh harus berkisar dalam rentang 7,35-7,45. Kondisi pH yang demikian dibutuhkan untuk mengoptimalkan kerja enzim, seperti fosfatase. Apabila konsentrasi ion H+ di dalam cairan ekstraseluler mengalami peningkatan, sehingga pH menjadi 6,8 dapat menyebabkan terjadinya kematian, begitu pula sebaliknya jika pH lebih dari 8. Oleh karena itu, di dalam tubuh, terdapat mekanisme untuk mempertahan nilai pH ini yakni melalui buffer system (sistem dapar) baik buffer kimia maupun buffer
fisiologis.1-3
II. ISI
A. Definis asam dan basa
Asam menurut Arrhenius merupakan suatu zat yang mengandung hidrogen terdisosiasi atau terurai apabila berada di dalam larutan untuk membebaskan ion H+
(ion hidronium H3O+) dan anion (ion negatif). Sebagai contoh, HCl akan terdisosiasi
menjadi ion H+ dan Cl- sebagaimana reaksi berikut.1-2
HCl (s) H+ (aq)+ Cl- (aq)
Begitu pula sebaliknya, basa merupakan suatu zat yang melepaskan ion OH- di dalam larutan. Sebagai contoh NaOH akan terdisosiasi menjadi ion Na+ dan ion OH- di dalam suatu larutan. NaOH (s) Na+ (aq) + OH- (aq). Pengertian ini merupakan pengertian asam secara tradisional.1-2
2 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
bahwa asam merupakan penyumbang proton, sedangkan basa merupakan penerima proton. Perhatikan reaksi kimia di bawah ini untuk memahami Asam Brønsted-Lowry1
NH3 + H+O- NH4+ + OH-
Amonia air ion amonia ion hidroksida
(basa) (asam) (asam) (basa)
Selain itu dikenal juga pasang asam basa konjugasi yang merupakan dua zat yang fromulanya dibedakan hanya karena ion H+. Asam konjugasi adalah zat yang
dibentuk oleh penambahan ion H+ dari sebuah basa, sedangkan basa konjugasi adalah
zat yang dibentuk karena kehilangan ion H+ dari sebuah asam.1 Untuk memahami asam-basa konjugasi, lihat gambar di bawah ini
Asam dan basa juga dinyatakan dalam suatu derajat keasaman suatu zat dalam larutan yang dinyatakan dalam bentuk pH (power of hydrogen) dengan nilai berkisar dari 0-14. Suatu larutan dikatakan netral yaitu jika pH larutan tersebut sama dengan 7. Dalam hal ini, [H+]=[OH-]. Sebagai contoh adalah air murni. Berdasarkan skala pH
tersebut, suatu larutan dikatakan asam jika pH kurang dari 7, sedangkan dikatakan basa jika pH lebih dari 7. Nilai pH=7 dikatakan netral. Untuk menghitung derajat keasaman (pH) tersebut, digunakan perhitungan negatif logaritma dari konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan. Secara matematis, hal ini dinyatakan sebagai1-3
pH = - log [H+]
Contoh, pH dari HCl dengan konsentrasi 0,001 M adalah –log 0,001 yaitu 2
Sedangkan untuk menghitung nilai pH suatu basa, digunakan perhitungan 14 dikurang negatif logaritma ion OH-. Secara matematis, hal ini dinyatakan sebagai
pH =14-(-log[OH-])
3 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
Berdasarkan kemampuan untuk terdisosiasi, asam dan basa dibedakan menjadi asam kuat, asam lemah, basa kuat, dan basa lemah. Asam kuat dan basa kuat adalah asam dan basa yang terdisosiasi dengan sempurna di dalam larutan, sedangkan asam lemah dan basa lemah yaitu asam dan basa yang tidak terdisosiasi dengan sempurna di dalam larutan. Contoh asam dan basa kuat adalah HCl dan NaOH, sedangkan asam dan basa lemah adalah asam karbonat (H2CO3) dan amonia (NH3).1-3
B. Sistem Buffer
Buffer merupakan kombinasi suatu zat yang bekerja bersama untuk mencegah
perubahan pH secara drastis dengan cara menambahkan sejumlah kecil asam atau basa. Secara umum, buffer merupakan campuran antara asam lemah atau basa lemah dengan asam atau basa konjugasinya (garam). Untuk memahami sistem buffer lebih baik, perhatikan gambar di bawah ini yang membandingkan penambahan HCl pada larutan dengan dan tanpa buffer. Dapat kita lihat bahwa pada larutan tanpa buffer, [H+] tinggi karena bebas, sedangkan pada larutan dengan buffer [H+] rendah karena terikat dengan
buffernya.1
Image from : Sherwood L. Fisiologi manusia: dari sel ke sistem. 8th ed. Jakarta: EGC; 2013. p.573.
