Laporan Praktikum Hari, Tanggal : Jumat, 20 September 2013

Struktur dan Fungsi Biomolekul Waktu : 08.00 – 11.00

PJP : Inda Setyawati, S.Tp, M.Si

Asisten : Ahmad Ajruddin M.

Tria Wulan

Syahrul Mustopa

BIOFISIK 2

(KOLOID, BUFFER, DAN TEKANAN OSMOTIK)

Kelompok 6C

Yoana Puspita Sari (G84110066)

Widadi Try Rizeky (G84110017)

Mustika Permatasari (G84110041)

DEPARTEMEN BIOKIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

Pendahuluan

Sistem campuran dapat digolongkan menjadi tiga kelompok, yaitu

molekuler (ion dalam pelarut), sistem heterogen, dan koloid. Koloid merupakan

campuran heterogen, namun sukar dibedakan antara zat pelarut dan zat terlarut

dengan ukuran partikel 10-7

sampai 10-4

cm. Koloid dapat dibedakan menjadi dua

jenis berdasarkan sifat adsorpsinya terhadap medium pendispersinya, yakni koloid

liofil dan koloid liofob (Petrucci 1985). Koloid liofil adalah koloid yang memiliki

kemampuan untuk menarik pelarut karena terdapat gaya tarik menarik cukup

besar antara fase terdispersi dengan medium pendispersi, contohnya kanji protein

dan agar-agar. Koloid liofob adalah koloid yang dapat membentuk endapan di

dalam air karena gaya tarik antara fase dispersi dan medium pendispersi yang

lemah, contohnya dispersi emas dan belerang dalam air.

Buffer atau yang biasa disebut larutan penyangga dapat mempertahankan

derajat keasaman suatu larutan apabila ditambahkan sedikit asam atau basa,

hasilnya berupa asam lemah dengan garamnya atau basa lemah dengan garamnya.

Larutan buffer berperan sangat penting dalam proses biokimia di dalam tubuh

(Samik 2000). Sistem buffer yang bekerja di dalam tubuh ada dua, yaitu buffer

karbonat yang bekerja di dalam plasma darah dan buffer fosfat yang penting

dalam cairan intraseluler.

Buffer fosfat merupakan buffer netral dengan kisaran pH 7. Buffer fosfat

dapat dibuat dengan menggunakan monosodium fosfat (NaH2PO4) dan basa

konjugasinya disodium fosfat (Na2HPO4). Buffer fosfat terutama

mempertahankan pH fluida intraseluler dari tubulus ginjal sehingga tidak akan

mempertahankan pH darah, namun merupakan buffer yang penting untuk urin.

Buffer karbonat berperan penting dalam mengontrol pH darah sekitar 7.35 sampai

7.45. Penyangga karbonat berperan mencegah terjadinya kondisi asidosis, yaitu

penurunan pH darah yang disebabkan metabolisme tinggi sehingga meningkatkan

produksi ion bikarbonat.

Tekanan osmotik adalah tekanan yang diberikan pada proses pergerakan

molekul zat pelarut dari larutan yang konsentrasi pelarutnya tinggi menuju

konsentrasi rendah melalui membran selektif permeabel. Tekanan osmotik

bergantung pada banyaknya partikel zat terlarut per satuan volume larutan,

sehingga tekanan osmotik tidak bergantung pada jenis zat terlarut. Besarnya

tekanan osmotik berbanding lurus terhadap konsentrasi larutan. Tekanan osmotik

yang cukup besar dapat memecahkan membran (Ahmad 2000). Tekanan osmotik

erat hubungannya dengan larutan isotonik, hipertonik, dan hipotonik yang

memberi pengaruh terhadap bentuk sel. Contoh fenomena tekanan osmotik adalah

prinsip kerja infus.

Praktikum ini bertujuan membuat dan mengamati koloid liofil dan koloid

liofob serta pengendapannya oleh garam, membuat buffer asetat dan fosfat dengan

campuran volume yang berbeda untuk mengetahui tingkatan pH, serta mengamati

tekanan osmotik cairan sel darah merah segar.

