---
title: "Air dan Biomolekul Kecil"
book: "Biologi Universitas — Tahun 1"
subject: biology
language: id
chapter: 8
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/8-air-dan-biomolekul-kecil
---

# Bab 8 — Air dan Biomolekul Kecil

Sebuah bakteri bervolume satu mikrometer kubik memuat sekitar dua puluh miliar molekul air dan beberapa ratus juta molekul selebihnya. Air bukanlah latar belakang [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) melainkan mediumnya: ia melarutkan ion dan gula, ia menyembunyikan bagian berminyak protein dan membran, ia menetapkan keasaman yang menjadi sandaran tiap enzim, dan ia adalah pereaksi atau hasil pada separuh reaksi metabolisme. Bab ini memerikan air dan ikatan lemah yang dibentuk serta diputuskannya, aritmetika asam, [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) dan [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer), molekul organik kecil yang membangun makromolekul empat bab berikutnya, dan [mata uang energi](#def-b1-water-small-molecules-atp) — [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) — yang dipakai [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) untuk membayar pembangunannya.

## 8.1 Air

**Definisi 8.1 (Molekul air).**

Air, $\mathrm{H_2O}$, adalah molekul bengkok (sudut H–O–H-nya $104.5^\circ$) yang oksigennya menarik elektron bersama ke arah dirinya: ia bersifat *polar*, dengan muatan negatif parsial pada oksigennya dan muatan positif parsial pada hidrogennya. Tiap molekul dapat membentuk sampai empat *ikatan hidrogen* — tarikan elektrostatik antara sebuah hidrogen yang terikat pada atom elektronegatif (O, N) dan sepasang elektron bebas atom elektronegatif yang lain — dua lewat hidrogennya, dua lewat oksigennya. Air cair adalah jala ikatan semacam itu, yang masing-masing bertahan beberapa pikosekon.

![Sebuah molekul air (sudut H–O–H 104.5) dan keempat tetangganya yang terikat hidrogen. Molekul bengkok yang polar itu menyumbang dua ikatan hidrogen lewat hidrogennya dan menerima dua pada oksigennya; jala yang dibentuknya memberi air kelekatannya, kapasitas kalornya dan kekuatannya sebagai pelarut.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-water-small-molecules/fig-7258254fa619.svg)

*Sebuah molekul air (sudut H–O–H $104.5^\circ$) dan keempat tetangganya yang terikat hidrogen. Molekul bengkok yang polar itu menyumbang dua [ikatan hidrogen](#def-b1-water-small-molecules-water) lewat hidrogennya dan menerima dua pada oksigennya; jala yang dibentuknya memberi air kelekatannya, kapasitas kalornya dan kekuatannya sebagai pelarut.*

**Proposisi 8.2 (Sifat air yang penting bagi kehidupan).**

Jala [ikatan hidrogennya](#def-b1-water-small-molecules-water) menerangkan sifat air yang luar biasa:

- *kelekatan* dan tegangan permukaan yang tinggi ( $72\,\mathrm{mN}/\mathrm{m}$ ): kolom air dapat ditarik naik sebatang pohon tanpa putus ( [Bab 24](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/24-pertukaran-gas-dan-pengangkutan-getah-tumbuhan#ch-b1-plant-transport) ); serangga berjalan di atas kolam;
- *kapasitas kalor* yang tinggi ( $4.18\,\mathrm{kJ}\,\mathrm{kg}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}$ ) dan kalor penguapan yang tinggi ( $2.4\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ ): suhu [organisme](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/1-organisme-sistem-yang-berinteraksi-dengan-lingkungannya#def-b1-organism-environment-organism) dan badan air berubah perlahan, dan menguapkan segram keringat membuang $2.4\,\mathrm{kJ}$ ;
- *wujud padat yang massa jenisnya lebih kecil daripada cairnya* : es mengapung, dan danau membeku dari atas ke bawah, sehingga air cair tertinggal di bawahnya;
- *pelarut* yang sangat baik bagi ion dan [molekul polar](#def-b1-water-small-molecules-water) , yang dikelilinginya dengan selubung terarah ( *hidrasi* ), dan pelarut yang buruk bagi molekul nonpolar, yang justru dipaksanya berdempet ( *efek hidrofob* ).

**Bukti sebagian.** Kelekatan dan tegangan permukaan mengukur kerja memisahkan molekul yang masing-masing dipegang empat ikatan sekitar $20\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Memanaskan air harus memutus ikatan sekaligus mengguncang molekulnya, karena itulah kapasitas kalornya besar; menguapkannya harus memutus semuanya. Es memegang tiap molekul dalam kisi tetrahedral terbuka berisi empat ikatan, yang menempati volume lebih besar daripada cairan yang tak teratur, tempat molekulnya berkemas lebih rapat. Ion dan gugus polar dimantapkan oleh [ikatan hidrogen](#def-b1-water-small-molecules-water) ke air; sebuah molekul nonpolar tak sanggup membentuknya, dan air di sekelilingnya harus menata diri menjadi sangkar, dengan biaya entropi yang berkurang ketika molekul nonpolar bergerombol dan berbagi satu sangkar. ∎

![Seekor anggang-anggang di sebuah kolam: cekungan di bawah kakinya adalah permukaan yang ditahan tegang oleh kelekatan air yang terikat hidrogen.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-water-small-molecules/img-5bf2f442a2ee.jpg)

*Seekor anggang-anggang di sebuah kolam: cekungan di bawah kakinya adalah permukaan yang ditahan tegang oleh kelekatan air yang terikat hidrogen.*

**Contoh 8.3 (Efek hidrofob bekerja).**

Kocoklah minyak ke dalam air dan dalam beberapa menit tetesnya telah menyatu: air memeras keluar apa yang tak sanggup diikatnya. Efek yang sama melipat sebuah protein (residu berminyaknya bersembunyi di dalam, [Bab 12](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/12-asam-amino-dan-protein#ch-b1-proteins)), merakit sebuah membran (ekor lipidnya berkumpul menjauhi air, [Bab 9](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/9-lipid#ch-b1-lipids)), dan mendorong dua permukaan molekul yang berpasangan agar bertemu. Tak ada yang menarik minyak ke minyak; airlah yang mendorong.

