BAB 1 Dasar Dasar Biokimia

BAB I

Dasar-Dasar Biokimia

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 1

A. VITAMIN DAN KOENZIM
Vitamin merupakan makanan tambahan (nutrien organik) yang dibutuhkan dalam
jumlah kecil yang sifatnya tidak dapat disintesis oleh tubuh. Klasifikasi vitamin terdiri atas
vitamin Larut lemak (vitamin A,D,E dan K) serta vitamin Larut air (vitamin B Kompleks dan C)
A.Vitamin Larut Lemak
Vitamin larut lemak bersifat hidrofobik apolar, strukturnya merupakan derivat Isopren
serta terikat protein dalam bentuk lipoprotein. Peranan vitamin larut lemak antara lain :
1. Vitamin A yang berperan sebagai fungsi penglihatan
2. Vitamin D yang berperan dalam Metabolisme kKalsium & fosfat serta sebagai prohormon
3. Vitamin E yang memiliki sifat antioksidan
4. Vitamin K yang berperan dalam proses pembekuan darah
1. Vitamin A
Vitamin A mempunyai struktur poliisoprenoid dengan cincin sikloheksenil

Gambar 1A.1. struktur vitamin A
Vitamin A berasal dari provitamin A berupa β-Karotin dan karotinoid, selanjutnya
menjadi aktif dalam bentuk derivat ester retinol yaitu retinol dan asam retinoat yang dapat
disintesis di hati. Sumber Provitamin A diperoleh dari Semua sayuran dan buah-buahan
berwarna terutama berwarna hijau serta seng untuk mempertahankan kadar vitamin A.
Peranan vitamin A terutama adalah meningkatkan integritas jaringan epitel, retinal dan
retinol berperan dalam mekanisme penglihatan, retinoid/karotinoid bersifat antioksidan,
retinoat berperan dalam pertumbuhan dan diferensiasi (sintesis glikoptotein). Dapat berikatan
dengan protein dalam bentuk CRBP sebagai pembentuk protein nukleus bersifat mirip hormon
steroid dalam ekspresi gen.

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 2

Gambar 1A.2. Reaksi Pembentukan vitamin A

Gambar 1A. 3 Pigmen Visual Rodopsin

2. Vitamin D
Vitamin D merupakan sterol di alam, serta merupakan prohormon steroid. Hormon yang

dibentuk adalah kalsitriol. Peranan vitamin D adalah dalam Metabolisme Kalsium dan Fosfat
serta meningkatkan pertumbuhan dan resorpsi mineral dalam tulang (anti rakhitis). Sumber
vitamin D yaitu berasal dari minyak hati ikan, telur dan mentega.

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 3

Gambar 1A.4 Sintesis Vitamin D dari Provitamin
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 4

Gambar 1A.5 Pengaturan pembentukan Vit.D
3. Vitamin E (Tokoferol)

Struktur vitamin E terdiri atas Alfa tokoferol (5, 7, 8, trimetil tokol), Beta tokoferol (5,8
dimetil tokol ), gamma tokoferol (7,8 dimetil tokol) dan delta tokoferol (8 metil tokol).
Pengangkutan Vitamin E melalui kilomikron dari jaringan ke hati dan pengeluaran dari hati
melelui VLDL. Peranan vitamin E sebagai antioksidan terutama pada reaksi peroksida as.lemak
tak jenuh ganda membrane yang membentuk radikal bebas
‘OO + TOC-OH ‘OOH + TOCO

‘OO + TOC-O  ROOH
Tabel 1A.1 Radikal Bebas dan antioksidan

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 5

Gambar 1A.6 Sinergistik Vitamin E dan selenium

4. Vitamin K

Gambar 1A. 7 Struktur vitamin K
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 6

Peranan Vitamin K yaitu dalam proses pembekuan darah dalam mengkatalisis
protrombin oleh hati, sebagai antidotum dalam mendetoksikasi obat dikumarol
(antikoagulansia). Berperan dalam mensintesis protein tulang menjadi osteokalsin. Sumber
vitamin K adalah sayuran berdaun hijau tua (bayam), kacang polong, padi-padian, tomat, keju,
kuning telur dan hati
Siklus Vitamin K

Peran vitamin K berperan dalam pembekuan darah dibantu oleh beberapa enzim
melalui siklus vitamin K yaitu :
1. monooksigenase
2. Karboksilase
3. 2,3-epoksida reduktase
4. Reduktase