Waktu dan Tempat

Praktikum biofisik 2 mengenai larutan koloid, buffer, dan tekanan osmotik

dilaksanakan di Laboratorium Departemen Biokimia pada hari Jumat, 20

September 2013 pukul 08.00 sampai dengan 11.00.

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah beberapa gelas piala 250

ml, batang pengaduk, beberapa tabung reaksi, pipet Mohr berukuran 5 ml, Ph

meter, pH indikator universal, pipet volumetrik, pipet tetes, bulb hitam,

mikroskop, water bath, dan kaca preparat.

Bahan yang digunakan adalah cairan gelatin, cairan pati, akuades, biru

berlin, ferihidroksida, NaCl 10%, MgSO4, koloid yang sudah jadi (giemsa,

CuSO4, biru berlin, eosin), asam asetat 0.1 N, Na-asetat 0.1 N, Na2HPO4 1/15 M,

KH2PO4 1/15 M, NaCl 0.3%, NaCl 0.9%, NaCl 5%, dan darah segar.

Prosedur Percobaan

Larutan koloid liofil dan liofob. Larutan gelatin dan larutan pati telah

disiapkan oleh asisten praktikum untuk koloid liofil. Larutan biru berlin dan

ferihidroksida juga telah disipkan asisten untuk para praktikan sebagai koloid

liofob.

Pengendapan koloid liofil dengan larutan NaCl 10%. Sebanyak 3 ml

NaCl 10% dan 3 ml larutan pati dicampurkan ke dalam tabung reaksi kosong. Jika

endapan bersifat jenuh, maka ditambahkan akuades. Jika tidak menemukan

endapan, maka campuran tersebut ditambahkan MgSO4.

Pengendapan koloid liofob dengan larutan garam. Larutan biru berlin

sebanyak 3 ml dicampurkan dengan 3 ml NaCl 10%, kemudian warna endapan

diamati. Larutan ferihidroksida sebanyak 3 ml dicampurkan juga dengan 3 ml

NaCl 10% dan warna endapan juga diamati.

Sifat larutan koloid. Larutan koloid yang akan diamati telah disiapkan

oleh asisten, berupa larutan giemsa, CuSO4, biru berlin, dan eosin. Sifat-sifat

koloid tersebut diamati jika terjadi difusi atau tidak.

Buffer standar asetat. Asam asetat dengan konsentrasi 0.1 N disiapkan,

pindahkan ke dalam 5 tabung reaksi berbeda dengan volume masing-masing 9.25,

8.2, 6.3, 10, dan 5.25 ml. Buffer Na-asetat juga disiapkan dengan volume masing-

masing 0.75, 1.8, 3.7, 15, dan 9.75 ml. Keduanya yang sudah diurutkan, kemudian

dicampur. Ukuran pH ditentukan pertama kali dengan pH indikator universal, lalu

dihitung lagi menggunakan pH meter untuk mencari besar pH sebenarnya.

Buffer standar fosfat. Larutan Na2HPO4 dengan konsentrasi 1/15 M

disiapkan ke dalam 5 tabung dengan volum 0.5, 3, 6.625, 12.5, dan 17. 875 ml.

Larutan KH2PO4 konsentrasi 1/15 M disiapkan dengan volum 9.5, 22, 18.375,

12.5, dan 7.125 ml. Keduanya yang sudah diurutkan, kemudian dicampur. Ukuran

pH ditentukan pertama kali dengan pH indikator universal, lalu dihitung lagi

menggunakan pH meter untuk mencari besar pH sebenarnya.

Hasil dan pembahasan

Koloid adalah campuran heterogen yang sukar dibedakan antara zat

pelarut dan terlarutnya. Jika cahaya melewati larutan sejati, pengamat yang

melihatnya dari arah tegak lurus terhadap sinar tidak melihat sinar. Tetapi dalam

suspensi koloid cahaya dibaurkan ke segala arah dan dapat dilihat dengan mudah.