## 8.2 Ikatan lemah

**Definisi 8.4 (Ikatan kovalen dan nonkovalen).**

Sebuah *ikatan kovalen* berbagi sepasang elektron antara dua atom dan menuntut $300\text{ to }500\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ untuk diputus: kerangka molekul bersifat kovalen, dan hanya enzim yang membentuk atau memutusnya di dalam [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell). *Ikatan nonkovalen* adalah tarikan yang lemah dan berbalikan yang memegang molekul *terhadap satu sama lain* dan membentuknya: *[ikatan hidrogen](#def-b1-water-small-molecules-water)* ($4\text{ to }20\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ dalam air); *ikatan ion* antara muatan yang berlawanan (sekitar $12\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ dalam air, yang tetapan dielektriknya menyekat muatan delapan puluh kali lipat); tarikan *van der Waals* antara dua atom mana pun yang bersentuhan rapat ($1\text{ to }4\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ masing-masing, tetapi terjumlahkan atas seluruh permukaan); dan *[efek hidrofob](#prop-b1-water-small-molecules-properties)*, yang bukan sebuah ikatan melainkan pengucilan permukaan nonpolar oleh air.

**Proposisi 8.5 (Mengapa ikatan lemah adalah ikatan biologi).**

Energi termal pada $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ adalah $RT = 2.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Sebuah ikatan lemah tunggal hanya beberapa kali nilai itu dan putus dalam mikrosekon; sepuluh ikatan bersama-sama, pada dua permukaan yang berpasangan, bertahan berjam-jam. *Pengenalan* molekul — sebuah enzim bagi substratnya, sebuah antibodi bagi antigennya, sebuah untai DNA bagi pasangannya — bersandar pada banyak ikatan lemah yang terbentuk sekaligus antara permukaan yang saling melengkapi, dan karena itulah ia sekaligus khas (hanya permukaan yang cocok membentuk semuanya) dan berbalikan (kalor, atau seorang pesaing, membatalkannya). [Ikatan kovalen](#def-b1-water-small-molecules-bonds), yang seratus kali lebih kuat, akan bersifat tetap.

**Contoh 8.6 (Melelehkan sebuah heliks ganda).**

Kedua untai DNA dipegang dua atau tiga [ikatan hidrogen](#def-b1-water-small-molecules-water) tiap pasangan [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) ditambah penumpukan ([van der Waals](#def-b1-water-small-molecules-bonds)) dari pasangan yang bertetangga dengannya; sepasang tunggal akan terpisah seketika, tetapi seribu pasangan berderet bertahan sampai suhunya mencapai sekitar $90\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, lalu bersatu kembali, tepat pada susunan yang sama, ketika suhunya diturunkan ([Bab 11](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/11-nukleotida-dan-asam-nukleat#ch-b1-nucleic-acids)). Khas, kuat karena jumlahnya, berbalikan.

## 8.3 Asam, basa dan penyangga

**Definisi 8.7 (pH, asam, basa, pKaK_aKa​).**

Air terurai sedikit, $\mathrm{H_2O} \rightleftharpoons
\mathrm{H^+} + \mathrm{OH^-}$, dengan $[\mathrm{H^+}][\mathrm{OH^-}] =
K_w = 10^{-14}\,\mathrm{mol}^{2}/\mathrm{L}^{2}$ pada $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Yang disebut *pH* adalah $-\log_{10}[\mathrm{H^+}]$: 7 bagi air murni, lebih rendah bagi asam, lebih tinggi bagi basa. Sebuah *asam* $\mathrm{HA}$ melepas sebuah proton, $\mathrm{HA} \rightleftharpoons \mathrm{H^+} +
\mathrm{A^-}$, dengan tetapan penguraian $K_a =
[\mathrm{H^+}][\mathrm{A^-}]/[\mathrm{HA}]$ dan *p$K_a$* $= -\log_{10}K_a$; *basa* konjugatnya $\mathrm{A^-}$ menerima satu proton. Asam kuat (HCl) terurai seluruhnya; asam di dalam [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) (asam karboksilat, fosfat, amonium) bersifat lemah, dengan p$K_a$ antara 2 dan 10.

**Teorema 8.8 (Henderson–Hasselbalch).**

Bagi sebuah asam lemah dalam larutan,

$$
\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log_{10}\frac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]} .
$$

Pada $\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a$ asamnya setengah terurai; satu satuan [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) di atasnya, ia $91\,\%$ terurai; satu satuan di bawahnya, $9\,\%$.

**Bukti.** Ambil logaritma $K_a = [\mathrm{H^+}][\mathrm{A^-}]/[\mathrm{HA}]$: $\log K_a = \log[\mathrm{H^+}] + \log([\mathrm{A^-}]/[\mathrm{HA}])$, yakni $-\mathrm{p}K_a = -\mathrm{pH} + \log([\mathrm{A^-}]/[\mathrm{HA}])$. Rasionya adalah $1$, $10$ dan $0.1$ pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= \mathrm{p}K_a$, $\mathrm{p}K_a + 1$ dan $\mathrm{p}K_a - 1$. ∎

**Definisi 8.9 (Penyangga).**

Yang disebut *penyangga* adalah larutan yang memuat sebuah asam lemah dan [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) konjugatnya dalam jumlah yang sebanding; ia menahan perubahan [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph), sebab $\mathrm{H^+}$ yang ditambahkan diserap $\mathrm{A^-}$ dan $\mathrm{OH^-}$ yang ditambahkan diserap $\mathrm{HA}$. Ia bekerja paling baik dalam satu satuan dari p$K_a$-nya, dan *kapasitasnya* tumbuh bersama kepekatan total pasangan itu. Penyangga [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell): fosfat ($\mathrm{H_2PO_4^-}/\mathrm{HPO_4^{2-}}$, p$K_a$ 6.8) dan rantai samping protein di dalam [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell); bikarbonat ($\mathrm{CO_2}/\mathrm{HCO_3^-}$, p$K_a$ efektif 6.1) dalam darah, yang pasangan asamnya adalah gas yang dapat disingkirkan paru.

