Pertemuan 2_Peran Air dalam Sistem Biologi.pptx

Peran Air dalam Sistem Biologi

1. Pertemuan 2: Peran Air dalam Sistem Biologi Khafsah Sangadah , M. Biomed.

2. QS. Al- Anbiya ’ [21]:30 “…Dan dari air Kami jadikan segala sesuatu yang hidup …”

3. Tujuan Mata Kuliah Memahami struktur Molekul Air dan Ikatan Hidrogen Mengetahui dan menjelaskan fungsi dan peran air dalam sistem biologi Menggali informasi mengenai kadar air pada makhluk hidup . 3 9/11/2025 Add a footer

4. Struktur dan Polaritas Molekul Air 4 9/11/2025 Add a footer Komposisi : 2 atom H + 1 atom O. Geometri : Tetrahedral → bentuk membengkok (bent) karena pasangan elektron bebas mendorong atom H lebih dekat . Ikatan : Setiap H terhubung ke O dengan ikatan kovalen tunggal . Sudut ikatan : 104,5° ( lebih kecil dari 109° ideal tetrahedral). Elektronegativitas : O lebih elektronegatif → O bermuatan parsial δ− , H bermuatan parsial δ+ . Kepolaran : Molekul bersifat polar ( tidak seperti CO₂ yang nonpolar). Dipol : Air merupakan molekul dipol , dapat berorientasi terhadap medan listrik .

5. Interaksi Non- kovalen Air dengan zat terlarut dalam sistem Biologi 5 9/11/2025 Add a footer

6. Antar Molekul Air Membentuk Ikatan Hidrogen 6 9/11/2025 Add a footer Hidrogen yang kekurangan elektron ( δ+ ) tertarik pada pasangan elektron bebas (lone pair) oksigen dari molekul air lain  Ikatan Hidrogen . Ikatan hidrogen = lebih lemah daripada ikatan kovalen O–H, karena : Jaraknya lebih panjang . Ikatan hanya berupa tarik-menarik elektrostatik , bukan berbagi elektron penuh . Satu molekul air punya 2 donor (dua H) dan 2 akseptor (dua lone pair O). Dengan orientasi tetrahedral, tiap molekul air bisa ikat dengan 4 molekul lain  jaringan 3D ikatan hydrogen  Titik didih tinggi

7. Konsekuensi Ikatan Hidrogen pada Sifat Fisik Air 7 9/11/2025 Add a footer Titik didih & titik leleh tinggi Kepadatan anomali (es lebih ringan dari air) Panas laten & panas penguapan tinggi Tegangan permukaan & kohesi

8. Konsekuensi Ikatan Hidrogen pada Sifat Kimia Air 8 9/11/2025 Add a footer Pelarut Universal Ion dan molekul polar ( glukosa , asam amino, garam, nukleotida ) larut mudah → memungkinkan transportasi dalam darah dan sel Ikatan hydrogen dengan Biomolekul Menstabilkan struktur sekunder / tersier biomolekul : heliks α dan lembar β pada protein, heliks ganda DNA ( ikatan antar basa ), konformasi RNA. Peran dalam reaksi Biokimia Sifat amfoter Asam /Basa Metabolisme : degradasi polisakarida , protein, lipid ( hidrolisis ). ATP hydrolysis (ATP + H₂O → ADP + Pi + energi ). sebagai donor atau akseptor proton → memfasilitasi reaksi asam-basa . Sistem Buffer (mis. sistem bikarbonat HCO₃⁻/CO₂, fosfat , protein) untuk menahan perubahan pH.

9. Interaksi Molekul Air- Senyawa Ionik 9 9/11/2025 Add a footer Molekul air mengorientasikan kutubnya ke ion → membentuk lapisan hidrasi . Air di sekitar ion jadi kurang bergerak ( mobilitas rendah ). Contoh : NaCl larut dalam air (Na⁺ dikelilingi O⁻, Cl⁻ dikelilingi H⁺ dari air). Air dengan senyawa dengan gugus fungsional seperti asam karboksilat terionisasi (–COO⁻), amina terprotonasi (–NH₃⁺), serta ester atau anhidrida fosfat .

10. Interaksi Air- Molekul Non-Polar ( Interaksi Hidrofobik ) 10 9/11/2025 Add a footer Air membentuk struktur teratur di sekitar gugus apolar (hydrophobic hydration). Mengurangi entropi (–TΔS) → sistem tidak stabil . Gugus apolar cenderung berkumpul untuk mengurangi kontak dengan air. Contoh : Minyak dalam air, gugus hidrofobik protein melipat ke dalam . Amphipathic compounds in aqueous solution. Gugus non-polar protein

11. 11 9/12/2025 Add a footer Interaksi Van der waals Interaksi elektrostatik lemah akibat pergeseran distribusi elektron dan terjadi pada jarak dekat . Meskipun lemah , jumlah besar interaksi ini berperan penting dalam stabilitas biomolekul Jenis & Contoh dalam Sistem Biologi : Dipol – Dipol Terjadi antar gugus polar Contoh : Ikatan antar gugus karbonil dan amino pada protein sekunder ( heliks - α, lembar - β). Dipol – Dipol Terinduksi Dipol permanen (polar) menginduksi dipol sementara (non-polar) pada molekul lain. Contoh : Interaksi lemah karbonil protein dengan cincin aromatik asam amino ( fenilalanin , tirosin ) Dipol Terinduksi – Dipol Terinduksi ( Dispersi London) Fluktuasi elektron → dipol sementara (non-polar) saling tarik . Contoh : Tumpukan basa nitrogen dalam DNA (base stacking) yang menstabilkan heliks ganda .