Sifat ini mula-mula dipelajari oleh Tyndall pada tahun 1869, dan dikenal dengan

efek Tyndall. Koloid mempunyai berbagai macam sifat umum, di antaranya

ukuran partikel (10-7

-10-4

cm), filtrabilitas (kemampuan melewati saringan),

difusibilitas (daya difusi koloid kecil karena ukuran partikelnya sangat besar

dibandingkan partikel sejati), sifat penampakan (sistem koloid sering jernih

sejernih larutan sejati, bila dibiarkan menjadi tidak transparan), luas permukaan

(perbandingan luas terhadap volume sangat besar sehingga memegang peranan

dalam penentuan siat-sifat fisik sistem koloid), muatan partikel (karena ada

muatan + dan – pada permukaan), efek Tyndall, fleksibilitas (karena rotasi sekitar

ikatan C-C dan ikatan lain dalam larutan sehingga bentuk molekul terus berubah

di bawah pengaruh gerakan termal), solvasi (koloid yang terlarut sering berada

pada satu lapisan molekuler sehingga dengan kuat mengikat pelarut sebagai

bagian dari partikel), kecepatan sedimentasi, adsorpsi (penempelan partikel pada

permukaan zat padat), dan gerak Brown (gerak yang tidak teratur).

Koloid liofil merupakan koloid yang suka terhadap air karena akan saling

tarik menarik dengan pelarutnya. Ciri-ciri koloid liofil yaitu terdiri atas senyawa

organik, afinitas terhadap pelarut bear, muatannya berasal dari ionisasi, dan dapat

diendapkan dengan cara menghilangkan muatan dan mantel air. Sedangkan koloid

liofob merupakan sol yang benci terhadap pelarut dan mempunyai ciri-ciri di

antaranya tersusun atas senyawa-senyawa anorganik, afinitas terhadap pelarut

kecil, muatannya berasal dari adsorpsi yang dipilih, dan dapat diendapkan dengan

ion yang berlawanan. Cara pembuatan koloid hidrofob ada 2 yaitu cara dispersi

dan kondensasi. Cara dispersi yaitu pemecahan partikel besar menjadi koloid.

Dispersi dapat dilakukan dengan cara disintegrasi mekanik, disintegrasi elektrolit,

dan peptisasi. Sedangkan cara kondensasi yaitu pembuatan koloid dari partikel

kecil. Kondensasi dapat ditempuh dengan dua cara yaitu dengan proses AC dan

dengan cara dengan reaksi kimia dalam larutan. Stabilitas larutan koloid hidrofil

berbeda dengan koloid hidrofob. Koloid hidrofil mempunyai afinitas yang besar

terhadap pelarutnya sehingga partikel mendapatkan ’’mantel air’’ yang dapat

menahan koagulasi koloid di samping muatan listriknya. Untuk mengendapkan

muatan koloid hidrofil dari ionisasi gugus tertentu dalam molekulnya misalnya

pada protein dari gugus –NH2 dan –COOH dibutuhkan elektrolit muatan

berlawanan dan alat dehidratasi (misalnya alkohol). Fenomena ’’salting out’’

merupakan peristiwa tertariknya mantel air koloid hidrofil oleh elektrolit yang

berkonsentrasi tinggi. Selanjutnya pada koloid hidrofob terdapat gaya tarik-

menarik di antar partikel sejenis. Gaya tarik-menaik tersebut diatasi oleh gaya

tolak-menolak sehingga larutan koloidal tetap berada dalam bentuk larutan.

Apabila koloid hidrofob ditambah elektrolit ( K+ Cl

- ) pada koloid yang bermuatan

+, maka ion Cl- ditarik oleh partikel koloid sehingga menekan lapisan rangkap.