![Titrasi sebuah asam lemah (fosfat, pK_a 6.8) oleh sebuah basa. Kurvanya rata di sekitar pK_a: di situ, menambahkan basa mengubah rasio basa terhadap asam tetapi hampir tidak mengubah pH-nya. Di luar rentang itu pH berayun bebas.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-water-small-molecules/fig-2f1f6a169bbc.svg)

*Titrasi sebuah asam lemah (fosfat, p$K_a$ 6.8) oleh sebuah [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph). Kurvanya rata di sekitar p$K_a$: di situ, menambahkan [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) mengubah rasio [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) terhadap asam tetapi hampir tidak mengubah [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph). Di luar rentang itu [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) berayun bebas.*

![Skala pH yang dibuat tampak dengan indikator universal: dari merah pada pH 2 sampai ungu pada pH 12. Getah lambung berada pada 1–2, kemih 5–8, darah 7.4, usus halus 8, sitosol 7.2, lisosom 5, lumen tilakoid dalam cahaya 5, stroma 8.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-water-small-molecules/img-84d743c72e32.jpg)

*Skala [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) yang dibuat tampak dengan indikator universal: dari merah pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 2 sampai ungu pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 12. Getah lambung berada pada 1–2, kemih 5–8, darah 7.4, usus halus 8, [sitosol](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/6-organisasi-fungsional-sel-eukariot#def-b1-eukaryotic-cell-organelle) 7.2, [lisosom](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/6-organisasi-fungsional-sel-eukariot#def-b1-eukaryotic-cell-endomembrane) 5, lumen tilakoid dalam cahaya 5, stroma 8.*

**Metode 8.10 (Aritmetika penyangga).**

1. Kenali pasangan asam–basanya dan p $K_a$ -nya pada suhu kerja.
2. Terapkan Henderson–Hasselbalch untuk memperoleh rasio [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) terhadap asam dari [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) , atau [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) dari kepekatannya.
3. Untuk menambahkan asam kuat: kurangkan jumlahnya dari [basanya](#def-b1-water-small-molecules-ph) dan tambahkan pada asamnya, lalu hitung ulang [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) . Untuk menambahkan [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) kuat: kebalikannya.
4. Bila salah satu pasangannya dapat meninggalkan sistemnya (karbon dioksida yang diembuskan, amonia yang diekskresikan), sistemnya bersifat *terbuka* : tahanlah pasangan itu pada nilai yang dikenakan alih-alih membiarkannya menumpuk. [Penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) terbuka menahan [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) jauh lebih baik daripada yang tertutup.

**Contoh 8.11 (Darah).**

Darah arteri memegang $24\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ bikarbonat dan $\mathrm{CO_2}$ terlarut pada $1.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ (yang ditetapkan paru): $\mathrm{pH} =
6.1 + \log(24/1.2) = 6.1 + 1.30 = 7.4$. Menambahkan $5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ asam mengubah $5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ bikarbonat menjadi $\mathrm{CO_2}$; bila paru mengembuskan $\mathrm{CO_2}$ itu dan menahan nilai terlarutnya, [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) menjadi $6.1 + \log(19/1.2) = 7.30$; dalam labu tertutup $\mathrm{CO_2}$-nya akan naik ke $6.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ dan [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) turun ke $6.1 + \log(19/6.2) =
6.59$. Parulah yang membuat perbedaannya.

## 8.4 Biomolekul kecil

**Definisi 8.12 (Gugus fungsi).**

Molekul organik [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) adalah kerangka karbon yang membawa sehimpunan kecil *gugus fungsi* yang menentukan kimianya:

| gugus | rumus | sifat | terdapat pada |
| --- | --- | --- | --- |
| hidroksil | $-\mathrm{OH}$ | polar, berikatan H | gula, alkohol |
| karbonil | $>\!\mathrm{C{=}O}$ | polar, reaktif | aldosa, ketosa |
| karboksil | $-\mathrm{COOH}$ | asam (p$K_a \approx 4$) | asam lemak, asam amino |
| amino | $-\mathrm{NH_2}$ | [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) (p$K_a \approx 9$) | asam amino |
| fosfat | $-\mathrm{OPO_3^{2-}}$ | bermuatan, tautan kaya energi | nukleotida, [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) |
| sulfhidril | $-\mathrm{SH}$ | membentuk jembatan S–S | sisteina |
| metil | $-\mathrm{CH_3}$ | nonpolar | lipid, tanda DNA |

Pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) gugus karboksil berada dalam bentuk ion ($-\mathrm{COO^-}$) dan gugus amino terprotonasi ($-\mathrm{NH_3^+}$).

**Proposisi 8.13 (Empat keluarga satuan pembangun).**

Hampir seluruh materi organik sebuah [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) dibangun dari empat macam molekul kecil, masing-masing beberapa ratus dalton: *gula* ([Bab 10](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/10-karbohidrat#ch-b1-carbohydrates)), *asam lemak* ([Bab 9](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/9-lipid#ch-b1-lipids)), *asam amino* ([Bab 12](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/12-asam-amino-dan-protein#ch-b1-proteins)) dan *nukleotida* ([Bab 11](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/11-nukleotida-dan-asam-nukleat#ch-b1-nucleic-acids)). Tiga di antaranya disambung menjadi *polimer* — polisakarida, protein, asam nukleat — lewat *kondensasi* (sebuah ikatan yang terbentuk dengan lepasnya sebuah molekul air), dan dibongkar lewat *hidrolisis* (ikatannya diputus dengan menambahkan air). [Kondensasi](#prop-b1-water-small-molecules-families) bersifat mendaki dan dibayar [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp); [hidrolisis](#prop-b1-water-small-molecules-families) bersifat menurun dan hanya memerlukan sebuah enzim.

