Buffer

Yuhernita

Bagian Biokimia FKUY

BIOKIMIA ASAM-BASA• Biokimia Asam Basa mencakup kajian kimia fisika

konstituen yang terdapat dalam larutan biologi (elektrolit dan berbagai macam asam lemah) yang mempengaruhi dissosiasi maupun konsentrasi ion hidrogen (H+) dalam larutan.

• Pengaturan pH sangat penting dalam reaksi-reaksi kimia dalam tubuh. Adanya perubahan pH dalam tubuh dapat menyebabkan terganggunya proses metabolisme dalam tubuh.

• Pemahaman tentang aspek biokimia asam-asam lemah (terutama asam karbonat) menjadi dasar untuk memahami Homoestasis asam-basa secara keseluruhan.

SISTEM BUFFER

Basa konjugasiAsam lemah

Contoh : Larutan asam format (HCOOH) mempunyai reaksi kesetimbangan asam-basa sbb :

HCOOH + H2O HCOO- + H3O+

Asam Lemah • terdissosiasi sebagian dalam larutan• dalam larutan, terdapat molekul (yang tidak terdissosiasi)

dan juga basa konjugasinya

LARUTAN YG MAMPU MEMPERTAHANKAN pH MESKIPUN PADA LARUTAN TSB DITAMBAHKAN SEDIKIT ASAM/BASA

Basa konjugasiAsam lemah

LARUTANBUFFER

HCOOH + H2O HCOO- + H3O+

Untuk suatu asam lemah, basa konjugasi yang terbentuk dalam kesetimbangan jumlahnya amatlah sedikit, tergantung pada derajat ionisasi () dari asam lemah ybs.

Karena itu untuk membuat buffer, biasanya basa konjugasi berasal dari garamnya.

Contoh :

Buffer BIKARBONAT :

mengandung H2CO3 (asam lemah) dan NaHCO3 (garam),

dalam larutannya terdapat kesetimbangan :

H2CO3 + H2O HCO3- + H3O+

Buffer FORMAT:

mengandung HCOOH (asam lemah) dan HCOONa (garam),

dalam larutannya terdapat kesetimbangan :

HCOOH + H2O HCOO- + H3O+

Selain itu buffer juga dapat dibuat melalui reaksi antara asam lemah dengan basa kuat.

Larutan buffer akan terbentuk bila ASAM LEMAHNYA BERSISA.

CONTOH :

Campuran 5 mL HCOOH 0,10 M dengan 5 mL NaOH 0,05 M, yang akan membentuk kesetimbangan asam basa :

Jadi dalam larutan akan terdapat HCOOH 0,25 mmol dan 0,25 mmol HCOONa. Keduanya akan membentuk sistem buffer format.

Awal 0,50 mmol 0,25 mmol

Bereaksi 0,25 mmol 0,25 mmol 0,25 mmol

Akhir 0,25 mmol 0,25 mmol

HCOOH + NaOH HCOONa + H2O

BEBERAPA CONTOH BUFFER SIAP PAKAI YANG DIJUAL DI PASARAN

BAGAIMANA CARANYA LARUTAN BUFFER

MEMPERTAHANKAN pH SUATU LARUTAN ?

PRINSIPREAKSI NETRALISASI

• Jika larutan ditambah asam, maka basa konjugasi dari buffer akan menetralkan kelebihan asam yang terbentuk (Buffer bertindak SEBAGAI BASA)

• Jika larutan ditambah basa, maka asam konjugasi dari buffer akan menetralkan kelebihan basa yang terbentuk (Buffer bertindak SEBAGAI ASAM)

HA

A -

B+ A-

H +

H2O

tambah OH-

tambah H+

(dari basa kuat)

(dari asam kuat)

HA = asam lemahBA = garam dari asam lemahA- = basa konjugasi buffer (sebagian besar berasal dari garam)

CH3COO- + H+ CH3COOH

CH3COOH + OH- CH3COO-+ H2O

Contoh:Bila pada buffer asetat ditambahkan sedikit HCl atau NaOH, maka :

Atau secara keseluruhan dapat ditulis :