Kaidah Schulze Hardy berisi pernyataan jika elektrolit cukup konsentrasinya,

koloid tidak dapat tolak-menolak lagi sehingga terjadi endapan (hanya tinggal

kohesi). Semakin besar muatan ion yang berlawanan dengan koloid maka makin

kuat ion ditarik oleh partikel koloidal sehingga makin sedikit yang dibutuhkan

untuk pengendapan. Proses pemurniaan larutan koloid dapat dilakukan dengan

penyaringan ultra dan dialisis. Penyaringan ultra merupakan proses pemisahan

suspensi koloid dari pelarut dan terlarut dengan saringan yang permeabel terhadap

semua partikel kecuali partikel koloid (Petrucci 1985). Pada proses ini digunakan

pompa vakum atau pompa tekan dan saringan ”Bechold” atau kertas

nitroselulosa. Sedangkan dialisis merupakan proses pemisahan zat terlarut dari

sistem koloid dengan cara difusi melalui membran yang sesuai. Membran dialisis

bersifat permeabel terhadap ion-ion dan partikel-partikel terlarut lain yang ada

dalam larutan tetapi tidak permeabel terhadap partikel koloid.

Hasil percobaan menunjukkan koloid liofob dari biru berlin dan

ferrihidroksida ternyata terdapat endapan yang lumayan banyak bila dibadingkan

dengan koloid liofil. Hal ini membuktikan bahwa benar koloid liofob dapat

diendapkan dengan ion berlawanan karena dengan penambahan ion dengan

konsentrasi yang cukup tinggi menyebabkan berkurangnya bahkan hilangnya

adhesi antarpartikel koloid. Sedangkan pada percobaan, tabung reaksi yang berisi

koloid liofil (pati) tidak terdapat endapan. Hal ini dikarenakan tidak tersedianya

MgSO4 di laboratorium untuk mengendapkan pati.

Tabel 1 Pengendapan koloid dengan garam Larutan Jenis koloid Hasil pengamatan

Pati Liofil -

Biru berlin Liofob ++

Ferihidroksida Liofob ++

Keterangan : - : tidak ada endapan

+ : ada endapan sedikit

++ : endapan cukup banyak

Menurut Oxtoby (2001), garam dapat mengurangi gugus elektrostatik di

antara partikel tersuspensi sehingga menyebabkan agregasi dan pengendapan. Bila

garam ditambahkan pada dispersi koloid, gaya tolak di antara partikel koloid

berkurang dan terjadi agregasi. Partikel yang teragregasi jatuh ke dasar wadah

sebagai sedimen dengan rapatan rendah

Sifat-sifat larutan koloid diantaranya efek Tyndall (peristiwa

penghamburan cahaya oleh partikel koloid), gerak Brown dari partikel koloid

dalam medium pendispersi, dan adsorpsi penyerapan suatu zat di permukaan zat

lain (Stoker 1991). Beberapa larutan pewarna dapat berdifusi melalui gel koloid

seperti giemsa, eosin, dan CuSO4. Berdasarkan hasil percobaan, larutan giemsa,

eosin, dan CuSO4 berdifusi melalui gel, sedangkan larutan biru berlin tidak

berdifusi. Difusi itu sendiri merupakan suatu distribusi molekul-molekul di dalam

larutan secara merata di seluruh permukaan koloid. Hasil pengamatan dengan

tabel berikut menunjukkan bahwa koloid liofil mudah mengalami difusi,

sedangkan koloid liofob sulit berdifusi.

Tabel 2 Pengamatan sifat-sifat larutan koloid

Koloid Jenis koloid Hasil pengamatan Gambar

Giemsa Liofil Mengalami difusi

Eosin Liofil Mengalami difusi

Biru berlin Liofob Tidak mengalami difusi

CuSO4 Liofil Mengalami difusi

Larutan buffer merupakan larutan yang terdiri dari asam lemah atau basa lemah

beserta dengan garamnya. Buffer mampu melawan perubahan pH ketika terjadi

penambahan asam atau sedikit basa (Boyer 2002). Kapasitas buffer adalah

keefektifan larutan buffer yang bergantung pada jumlah asam dan basa konjugat

yang menyusun buffer tersebut, atau mampu mempertahankan pH sebesar pKa.

Perbedaan pH meter dan pH universal tidak terlalu spesifik dalam mengukur pH

karena tidak memperhitungkan konsep nilai di belakang koma. Nilai pada pH

universal berupa bilangan bulat, sedangkan pH meter dapat mendeteksi nilai pH

hingga beberapa angka di belakang koma sehingga lebih akurat dalam mengukur

nilai pH.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa kapasitas buffer asetat semakin

bertambah seiring penambahan garam dengan nilai 0.7689 sampai 1.1197. Nilai

pH teoritis tidak berbeda jauh dengan nilai yang didapat oleh pH meter dan pH

indikator universal, sehingga nilai kapasitas buffernya kecil.