![Kondensasi menyambung dua satuan pembangun dengan lepasnya sebuah molekul air; hidrolisis membongkarnya dengan menambahkan satu molekul air. Gula, asam amino dan nukleotida dipolimerkan dengan cara ini.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-water-small-molecules/fig-b5ff0c1a9c2b.svg)

*[Kondensasi](#prop-b1-water-small-molecules-families) menyambung dua satuan pembangun dengan lepasnya sebuah molekul air; [hidrolisis](#prop-b1-water-small-molecules-families) membongkarnya dengan menambahkan satu molekul air. Gula, asam amino dan nukleotida dipolimerkan dengan cara ini.*

**Contoh 8.14 (Daftar isi sebuah sel).**

Dari massa kering sebuah bakteri, protein adalah $55\,\%$, RNA $20\,\%$, DNA $3\,\%$, lipid $9\,\%$, polisakarida $5\,\%$, molekul kecil dan ion selebihnya. Menurut cacah molekulnya gambarannya terbalik: seribu macam metabolit kecil dan ion, pada kepekatan dari nanomolar sampai sepersepuluh mol tiap liter, menyusun sebagian besar molekul yang bukan air. Kalium berada pada $150\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, glutamat $100\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) $5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, sebuah faktor transkripsi pada beberapa molekul tiap [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell).

## 8.5 Energi: energi bebas dan ATP

**Proposisi 8.15 (Energi bebas sebuah reaksi).**

Sebuah reaksi pada suhu dan tekanan tetap berlangsung spontan ke arah yang menurunkan [energi bebas](#prop-b1-water-small-molecules-gibbs) Gibbs $G$. Bagi $\mathrm{A} + \mathrm{B} \rightleftharpoons \mathrm{C} + \mathrm{D}$,

$$
\Delta G = \Delta G^{\circ\prime} + RT\ln\frac{[\mathrm{C}][\mathrm{D}]}{[\mathrm{A}][\mathrm{B}]},
$$

dengan $\Delta G^{\circ\prime}$ adalah perubahan [energi bebas](#prop-b1-water-small-molecules-gibbs) baku (semua kepekatan $1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$, [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 7) dan suku logaritmanya mengoreksi kepekatan yang sesungguhnya. Pada kesetimbangan $\Delta G = 0$, sehingga $\Delta G^{\circ\prime} = -RT\ln K'_{\text{eq}}$: tiap $5.7\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ $\Delta G^{\circ\prime}$ menggeser tetapan kesetimbangannya sepuluh kali lipat. $\Delta G$ menyatakan ke arah mana sebuah reaksi dapat berjalan, bukan secepat apa: itu urusan enzimnya ([Bab 13](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/13-enzim-dan-katalisis-biokimia#ch-b1-enzymes)).

**Bukti.** Potensial kimia tiap spesies adalah $\mu = \mu^\circ + RT\ln c$ (hasil larutan ideal pada mata kuliah fisika); $\Delta G$ adalah jumlah potensial hasil reaksinya dikurangi jumlah potensial pereaksinya, yang memberikan rumus tadi; menyamakannya dengan nol pada kesetimbangan memberikan hubungannya dengan $K'_{\text{eq}}$. ∎

**Definisi 8.16 (ATP, penggandengan).**

*ATP* (adenosina trifosfat) adalah sebuah nukleotida ([Bab 11](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/11-nukleotida-dan-asam-nukleat#ch-b1-nucleic-acids)) yang membawa tiga fosfat berderet; kedua ikatan terluarnya adalah ikatan *fosfoanhidrida* yang [hidrolisisnya](#prop-b1-water-small-molecules-families), $\mathrm{ATP} + \mathrm{H_2O} \to \mathrm{ADP} +
\mathrm{P_i}$, memiliki $\Delta G^{\circ\prime} = -30.5\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ dan, pada kepekatan sebuah [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell), $\Delta G \approx -50\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. ATP adalah *mata uang energi* [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell): katabolisme membuatnya ([Bab 15](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/15-respirasi-sel-dan-fermentasi#ch-b1-respiration-fermentation)), dan biosintesis, pengangkutan serta gerak membelanjakannya. Sebuah reaksi yang mendaki dibuat berjalan dengan *menggandengkannya* pada [hidrolisis](#prop-b1-water-small-molecules-families) ATP lewat sebuah zat antara bersama, sehingga jumlah kedua $\Delta G$ menjadi negatif.

**Contoh 8.17 (Mengapa hidrolisis ATP melepas begitu banyak).**

Ada tiga sebab: keempat muatan negatif fosfat [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) saling menolak dan kelegaannya diperoleh lewat pembelahannya; hasilnya, $\mathrm{ADP}$ dan $\mathrm{P_i}$, lebih dimantapkan resonansi dan hidrasi daripada anhidridanya; dan [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) menjaga [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) seribu kali di atas kesetimbangannya dengan ADP dan fosfat. Yang terakhir adalah suku terbesarnya: dengan [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) pada $5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, ADP $1\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, $\mathrm{P_i}$ $10\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, $\Delta G = -30.5 + 2.58\ln\frac{10^{-3}\times 10^{-2}}{5\times 10^{-3}}
= -30.5 - 16 = -46.5\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$.

**Contoh 8.18 (Penggandengan).**

Glukosa $+\ \mathrm{P_i} \to$ glukosa-6-fosfat $+\ \mathrm{H_2O}$ memiliki $\Delta G^{\circ\prime} = +13.8\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$: pada kesetimbangan hampir tak ada glukosa yang terfosforilasi. Heksokinase justru memindahkan fosfatnya langsung dari [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp): glukosa $+$ [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) $\to$ glukosa-6-fosfat $+$ ADP, $\Delta G^{\circ\prime} = 13.8 - 30.5 =
-16.7\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, tetapan kesetimbangannya $800$, reaksinya pada dasarnya lengkap. Fosfatnya tak pernah muncul bebas: kedua reaksi itu satu.