CH3COONa + HCl CH3COOH + NaCl

CH3COOH + NaOH CH3COONa+ H2O

KAPASITAS BUFFER

Larutan I :

1 L larutan HCl 1,8 x 10-5 M (pH = 4,74)

Lalu ditambah beberapa tetes NaOH 0,1 M

Larutan II :

1 L larutan CH3COOH 0,1 M – CH3COONa 0,1 M (pH = 4,74)

Lalu ditambah 100 mL NaOH 0,1 M

Bandingkan pengaruh penambahan NaOH pada dua macam larutan berikut. Sebagai indikator, ke dalam masing-masing larutan ditambahkan metil merah (yang berwarna kuning bila pH > 5,4 dan berwarna merah bila pH < 5,4) :

LARUTAN IHCl

(bukan buffer)

LARUTAN IICH3COOH – CH3COONa

(buffer)

sebelumditambah NaOH

(pH = 4,74)

sebelumditambah NaOH

(pH = 4,74)

setelahditambah NaOH

(pH > 5,4)

setelahditambah NaOH

(pH < 5,4)

KESIMPULAN :

Larutan II dapat mempertahankan pH pada penambahan NaOH sedangkan larutan I tidak.

KAPASITAS BUFFER

Ukuran seberapa banyak jumlah asam/basa yang dapat ditambahkan tanpa terjadinya perubahan pH yang berarti

Ukuran seberapa banyak perubahan pH yang terjadi bila ditambah sedikit asam/basa

Kemampuan untuk menyangga pH larutan seperti ini seringkali dikenal sebagai KAPASITAS BUFFER

KAPASITAS BUFFER sangat tergantung pada berapa banyak jumlah mol asam lemah dan basa konjugasi yang terdapat dalam larutan

• Untuk volume larutan yang sama,semakin besar konsentrasi buffer, semakin besar kapasitas buffernya

• Untuk konsentrasi larutan yang sama,semakin besar volume buffer, semakin besar kapasitas buffernya

Buffer Value

Buffer Value ( ):

Kapasitas buffer untuk mempertahankan perubahan pH

pH

basaasam

]/[

Menurut Van Slyke :

dimana :

[asam/basa] = jumlah asam/basa yang ditambahkan pada 1 L buffer

pH = perubahan pH buffer

Satuan : “mmol/L/unit pH” atau “Slyke”

pH LARUTAN BUFFER

Karena Buffer terdiri dari asam lemah dan garamnya, maka pH buffer sangat tergantung pada :

• Nilai Ka asam lemahnya

• Konsentrasi asam lemah dan garamnya

Dimana : [Asam]

[Garam]

[H+] = Ka .

pH = pKa + log[Garam]

[Asam]

PERS. HENDERSON-HASSELBACH

pH = pKa + log [GARAM]

[ASAM]

Jadi pH Buffer :

APAKAH pH BUFFER BERUBAH BILA DIENCERKAN ?

KENAPA ?

Keseimbangan Asam Basa padaSistem Biologi

Ada beberapa sumber utama proton (ion H+) dalam tubuh :

•Asam Karbonat (H2CO3)Sumber utama : hasil oksidasi di dalam sel (berupa CO2)

•Asam sulfat (H2SO4)Sumber : oksidasi protein yang mengandung Sulfur

(sistein, sistin, metionin)

•Asam fosfatSumber : hasil metabolisme fosfoprotein, fosfatida dan

hidrolisis fosfo-ester

• Asam-asam organik

Sumber : produksi dan akumulasi beberapa asam organik tertentu pada oksidasi karbohidrat, lemak dan protein (ex : asam piruvat, asam laktat, asam aseto asetat, dll

• Iatrogenik

Sumber : pemberian obat-obatan tertentu, yang dapat meningkatkan konsentrasi ion H+ di dalam darah.