Tabel 3 Buffer standar asetat Volume (ml) pH terukur Kapasitas

buffer CH3COOH

0,1 N

CH3COONa

0,1 N

pH indikator

universal

pH meter pH teoritis

9,250 0,750 3 4,43 3.66 0.7689

8,200 1,800 4 4,44 4.09 0.8529

6,300 3,700 4 4,86 4.52 1.0210

10,00 15,000 5 5,30 4.93 1.0357

5,250 19,750 5 5,92 5.33 1.1197

Contoh perhitungan baris 1:

Mol CH3COOH = M x V = 0.1 x 9.250 = 0.9250 mol

Mol CH3COONa = M x V = 0.1 x 0.750 = 0.0750 mol

Buffer asam [H+] = Ka x

= 1.76 x 10-5

x

= 2.1707 x 10

-4

pH = - log [H+] = - log (2.1707 x 10

-4)

= 3.66

pKa = - log Ka = - log (1.76 x 10-5

)

= 4.76

Kapasitas buffer =

=

= 0.7689

Hasil pengamatan pada data di bawah ini menunjukkan bahwa kapasitas buffer

semakin meningkat seiring bertambahnya jumlah Na2HPO4 yang ditambahkan,

dengan kisaran 0.77 sampai dengan 0.99. Nilai pH yang terukur juga tidak

berbeda jauh dengan pH teoritis. Perbedaan ini lebih disebabkan tidak spesifiknya

indikator yang digunakan pada pengukuran nilai pH dan kemungkinan kesalahan

pengamatan nilai pH yang tertera pada label indikator

Tabel 4 Buffer standar fosfat Volume (ml) pH terukur Kapasitas

buffer Na2HPO4 KH2PO4 pH indikator

universal

pH meter pH teoritis

0,500 9,500 5 5,88 5.51 0.77

3,000 22,000 6 6,29 5.93 0.82

6,625 18,375 6 6,29 6.35 0.88

12,500 12,500 7 7,32 6.79 0.94

7,150 2,850 7 7,58 7.19 0.99

Contoh perhitungan :

Mol Na2HPO4 = M x V =

x 0.5000 = 0.0333 mol

Mol KH2PO4 = M x V =

x 9.5000 = 0.6333 mol

Buffer basa [OH-] = Ka x

= 6.2 x 10-8

x

= 3.26 x 10

-9

pOH = - log [OH-] = - log (3.26 x 10

-9) = 8.49

pH = 14 – pOH = 14 – 8.49 = 5.51

pKa = - log Ka = - log (6.2 x 10-8

) = 7.21

Kapasitas buffer =

=

= 0.77

.

Percobaan pengamatan biofisika mengenai tekanan osmotik menggunakan sampel

darah segar. Tekanan osmotik di dalam dan di luar sel akan mempengaruhi keluar

masuknya air yang melewati membran semipermeabel. Apabila tekanan osmotik

rendah (hipotonik), maka air akan keluar dari sel. Bila tekanan osmotik tinggi

(hipertonik), maka air akan keluar dari sel. Tidak ada air yang keluar masuk sel

bila tekanan osmotik di luar dan di dalam sel bersifat isotonik (Lehninger 1998).