Di dalam tubuh, buffer diperlukan untuk mempertahankan homeostasis pH. Beberapa mekanisme tubuh akan mempertahankan nilai pH dalam kondisi normal, sehingga tidak terjadi asidosis dan alkalosis yang nantinya dapat berakibat kematian. Secara normal, nilai pH tubuh berkisar antara 7,35-7,45. Nilai ini merupakan pH darah karena yang memungkinkan untuk diukur adalah pH darah. Darah arteri secara normal memiliki pH 7,45, sedangkan darah vena memiliki pH 7,35. Mengapa demikian? Hal ini dikarenakan pada darah vena dihasiilkan H+ dari pembentukan H2CO3 dari CO2 yang
4 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
dapat dikatakan sebagai pH cairan ekstraseluler. Kondisi di mana pH kurang dari 7,35 akan menyebabkan terjadinya asidosis dan kondisi di mana pH lebih dari 7,45 akan mengakibatkan alkalosis.2-3
Untuk mencegah terjadinya asidosis dan alkalosis, tubuh memiliki mekanisme
buffer system (sistem dapar) untuk mempertahankan nilai pH dalam kisaran 7,35-7,45. Ada dua sistem dapar dalam tubuh yakni dapar kimia dan dapar fisiologis. Dapar kimia akan menjadi lini pertama (kerja cepat) dalam mempertahankan nili pH, namun sifatnya sementara, sedangkan dapar fisiologis akan menjadi lini terakhir (kerja lambat), namun sifatnya tahan lama.2-3
1. Buffer Kimia
Buffer ini bekerja sebagai lini pertama dalam mempertahankan homeostasis pH tubuh. Kerja buffer kimia ini cepat, namun sementara. Prinsip yang digunakan adalah neutralisasi bukan eliminasi ion H+. Di dalam tubuh, ada 3 sistem buffer kimia yang utama yaitu buffer asam karbonat-bikarbonat (H2CO3:HCO3-), buffer
fosfat, dan buffer protein.2-3
a. Buffer asam karbonat-bikarbonat (H2CO3:HCO3-)
Buffer ini merupakan buffer terpenting untuk mempertahankan nilai pH Cairan Ekstraseluler (CES). Sistem buffer ini merupakan sistem yang efektif karena dua hal yaitu banyak ditemukan di CES dan diatur secara ketat oleh ginjal dan sistem pernapasan. HCO3- diatur oleh ginjal, sedangkan CO2 diatur
oleh sistem pernapasan yang menghasilkan H2CO3 dengan bantuan enzim
karbonik anhidrase melalui reaksi berikut: CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-
Apabila ion H+ ditambahkan ke dalam plasma, seperti pada saat kondisi olahraga melalui pembebasan asam laktat ke dalam CES, maka H+ akan terikat dengan HCO3- menjadi H2CO3 dan reaksi akan bergeser ke kanan. Adanya
ikatan inilah yang menyebabkan konsentrasi ion H+ di dalam darah tidak
mengalami peningkatan, sehingga tidak terjadi penurunan pH. 2
Namun, sistem buffer ini tidak dapat menyangga dirinya sendiri. Sebagai contoh, terjadinya fluktuasi CO2 pada kondisi hipoventilasi akan
menyebabkan reaksi di atas bergeser ke kanan, sehingga terjadi kenaikan konsentrasi H2CO3 yang kemudian menyebabkan kenaikan ion H+. Kenaikan
5 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
arah kiri. Akibatnya kondisi ini dapat menyebabkan asidosis. Dapat disimpulkan bahwa sistem buffer ini hanya dapat menyangga peningkatan atau penurunan H+ yang diakibatkan oleh mekanisme lain di luar sistem ini.2
b. Buffer fosfat (NaH2PO4 asam dan NaH2PO4 basa)
Buffer ini terdiri dari garam fosfat (NaH2PO4) yang bersifat asam dan
garam fosfat yang bersifat basa. NaH2PO4 yang bersifat asam akan
mendonasikan H+ bebas ketika [H+] turun, sedangkan NaH
2PO4 yang bersifat
basa akan menerima H+ bebas ketika [H+] naik. Secara reaksi kimia, hal ini
dinyatakan sebagai berikut.2
NaH2PO4 + H+ NaH2PO4 + Na+