Mekanisme Pengaturan pHmelibatkan beberapa faktor :

• Pertahanan pertama :– Sistem Buffer– Mekanisme Respirasi

• Pertahanan KeduaEksresi Ginjal (Renal Mechanisms) :

mengontrol konsentrasi ion H+ dan HCO3- pada

cairan ekstraselular

• Faktor Pengenceran Keseimbangan volume cairan tubuh

Sistem Buffer

Ada 4 sistem buffer utama :• Buffer Bikarbonat• Buffer Fosfat• Buffer Protein• Haemoglobin

Prinsip kerja :• Reaksi netralisasi• Pergeseran kimia

Buffer Bikarbonat• Komponen :

Asam lemah : H2CO3 Basa konjugasi : NaHCO3

• Penambahan asam dinetralkan oleh HCO3-

H+ + HCO3- H2CO3

Reaksi ini akan menyebabkan meningkatnya H2CO3, yang diikuti oleh meningkatnya CO2

Peningkatan CO2 akan meningkatkan ventilasi paru.

• Penambahan basa dinetralkan oleh H2CO3

NaOH Na+ + OH-

Na+ + H2CO3 NaHCO3

OH- + H2CO3 HCO3-

Reaksi ini akan menyebabkan :– jumlah H2CO3 turun, akibatnya akan terjadi

pembentukan H2CO3 kembali dari CO2 dan H2O, sehingga kadar CO2 akan turunH2O + CO2 H2CO3

– jumlah HCO3- meningkat

dikompensasi oleh ginjal

Hubungan H2CO3, CO2 dan HCO3- menjadi kunci

untuk memahami fisiologi asam basa

Sistem buffer yang umum digunakan pada analisa cairan biologi adalah buffer bikarbonat

Kelebihan buffer bikarbonat :• Konsentrasinya lebih besar daripada buffer

lainnya (26-28 mmol/L)

• Menghasilkan H2CO3, yang mudah terurai membentuk CO2 dan dikeluarkan melalui pernafasan

• Merupakan buffer fisiologis yang sangat baik dan berperan sebagai pertahan pertama dalam menjaga keseimbangan asam-basa

Kelemahannya :• Sebagai buffer kimia, kapasitasnya cukup kecil,

karena pKa jauh dari pH fisiologis

Buffer Fosfat

• Komponen :– Asam Lemah : NaH2PO4

– Basa Konjugasi : Na2HPO4

• Perbandingan normal : Na2HPO4 : NaH2PO4 = 4 : 1

Dijaga tetap konstan oleh ginjal

• Penambahan asam : dinetralkan oleh Na2HPO4

HCl + Na2HPO4 NaH2PO4 + NaCl

Peningkatan NaH2PO4 akan diekresi melalui urin urin lebih asam

• Penambahan basa : dinetralkan oleh NaH2PO4

NaOH + NaH2PO4 Na2HPO4 + H2O

Peningkatan Na2HPO4 akan diekresi melalui urin urin lebih basa

Kekurangan Buffer Fosfat• Konsentrasinya dalam darah cukup kecil

(1 mmol/L)• Kurang efisien sebagai buffer fisiologis

Kelebihan Buffer Fosfat :• Sebagai buffer kimia, merupakan buffer

yang cukup efisien dan efektif, karena pKa mendekati pH fisiologis

Buffer Protein• Merupakan buffer yang komplek• Nilai pKa bervariasi tergantung pada gaya

elektrostatik struktur protein ybs• Komponen :

– Asam : gugus karboksilat– Basa konjugasi : gugus amina

• Dalam medium asam :Protein bertindak sebagai basa, gugus -NH2 akan menarik ion H+ sehingga protein bermuatan positif-NH2 + H+ -NH3

+

• Dalam medium basa :Protein bertindak sebagai asam, gugus –COOH terdissosiasi, dan melepaskan ion H+

Ion H+ menetralkan ion OH- membentuk molekul air.Protein bermuatan negatif-COOH -COO- + H+

H+ + OH- H2O

Buffer Hemoglobin• Berperan dalam jaringan paru, ketika terjadi

pembentukan ion H+ saat transport CO2

• Umumnya kapasitas buffer disumbangkan oleh adanya gugus imidazol dari histidin (gugus nitrogen)

• Gugus nitrogen dapat menangkap atau melepaskan ion H+, sehingga dapat bertindak sebagai asam atau basa.

• Saat oksigenasi Hb, gugus nitrogen bertindak sebagai asam dan menyumbangkan ion H+

• Saat deoksigenasi Hb, gugus nitrogen bertindak sebagai basa dan menangkap ion H+