## 8.6 Latihan

**Latihan 8.1 ★.**

Jelaskan, dari struktur molekul air, mengapa air adalah pelarut yang baik bagi garam dan pelarut yang buruk bagi minyak.

**Solusi Latihan 8.1.**

Molekul bengkok yang polar itu memiliki oksigen yang bermuatan negatif parsial dan hidrogen yang bermuatan positif parsial: ia mengelilingi sebuah kation dengan oksigennya dan sebuah anion dengan hidrogennya, sehingga memantapkannya (hidrasi), dan ia membentuk [ikatan hidrogen](#def-b1-water-small-molecules-water) dengan gugus polar. Minyak tidak memiliki muatan atau gugus polar untuk diikat; molekul air di sekelilingnya harus menata diri menjadi sangkar, yang tidak menguntungkan, sehingga minyaknya dikucilkan.

**Latihan 8.2 ★.**

Urutkan keempat macam antaraksi nonkovalen menurut kekuatannya dan berikan satu peran biologis masing-masing.

**Solusi Latihan 8.2.**

[Ikatan hidrogen](#def-b1-water-small-molecules-water) ($4\text{ to }20\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$): pemasangan [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) dalam DNA, struktur sekunder protein. [Ikatan ion](#def-b1-water-small-molecules-bonds) (sekitar $12\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ dalam air): jembatan garam dalam protein, pengikatan substrat. [Efek hidrofob](#prop-b1-water-small-molecules-properties) (bukan sebuah ikatan, tetapi sebanding secara total): perakitan membran, pelipatan protein. [Van der Waals](#def-b1-water-small-molecules-bonds) ($1\text{ to }4\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ masing-masing): kemasan rapat dua permukaan yang saling melengkapi, kesesuaian enzim–substrat.

**Latihan 8.3 ★.**

Hitunglah [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) sebuah larutan yang $[\mathrm{H^+}] = 4 \times 10^{-8}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$, dan $[\mathrm{H^+}]$ dalam getah lambung pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 1.5.

**Solusi Latihan 8.3.**

$\mathrm{pH} = -\log(4\times 10^{-8}) = 7.4$. Pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 1.5, $[\mathrm{H^+}] = 10^{-1.5} = 0.032\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$.

**Latihan 8.4 ★.**

Dari gambar titrasinya, pada rentang [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) berapa [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) fosfat itu bekerja, dan berapa rasio [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) terhadap asam pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 7.4?

**Solusi Latihan 8.4.**

Dari sekitar 5.8 sampai 7.8 (p$K_a \pm 1$). Pada 7.4: $\log(\text{basa}/\text{asam})
= 0.6$, rasionya $4$.

**Latihan 8.5 ★★.**

Asam asetat memiliki p$K_a$ 4.76. Berapa fraksinya yang terion pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 4.76, pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 7.2 ([sitosol](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/6-organisasi-fungsional-sel-eukariot#def-b1-eukaryotic-cell-organelle)), dan pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 2 (lambung)? Bentuk mana yang lebih mudah melintasi sebuah membran, dan di mana asam asetat akan terserap?

**Solusi Latihan 8.5.**

Pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 4.76: $50\,\%$. Pada 7.2: $\log(\mathrm{A^-}/\mathrm{HA}) =
2.44$, rasionya $275$: $99.6\,\%$ terion. Pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 2: rasionya $10^{-2.76} =
1/575$: $0.2\,\%$ terion. Bentuk asam yang netral melintasi [dwilapis lipidnya](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/7-membran-dan-pengangkutan-lintas-membran#def-b1-membranes-transport-membrane); asam asetat terserap di lambung, tempat ia tidak terion, lalu terperangkap sebagai asetat dalam [sitosol](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/6-organisasi-fungsional-sel-eukariot#def-b1-eukaryotic-cell-organelle).

**Latihan 8.6 ★★.**

Sebuah [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) memuat $50\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ $\mathrm{HPO_4^{2-}}$ dan $50\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ $\mathrm{H_2PO_4^-}$ (p$K_a$ 6.8). Hitunglah [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph). Hitunglah [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) sesudah menambahkan $10\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ HCl, dan sesudah menambahkan HCl yang sama ke dalam air murni.

**Solusi Latihan 8.6.**

[pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.8 + \log 1 = 6.8$. Sesudah HCl: [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) $40$, asam $60$: [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.8 +
\log(40/60) = 6.62$. Dalam air murni, $[\mathrm{H^+}] = 0.01\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$: [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $2$.

**Latihan 8.7 ★★.**

Keringat yang menguap mendinginkan seorang pelari. Berapa banyak keringat yang harus menguap untuk membuang $500\,\mathrm{kJ}$? Jelaskan, dengan [ikatan hidrogen](#def-b1-water-small-molecules-water), mengapa kalor penguapan air begitu besar.

**Solusi Latihan 8.7.**

$500/2.4 = 208\,\mathrm{g}$. Untuk menguapkan sebuah molekul keempat [ikatan hidrogennya](#def-b1-water-small-molecules-water) harus diputus; $2.4\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ adalah $43\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, kira-kira energi dua ikatan tiap molekul (tiap ikatan dipakai berdua).

**Latihan 8.8 ★★.**

Reaksi glukosa-1-fosfat $\to$ glukosa-6-fosfat memiliki $K'_{\text{eq}} = 19$ pada $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Hitunglah $\Delta G^{\circ\prime}$. Di dalam sebuah [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) yang glukosa-6-fosfatnya $2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ dan glukosa-1-fosfatnya $0.02\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, hitunglah $\Delta G$ lalu sebutkan ke arah mana reaksinya berjalan.

**Solusi Latihan 8.8.**

$\Delta G^{\circ\prime} = -RT\ln 19 = -2.48\times 2.94 =
-7.3\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Di dalam [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell): $\Delta G = -7.3 + 2.48\ln(2/0.02) =
-7.3 + 11.4 = +4.1\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$: reaksinya berjalan mundur, ke arah glukosa-1-fosfat (seperti pada sintesis glikogen).