Data menunjukkan bahwa sel darah merah akan menggembung (hipotonik) di

dalam larutan NaCl 0.3%, bersifat isotonik di dalam NaCl 0.9%. Penambahan

larutan garam dengan berbagai konsentrasi ke dalam sel dapat mengakibatkan

perubahan tekanan osmotik. Sel hidup yang dipindahkan dalam larutan yang tidak

isotonik dapat menyesuaikan diri dengan lingkungannya dengan cara mengubah

konsentrasi airnya sehingga akhirnya konsentrasi dalam sel sama besar dengan

cairan lingkungannya. Pada percobaan, terlihat sel darah merah tidak terjadi apa-

apa ketika ditambahkan NaCl 5%. Penambahan larutan NaCl 5% membuat

lingkungan di luar sel menjadi hipertonik. Hal ini menyebabkan air dari dalam sel

berdifusi ke lingkungannya sehingga sel terlihat agak mengkerut (Soemartono

1975). Keadaan isotonis pada sel darah merah yang ditambahkan NaCl 5% ini

kemungkinan terjadi karena kurangnya penambahan pelarut tersebut atau kurang

pencarian fokus pada mikroskop oleh praktikan.

Darah memiliki banyak fungsi, yaitu menjaga persediaan air di dalam

sistem pembuluh darah, ruang intraseluler, dan daerah ekstraseluler agar selalu

berada dalam keadaan seimbang (homeostasis) (Koolman 1994). Darah memiliki

nilai pH sekitar 7.4 yang dipertahankan oleh kombinasi sistem bufer karbonat

fosfat dan protein. Bila nilai pH darah berada di bawah 7.0 atau diatas 7.8 dapat

mempercepat kematian (Oxtoby 2001). Sistem bufer molekuler rendah dari darah

yang terpenting dibentuk dari karbon dioksida, air, dan hidrogen karbonat. Sistem

bufer lain di dalam darah terdiri atas dihidrogen fosfat dan hidrogen fosfat. Sistem

ini memiliki nilai pKa yang paling menguntngkan, yaitu 7.2.

Tabel 5 Tekanan osmotik sel darah merah Larutan Hasil pengamatan Keterangan Gambar

NaCl 0,3% Sel menggembung Hipotonik

NaCl 0,9% Sel sama besar Isotonik

NaCl 5% Sel sama besar Isotonik

Simpulan

Pati yang tergolong liofil tidak menghasilkan endapan, sedangkan biru

berlin dan ferihidroksida yang merupakan liofob mudah menghasilkan endapan.

Giemsa, eosin, dan CuSO4 sebagai liofil bersifat mudah mengalami difusi,

sedangkan biru berlin sebagai liofob tidak mudah berdifusi. . Buffer adalah sistem

cairan yang cenderung mempertahankan perubahan pH jika terjadi penambahan

sedikit asam (H+) atau basa (OH

-). Sistem buffer fosfat penting dalam cairan

intraseluler sedangkan sistem buffer yang utama di dalam plasma darah adalah

buffer bikarbonat. Tekanan osmotik adalah tekanan yang ditimbulkan dari dalam

pada membran akibat akumulasi air di dalam sel. Sel darah merah yang

ditempatkan dalam larutan NaCl 0.3% akan menggembung (hipotonik), sel darah

merah yang ditempatkan pada NaCl 0.9% tidak akan mengkerut ataupun

mengembang (isotonik), dan sel darah merah yang dimasukkan ke dalam larutan

NaCl 5% seharusnya mengkerut karena tekanan osmosis larutan di luar sel lebih

besar daripada di dalam sel.

Daftar Pustaka

Ahmad H. 2000. Larutan Asam dan Basa. Bandung: Ganesa.

Boyer R. 2002. Concepts in Biochemistry 2nd

Edition. Toronto: John Wiley and

Sons Inc.

Koolman J, Rohm K. 1994. Atlas Berwarna dan Teks Biokimia. Jakarta:

Hipokrates.

Lehninger AL. 1998. Dasar-Dasar Biokimia 1. Jakarta: Erlangga.

Oxtoby DW. 2001. Prinsip-Prinsip Kimia Modern Edisi 4 Jilid 1. Jakarta:

Erlangga.

Pettrucci RH. 1985. Kimia Dasar: Prinsip dan Terapan Modern Jilid 2. Jakarta:

Erlangga.

Samik W. 2000. Ilmu Kesehatan Anak. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.

Soemartono SS. 1975. Biologi I. Bogor: Biro Penataran IPB.

Stoker HS, Walker EB. 1991. Fundamentals of Chemistry: General, Organic, and

Biological Second Edition. Boston: Simon and Schuster, Inc.