Perlu diketahui bahwa konsentrasi buffer fosfat di CES sangat rendah karena fosfat sangat banyak di dalam sel, sehingga buffer ini kurang efektif untuk menyangga pH CES namun efektif untuk menyangga pH CIS. Selain itu, sistem buffer ini merupakan sistem yang penting untuk menyangga pH urin karena fosfat tidak akan direabsorpsi dan tetap berada di dalam cairan tubulus untuk diekskresikan.2
c. Buffer protein
Buffer ini terdiri dari buffer asam amino, buffer Hb, dan buffer protein plasma. Asam amino dapat menjadi buffer karena memiliki sifat amfoter yakni dapat bereaksi dengan asam maupun basa. Sifat inilah yang dapat menetralkan perubahan pH CIS dengan cara menyerap maupun melepaskan [H+]. Sifat amfoter ini terjadi karena asam amino memiliki gugus asam yaitu karboksil (--COOH) dan basa yaitu amina (--NH2). Karboksil akan berperan sebagai donor
ion H+ ketika terjadi penurunan [H+], sedangkan amina akan menjadi akseptor H+ ketika terjadi kenaikan [H+] menjadi H(ion amonia).2
Hemoglobin dapat menjadi buffer karena dapat mengikat kelebihan CO2 di dalam kapiler. CO2 dihasilkan dari sisa oksidasi sel yang berdifusi ke
kapiler. Di sini CO2 akan berekasi dengan H2O dengan bantuan karbonik
anhidrase, sehingga reaksi bergeser ke kanan dan [H+] meningkat. Untuk mengkompensasi hal ini, Hb akan mengikat ion H+, sehingga [H+] menurun dan
tidak lagi berkontribusi dalam keasaman cairan tubuh.2
6 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
jika pH CES naik, maka H+ akan dipompa dari CIS ke CES. Perpindahan H+ akan digantikan oleh K+.2-3
2. Buffer Fisiologis
Buffer fisiologis merupakan lini terakhir dalam menjaga homeostasis tubuh. Kerja buffer fisiologis ini lambat, namun bersifat lama. Prinsip yang digunakan adalah eliminasi ion H+. Di dalam tubuh, sistem ini dikontrol oleh sistem respirasi dan ginjal.2-3
a. Sistem respirasi
Sistem respirasi menjaga homeostasis pH tubuh dengan cara mengatur [H+] melalui kontrol laju pengeluaran CO
2. Dari penjelasan sebelumnya, kita
tahu bahwa CO2di dalam tubuh berkontribusi terhadap pembentukan ion H+. Di
sinilah peran sistem respirasi yaitu mengontrol laju pengeluaran CO2, sehingga
secara tidak langsung turut mengontrol konsentrasi ion H+ di dalam tubuh. Mekanisme ini terjadi karena adanya peningkatan atau penurunan [H+] di dalam arteri.2-3
Jika terjadi peningkatan [H+] arteri yang bukan karena penyebab respiratorik (metabolik), kemoreseptor perifer secara refleks akan merangsang pusat respirasi di batang otak untuk meningkatkan ventilasi paru, sehingga CO2
banyak dihembuskan keluar. Hal ini secara tidak langsung mengurangi konsentrasi CO2 di dalam tubuh yang secara tidak langsung mengurangi [H+].
Jika konsentrasi CO2 terlalu rendah, maka kemoreseptor sentral akan
mendeteksinya dan memberikan refleks ke pusat respirasi di batang otak untuk menurunkan ventilasi paru.2-3
Ketika [H+] arteri turun, ventilasi paru akan melambat, akibatnya akumulasi CO2 di dalam darah lebih cepat daripada pengeluaran CO2tersebut
melalui paru.2-3 b. Ginjal
Dalam menjaga homeostasis pH cairan tubuh, ginjal menyesuaikan tiga faktor yang saling berkaitan yaitu ekskresi H+, ekskresi HCO3- dan sekresi
amonia. Kita tahu bahwa asam selalu dihasilkan di dalam tubuh sebagai hasil dari metabolisme. Paru hanya membantu mengontrol jumlah ion H+ yang dihasilkan dari H2CO3, maka ginjallah yang akan membuang H+ yang berasal
7 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
Di tubulus proksimal, H+ disekresi oleh transport aktif primer melalui pompa H+ ATPase dan transport aktif sekunder melalui antiporter Na+ H+.