**Latihan 8.9 ★★.**

Mengapa sebuah danau membeku dari atas ke bawah, dan mengapa hal ini penting bagi ikan di dalamnya? Apa yang akan terjadi di dunia tempat es tenggelam?

**Solusi Latihan 8.9.**

Air paling padat pada $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$; air yang lebih dingin dan es lebih ringan dan tinggal di permukaan, sehingga esnya terbentuk di atas dan menyekat air cair di bawahnya, yang tetap dekat $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ sepanjang musim dingin. Bila es tenggelam, danau akan membeku padat dari dasarnya ke atas dan hanya mencair di permukaannya pada musim panas; kehidupan air tawar sepanjang musim dingin akan mustahil.

**Latihan 8.10 ★★★.**

Hitunglah $\Delta G$ bagi [hidrolisis](#prop-b1-water-small-molecules-families) [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) dalam sebuah [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) otot yang [ATP-nya](#def-b1-water-small-molecules-atp) $8\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, ADP-nya $0.9\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ dan $\mathrm{P_i}$-nya $8\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ pada $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$; lalu dalam sebuah otot yang lelah dengan [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) $5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, ADP $3\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ dan $\mathrm{P_i}$ $30\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$. Apa yang telah diperbuat kelelahan itu pada energi yang tersedia tiap [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp)?

**Solusi Latihan 8.10.**

$RT = 2.58\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Beristirahat: $Q = 0.9\times 10^{-3}\times 8\times
10^{-3}/8\times 10^{-3} = 9\times 10^{-4}$, $\ln Q = -7.0$: $\Delta G =
-30.5 - 18.1 = -48.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Lelah: $Q = 3\times 10^{-3}\times
30\times 10^{-3}/5\times 10^{-3} = 0.018$, $\ln Q = -4.0$: $\Delta G =
-30.5 - 10.4 = -40.9\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Kelelahan telah memangkas energi tiap [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) sebesar $16\,\%$, cukup untuk memperlambat pompa dan motor yang paling banyak memerlukannya.

**Latihan 8.11 ★★★.**

Sebuah [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 7.2 dan $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ bervolume dalam $1000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$. Berapa banyak ion $\mathrm{H^+}$ bebas yang dikandungnya? Bandingkan dengan $3 \times 10^{9}$ gugus [penyangganya](#def-b1-water-small-molecules-buffer). Apa yang dikatakan perbandingan itu tentang makna “[pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) sebuah [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell)”?

**Solusi Latihan 8.11.**

$[\mathrm{H^+}] = 10^{-7.2} = 6.3 \times 10^{-8}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$; volumenya $1 \times 10^{-12}\,\mathrm{L}$: $6.3 \times 10^{-20}\,\mathrm{mol}\times6 \times 10^{23} = 38$ proton. Berhadapan dengan $3 \times 10^{9}$ gugus [penyangganya](#def-b1-water-small-molecules-buffer): “[pH](#def-b1-water-small-molecules-ph)” bukanlah cacah proton melainkan keadaan protonasi [penyangganya](#def-b1-water-small-molecules-buffer), yang bertukar proton dengan airnya semiliar kali lebih cepat daripada yang dapat dilakukan proton bebas yang sedikit itu.

**Latihan 8.12 ★★★.**

“Kehidupan adalah cara menjaga reaksi tetap jauh dari kesetimbangan.” Bahaslah dalam satu paragraf, dengan memakai rasio kepekatan [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp), penggandengan, dan apa yang terjadi pada [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) yang [ATP-nya](#def-b1-water-small-molecules-atp) mencapai kesetimbangan dengan ADP.

**Solusi Latihan 8.12.**

Pada kesetimbangan [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp), ADP dan fosfat akan duduk pada rasio sekitar $10^{-5}$; [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) menjaga [ATP](#def-b1-water-small-molecules-atp) seribu kali di atas ADP, sehingga [hidrolisisnya](#prop-b1-water-small-molecules-families) melepas $50\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ alih-alih tidak sama sekali. Tiap proses yang mendaki — sintesis, pengangkutan, gerak — digandengkan pada penyimpangan itu; satu-satunya peran katabolisme adalah memeliharanya. Sebuah [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) yang [ATP-nya](#def-b1-water-small-molecules-atp) mencapai kesetimbangan tidak memiliki gradien untuk dibelanjakan: pompanya berhenti, ionnya bocor, [sel](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/5-sel-satuan-kehidupan#def-b1-cell-unit-of-life-cell) itu membengkak dan mati dalam beberapa menit. Menjadi hidup adalah pemeliharaan ketidaksetimbangan itu, bukan sebuah zat.

## 8.7 Soal: Darah sebagai Penyangga

**Soal 8.1.**

Soal akhir pekan — lima liter darah pada pH 7.40 sepanjang sebuah lari cepat: bikarbonat, karbon dioksida, paru dan ginjal, berakhir pada geseran pH bagi sebuah beban laktat tertentu

Darah arteri: [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 7.40, bikarbonat $[\mathrm{HCO_3^-}] =
24\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, karbon dioksida terlarut $[\mathrm{CO_2}] =
1.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ (sebanding dengan tekanan parsialnya: tekanan parsial $40\,\mathrm{mmHg}$ memberikan $1.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$). Sistem bikarbonatnya memiliki p$K_a$ efektif 6.1: $\mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O}
\rightleftharpoons \mathrm{H^+} + \mathrm{HCO_3^-}$. Volume darahnya $5\,\mathrm{L}$. Protein plasma dan hemoglobinnya menambahkan [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) kedua berkapasitas $25\,\mathrm{mmol}$ $\mathrm{H^+}$ tiap liter tiap satuan [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph). Sebuah lari cepat melepaskan $60\,\mathrm{mmol}$ asam laktat (asam kuat pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) darah) ke dalam darah dalam waktu semenit.