12. Interaksi Van Der Waals pada Biomolekul 12 9/11/2025 Add a footer

13. 13 9/12/2025 Add a footer Ikatan nonkovalen = perekat utama molekul biologi . kekuatan lemah , tetapi secara kolektif : menentukan struktur , fungsi , dan interaksi biomolekul . Perbandingan Kekuatan Ikatan kovalen : sangat kuat ( contoh C–C: ~350 kJ/mol, C–H: ~410 kJ/mol). Ikatan nonkovalen : jauh lebih lemah . Van der Waals: ~4 kJ/mol. Ikatan hidrogen & ionik : bervariasi tergantung lingkungan ( larutan polar → lebih lemah ). Hidrofobik : relatif lemah , tapi diperkuat dalam pelarut polar ( misalnya air). Mengapa interaksi non- kovalen pada Sistem biologi ?

14. 14 9/12/2025 Add a footer Jenis Ikatan Energi Ikatan (kJ/mol) Karakteristik Contoh dalam Sistem Biologi Kovalen (C–C) ~350 Sangat kuat, berbagi elektron Tulang punggung DNA, protein (ikatan peptida) Kovalen (C–H) ~410 Lebih kuat lagi, stabil Rantai hidrokarbon (lipid) Ikatan Ionik (garam) 20 – 40 (dalam air) Dapat melemah dalam pelarut polar (karena konstanta dielektrik tinggi) Interaksi antara gugus COO⁻ (asam amino) dan NH₃⁺ Ikatan Hidrogen 10 – 30 Terarah, dipengaruhi orientasi & jarak Ikatan antar basa DNA (A–T, G–C), struktur sekunder protein Interaksi Hidrofobik 3 – 12 (per gugus CH₂) Efek entropi, menghindari air Pelipatan protein, pembentukan membran sel Interaksi van der Waals ~4 (per atom/molekul) Sangat lemah, jarak spesifik (vdW radius) Tumpukan basa DNA, interaksi antar residu protein

15. 15 9/12/2025 Add a footer Protein & asam nukleat (DNA/RNA) : struktur 3D ditentukan oleh kombinasi ikatan lemah ini . Antibodi –antigen : pengenalan spesifik bergantung pada banyak interaksi nonkovalen . Enzim – substrat : energi ikatan nonkovalen = sumber utama kekuatan katalisis . Reseptor – hormon / neurotransmiter : interaksi spesifik terjadi lewat kombinasi ikatan lemah . Komplementaritas molekul ( misalnya kunci – gembok ): ditentukan oleh pola interaksi nonkovalen Implikasi Biologis

16. 16 9/12/2025 Add a footer Pelarut Universal Medium Reaksi Biokimia Substrat dalam Reaksi Kimia Transportasi Zat dan Nutrien Pengatur Suhu Tubuh Pelumas dan Penopang Struktur Fungsi dan Peran Air dalam Sel dan sistem Biologis pada Makhluk Hidup Discovery Learning Jelaskan : Definisi , c ontoh fenomena biologi , dan dampak / kelainan apabila fungsi air tidak mendukung proses tersebut !

17. Kadar Air pada Tubuh Manusia 17 9/12/2025 Add a footer Tubuh manusia dewasa : 60–70% air dari total berat badan. Bayi: ~75–80% air → lebih rentan terhadap dehidrasi . Lansia: ~50–55% air → penurunan cadangan air. Kompartemen Persentase dari Total Air Keterangan Intraseluler ~2/3 (~40% dari berat tubuh) Air di dalam sel , lokasi reaksi metabolik utama Ekstraseluler ~1/3 (~20% dari berat tubuh) Termasuk cairan interstitial, plasma darah, dan cairan transeluler Plasma darah ~5% dari berat tubuh Transportasi nutrien, hormon, dan oksigen Cairan interstitial ~15% dari berat tubuh Mengisi ruang antar sel, mendukung pertukaran zat Cairan transeluler <1% dari berat tubuh Contoh : cairan serebrospinal , cairan sinovial

18. 18 9/12/2025 Add a footer Nelson, D.L., Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 8th Edition. New York: W.H. Freeman and Company; 2021. Murray, R.K., Bender, D.A., Botham, K.M., Kennelly, P.J., Rodwell, V.W., Weil, P.A. Harper’s Illustrated Biochemistry. 32nd Edition. New York: McGraw-Hill Education; 2021. Karp, G. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. 9th Edition. New York: John Wiley & Sons; 2019. Daftar Pustaka