Di tubulus distal dan koligen, keseimbangan pH dibantu oleh sel prinsipal dan interkalasi yang terletak di tubulus distal dan koligens, terutama sel interkalasi. Sel prinsipal berperan dalam menjaga keseimbangan Na+ dan K+ melalui aldosetron. Sel ini juga membantu menjaga keseimbangan air melalui ADH. Sedangkan sel interkalasi berperan dalam menjaga keseimbangan asam-basa. Ada dua jenis sel interkalasi yaitu A dan B. Sel interkalasi A merupakan sel penyekresi H+, pereabsorpsi K+, dan pereabsorpsi
HCO3-, sedangkan sel interkalasi B kebalikan dari sel interkalasi A yaitu
pereabsorpsi H+, penyekresi K+,dan penyekresi HCO3- yang akan dibuang
melalui urin. 2-3
Untuk mengetahui mekanisme transport beserta transporter ion H+, K+, HCO3-, dan Cl- dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Intinya adalah H+ dan
K+ akan disekresi atau direabsorpsi dan saling bertukar melalui transport aktif primer, HCO3- dan Cl- saling bertukar melalui transport aktif sekunder yakni
antiport, serta H2O dan CO2 berdifusi pasif dari dari lumen ke sel ke kapiler. H+
dan HCO3- yang berada di lumen dapat saling bereaksi dan pada akhirnya
8 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
Image from : Sherwood L. Fisiologi manusia: dari sel ke sistem. 8th ed. Jakarta: EGC; 2013. p.579.
Image from : Sherwood L. Fisiologi manusia: dari sel ke sistem. 8th ed. Jakarta: EGC; 2013. p.579.
Image from : Sherwood L. Fisiologi manusia: dari sel ke sistem. 8th ed. Jakarta: EGC; 2013. p.579.
C. Asidosis dan Alkalosis
9 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 )
metabolik jika penyebabnya karena produk metabolisme, seperti benda keton, dan lain-lain.2-3
a. Asidosis respiratorik disebabkan oleh semua kondisi yang menyebabkan hipoventilasi, sehingga konsentrasi CO2 meningkat, akibatnya [H+] meningkat.
Contoh, penyakit paru seperti emfisema, asma, depresi pusat pernapasan oleh pengaruh obat atau penyakit, gangguan saraf atau otot pernapasan, atau bahkan menahan napas.2
b. Asidosis metabolik disebabkan oleh adanya peningkatan kadar asam di dalam darah akibaat metabolisme tubuh yang tidak dapat dikompensasi karena jumlahnya terlalu besar. Contoh penyebabnya adalah diare berat yang mengeluarkan HCO3-, diabetes melitus di mana benda keton banyak diproduksi,
olahraga berat yang menyababkan penumpukan asam laktat, dan asidosis uremik karena gagal ginjal.2
c. Alkalosis respiratorik disebabkan oleh semua kondisi yang menyebabkan hiperventilasi, sehingga konsentrasi CO2 menurun, akibatnya [H+] menurun.
Contoh penyebabnya seperti demam, rasa cemas, keracunan aspirin, dan lain-lain. 2
d. Alkalosis metabolik disebabkan oleh adanya peningkatan kadar alkali di dalam darah akibaat metabolisme tubuh yang tidak dapat dikompensasi karena jumlahnya terlalu besar. Contoh penyebabnya adalah muntah yang menyebabkan hilangnya asam lambung dan kelebihan ingesti obat-obatan alkali.2
Ringkasan asidosis dan alkalosis dapat dilihat pada gambar di bawah.
10 |B i o k i m i a A s a m d a n B a s a ( P e m i c u 1 ) III. KESIMPULAN
Berdasarkan uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa tubuh memiliki mekanisme untuk menjaga keseimbangan asam-basa di dalam tubuh. Mekanisme ini berupa sistem buffer
baik kimiawi sebagai lini pertama maupun fisiologis sebagai lini terakhir. Mekanime ini sebenarnya mempertahankan nilai pH darah dalam rentang 7,35-7,45, sehingga tidak terjadi asidosis dan alkalosis
Referensi:
1. Rodwell VW, Bender DA, Botham KM,Kenelly PJ, Weil PA. Harper’s illustrated
biochemistry.30th ed. USA: McGraw Hill; 2015. p.10-13.
2. Sherwood L. Fisiologi manusia: dari sel ke sistem. 8th ed. Jakarta: EGC; 2013. p.598-614.