**Bagian I — Keadaan istirahatnya.**

1. Periksalah [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) darah arteri dari nilai bikarbonat dan karbon dioksidanya.
2. Hitunglah $[\mathrm{H^+}]$ pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 7.40, dalam nanomol tiap liter.
3. Berapa banyak proton bebas yang ada dalam seluruh volume darahnya? Bandingkan dengan $120\,\mathrm{mmol}$ bikarbonatnya.
4. Hitunglah rasio bikarbonat terhadap karbon dioksida terlarut dan fraksi pasangan [penyangganya](#def-b1-water-small-molecules-buffer) yang hadir sebagai [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph) .
5. Darah vena memiliki tekanan parsial $\mathrm{CO_2}$ sebesar $46\,\mathrm{mmHg}$ dan $25\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ bikarbonat. Hitunglah [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) .
6. Mengapa p $K_a$ 6.1, yang lebih dari satu satuan di bawah [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) darah, bukan sebuah kelemahan bagi [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) ini di dalam tubuh, meskipun ia akan menjadi kelemahan di dalam sebuah labu?

**Bagian II — Lari cepatnya, sistem tertutup.** Andaikan mula-mula tak ada karbon dioksida yang boleh keluar: tiap proton yang diserap bikarbonat menjadi $\mathrm{CO_2}$ terlarut.

7. Hitunglah kepekatan asam laktat yang ditambahkan ke darahnya.
8. Hitunglah bikarbonat baru dan $\mathrm{CO_2}$ terlarut yang baru bila seluruh asamnya disangga bikarbonat.
9. Hitunglah [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) yang dihasilkannya.
10. Hitunglah [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) yang akan diberikan asam yang sama dalam $5\,\mathrm{L}$ air murni.
11. Apakah sistem bikarbonat yang tertutup itu [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) yang baik bagi beban ini? Nyatakan dengan angka lewat geseran [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) .
12. Hitunglah perubahan $[\mathrm{H^+}]$ antara [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 7.40 dan [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) pada pertanyaan 9, serta fraksi proton tambahan yang tetap bebas dalam larutannya.

**Bagian III — Lari cepatnya, [sistem terbuka](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/1-organisme-sistem-yang-berinteraksi-dengan-lingkungannya#def-b1-organism-environment-organism).** Sekarang paru menahan $\mathrm{CO_2}$ terlarut pada $1.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ dengan mengembuskan kelebihannya.

13. Hitunglah [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) dengan bikarbonat pada nilai barunya dan $\mathrm{CO_2}$ ditahan pada $1.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ .
14. Berapa milimol $\mathrm{CO_2}$ yang harus disingkirkan paru, di atas keluaran istirahatnya, untuk menahan nilai itu?
15. Keluaran istirahatnya adalah $10\,\mathrm{mmol}$ $\mathrm{CO_2}$ tiap menit. Berapa kali lipat ventilasinya harus naik selama semenit untuk membersihkan kelebihan itu?
16. Pelari itu bernapas berlebih lebih jauh lagi, sehingga tekanan parsial $\mathrm{CO_2}$ -nya turun ke $30\,\mathrm{mmHg}$ . Hitunglah $\mathrm{CO_2}$ terlarut yang baru dan [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) .
17. Sekarang masukkan [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) proteinnya: dari $60\,\mathrm{mmol}$ proton itu, sebagian diambil protein sebanding dengan kapasitas kedua [penyangganya](#def-b1-water-small-molecules-buffer) . Taksirlah kapasitas sistem bikarbonat terbuka dekat [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 7.4 (milimol asam tiap liter yang menggeser [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) satu satuan, dari Henderson–Hasselbalch dengan $\mathrm{CO_2}$ tetap) dan bagian proton yang diambil tiap [penyangganya](#def-b1-water-small-molecules-buffer) .
18. Hitunglah ulang [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) sesudah lari cepat itu dengan kedua [penyangganya](#def-b1-water-small-molecules-buffer) .

**Bagian IV — Pemulihan, dan ginjalnya.**

19. Sepanjang jam berikutnya hati mengoksidasi laktatnya (menyingkirkan asamnya). Apa yang terjadi pada bikarbonat dan [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) , dengan paru menahan $\mathrm{CO_2}$ tetap?
20. Seorang pasien dengan gagal ginjal menahan $60\,\mathrm{mmol}$ asam sehari dan tidak sanggup mengekskresikannya. Hitunglah turunnya bikarbonat tiap hari ( [sistem terbuka](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/1-organisme-sistem-yang-berinteraksi-dengan-lingkungannya#def-b1-organism-environment-organism) ) dan [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) sesudah tiga hari bila bikarbonatnya tidak diganti.
21. Seorang pasien dengan penyakit paru menahan $\mathrm{CO_2}$ pada tekanan parsial $60\,\mathrm{mmHg}$ dengan bikarbonat pada $24\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ . Hitunglah [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) . Ginjalnya menanggapi sepanjang beberapa hari dengan menaikkan bikarbonatnya ke $33\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ ; hitunglah [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) pada saat itu.
22. Jelaskan dalam dua kalimat mengapa paru mengoreksi [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) dalam beberapa menit dan ginjal dalam beberapa hari, dan apa yang dikendalikan masing-masing dalam rasio Henderson–Hasselbalch.
23. Ginjal mengekskresikan $60\,\mathrm{mmol}$ asam sehari itu dalam $1.5\,\mathrm{L}$ kemih pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 5. Hitunglah proton bebas dalam kemih itu, lalu simpulkan bagaimana asamnya diangkut.
24. Muntah menghilangkan $100\,\mathrm{mmol}$ HCl. Ramalkan arah perubahan [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) lalu hitunglah bagi [sistem terbukanya](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/1-organisme-sistem-yang-berinteraksi-dengan-lingkungannya#def-b1-organism-environment-organism) .
25. Nyatakan hasilnya: geseran [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) darah bagi beban laktat $60\,\mathrm{mmol}$ dalam sistem tertutup, dalam [sistem terbuka](https://one-course.com/books/biology/3/id/chapter/1-organisme-sistem-yang-berinteraksi-dengan-lingkungannya#def-b1-organism-environment-organism) dengan bikarbonat saja, dan dengan [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) proteinnya ditambahkan.

**Solusi Soal 8.1.**

**1.** $6.1 + \log(24/1.2) = 6.1 + 1.301 = 7.40$. **2.** $10^{-7.4} = 4.0 \times 10^{-8}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L} = 40\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$. **3.** $40\times 5 = 200\,\mathrm{nmol}$, enam ratus ribu kali lebih sedikit daripada bikarbonatnya. **4.** $\mathrm{CO_2} = 1.2\times 46/40 = 1.38\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$; [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.1 + \log(25/1.38) = 6.1 + 1.258 = 7.36$. **5.** Dalam sebuah labu rasio $20:1$ menyisakan sedikit pasangan asam untuk menyerap [basa](#def-b1-water-small-molecules-ph), dan kapasitasnya rendah pada satu satuan dari p$K_a$-nya; di dalam tubuh pasangan asamnya adalah gas yang kepekatannya ditetapkan paru dan dapat diperbarui tanpa batas, sehingga rasionya dapat disetel ulang lewat ventilasi tanpa memandang p$K_a$-nya. **6.** $24/1.2 = 20$; [basanya](#def-b1-water-small-molecules-ph) adalah $20/21 = 95\,\%$ pasangannya. **7.** $60/5 = 12\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$. **8.** Bikarbonat $24 - 12 = 12\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$; $\mathrm{CO_2}$ $1.2 + 12 = 13.2\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$. **9.** [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.1 + \log(12/13.2) = 6.1 - 0.04 = 6.06$. **10.** $[\mathrm{H^+}] = 0.012\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$: [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $1.92$. **11.** Sebuah geseran $1.34$ satuan: ia menyelamatkan darah dari [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 1.9 tetapi 6.06 jauh di bawah yang ditoleransi enzim mana pun. Buruk, sebagai sistem tertutup. **12.** $[\mathrm{H^+}]$ bergerak dari $40\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$ ke $10^{-6.06} = 870\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$: kenaikan $0.83\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ bagi $12\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ yang ditambahkan, yakni satu proton dari $14\,000$ yang tetap bebas; sisanya berada pada bikarbonat. **13.** [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.1 + \log(12/1.2) = 6.1 + 1.0 = 7.10$. **14.** $\mathrm{CO_2}$ yang dihasilkan: $12\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}\times
5\,\mathrm{L} = 60\,\mathrm{mmol}$. **15.** $60\,\mathrm{mmol}$ dalam semenit di atas $10\,\mathrm{mmol}$: tujuh kali lipat. **16.** $\mathrm{CO_2} = 0.9\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$; [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.1 +
\log(12/0.9) = 6.1 + 1.125 = 7.22$. **17.** Bikarbonat terbuka dekat 7.4: [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) berubah satu satuan ketika bikarbonatnya turun sepuluh kali lipat, dari $24\,$ ke $2.4\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, yakni $21.6\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ asam tiap satuan; tetapi pada satuan pertamanya kemiringan setempatnya adalah $2.3\times[\mathrm{HCO_3^-}] =
55\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ tiap satuan. Berhadapan dengan $25\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ tiap satuan milik proteinnya, bikarbonat mengambil sekitar $55/80 = 69\,\%$ protonnya, protein $31\,\%$. **18.** Bikarbonat mengambil $0.69\times 12 = 8.3\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$: $24 - 8.3 = 15.7\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$; [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.1 + \log(15.7/1.2) = 6.1 +
1.117 = 7.22$ (bagian proteinnya sesuai dengan $25\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ tiap satuan $\times 0.18$ satuan $= 4.5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$, dekat dengan $3.7\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$). **19.** Menyingkirkan asamnya membentuk kembali bikarbonat yang terpakai ($12\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ kembali ke $24\,$) dan, dengan $\mathrm{CO_2}$ ditahan, [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) kembali ke 7.40. **20.** $60/5 = 12\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ bikarbonat hilang tiap hari; sesudah tiga hari $24 - 36 < 0$: bikarbonatnya habis dan [pH-nya](#def-b1-water-small-molecules-ph) runtuh jauh di bawah 7 — dalam praktik pasien itu harus diberi bikarbonat atau didialisis; sesudah satu hari saja, $6.1 + \log(12/1.2) =
7.10$. **21.** $\mathrm{CO_2} = 1.2\times 60/40 = 1.8\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$; [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.1 + \log(24/1.8) = 6.1 + 1.125 = 7.22$. Dengan bikarbonat pada $33\,$: $6.1 + \log(33/1.8) = 6.1 + 1.263 = 7.36$. **22.** Paru mengubah penyebutnya ($\mathrm{CO_2}$ terlarut) dalam hitungan tarikan napas, sebab ia gas yang diembuskannya; ginjal mengubah pembilangnya (bikarbonat) dengan mengekskresikan asam dan membentuk kembali bikarbonat, sebuah proses berjam-jam sampai berhari-hari. **23.** Pada [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) 5, $[\mathrm{H^+}] = 10\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$: $15\,\text{µ}\mathrm{mol}$ bebas dalam $1.5\,\mathrm{L}$, seperempat ribu dari $60\,\mathrm{mmol}$; asamnya pergi terikat pada [penyangga](#def-b1-water-small-molecules-buffer) — sebagai amonium dan sebagai dihidrogen fosfat. **24.** Kehilangan asam menaikkan [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph): bikarbonatnya naik sebesar $100/5 = 20\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ menjadi $44\,$; [pH](#def-b1-water-small-molecules-ph) $= 6.1 + \log(44/1.2) =
6.1 + 1.564 = 7.66$ (alkalosis), sebelum paru dan ginjalnya mengimbanginya. **25.** Tertutup: dari 7.40 ke 6.06, geseran $-1.34$. Terbuka, bikarbonat saja: ke 7.10, geseran $-0.30$. Terbuka dengan proteinnya: ke 7.22, geseran $-0.18$.