Gambar 1A.8 Siklus vitamin K
Glu = Glutamat, Gla = γ Karboksi glutamate, Hidrokuinon  Epoksida
B. Vitamin Larut Air
Vitamin B Kompleks sifatnya larut dalam air. Vitamin B diekskresikan dalam urin
sehingga tidak terjadi penimbunan atau bersifat Non-toksik. Vitamin B esensial meliputi: Tiamin
(B1), Riboflavin (B2), Niasin (as.nikotinat atau Nikotinamida (B3)), Asam Pantotenat (B5),
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 7

Piridoksin (Piridoksal atau Piridoksamin (B6)), Biotin, Kobalamin (B12) dan Asam Folat
(As.Pteroiglutamat).
1. Tiamin

Gambar 1A.9 Tiamin dan Tiamin Pirofosfat
Tiamin Pirofosfat merupakan tiamin aktif menghasilkan ATP berasal dari otak dan
hati.Peranan tiamin pirofosfat sebagai koenzim dalam pemindahan gugus aldehid melalui
reaksi :
1. Dekarboksilasi oksidatif asam -keto
(-ketoglutarat, piruvat, -keto analog dari asam amino :leusin,isoleusin dan valin)
2. Transketolase Lintasan pentosa fosfat

Gambar 1A. 10 Karbon reaktif tiasol

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 8

Defisiensi tiamin menyebabkan karbon reaktif terhadap tiazol membentuk karbanion,
menyebabkan peningkatan karbon piruvat akibatnya terjadi penumpukan piruvat, gula pentosa
dan asam amino. Makna patologisnya menimbulkan penyakit beri-beri.
2. Riboflavin
Struktur riboflavin mengadung gula alkohol yaitu ribitol, flavin dan cincin isoaloksazin
heterosiklik.

Gambar 1A.11 Struktur riboflavin
Riboflavin aktif dapat terjadi bila cahaya menguraikan koenzim flavoprotein menjadi Flavin
mononukleotida (FMN) dan Flavin Adenin dinukleotida FAD. Selain itu mengikat logam dalam
bentuk metaloflavoprotein serta mempunyai reaksi yang tergolong oksidoreduktase.
Peranan Riboflavin adalah dalam reaksi :
1. Oksidase asam -amino oleh deaminase
2. Xantin Oksidase pada penguraian purin
3. Aldehid dehidrogenase pada penguraian aldehid
4. Gliserol 3 fosfat dehidrogenase pada pengangkutan di mitokondria
5. Suksinat dehidrogenase pada siklus asam sitrat
6. Asil KoA dh & flavoprotein pada asam lemak
7. Dihidrolipol dehhidrogenase pada dekarboksilasi oksidatif piruvat, -ketoglutarat
8. NADH dehidrogenasi pada pembentukan FMNH2 dan FADH2 rantai respirasi di
mitokondria
Dalam kondisi normal FMN dan FAD pada rantai respirasi mitokondria tereduksi menjadi
FMNH2 dan FADH2. Namun bila defisiensi ribovlavin FMNH2 dan FADH2 akan menajdi berkurang

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 9

3. Niasin

Gambar 1A.12 Sintesis nikotinamida dari triptofan

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 10

Gambar 1A.13 Regulasi sintesis nikotinamida

Gambar 1A. 14 Bentuk nikotimida tereduksi
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 11

NiasinAktif dalam bentuk koenzim Nikotinamida adenin dinukleotida (NAD) dan
Nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADP). Metabolisme karbohidrat, lipid dan Protein
(Asam Amino) membutuhkan NAD dalam reaksi oksidoreduksi pada lintasan oksidatif (SAS) dan
NADP dalam reaksi reduktase atau dehidrogenase pada reaksi pentosa fosfat.

4. Asam Pantotenat

Gambar 1A.15 Struktur asam pantotenat

Gambar 1A.16 Biosintesis Koenzim A
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 12

Gambar 1A.17 Sintesis asetil-KoA
Peranan KoA yaitu dalam siklus asam sitrat, sintesis asam lemak, sintesis kolesterol,
oksidasi dan asetilasi.
5. Vitamin B6 (Piridoksin, Piridoksal dan Piridoksamin)

Gambar 1A.18 Bentuk vitamin B6

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 13

Gambar 1A.19 Sintesis Piridoksal fosfat

Piridoksal Aktif dalam bentuk piridoksal fosfat, yang mempunyai peranan dalam
metabolism asam amino sebagai kombinasi basa antara aldehid dan amino pada asam alfa

amino; mempercepat transaminasi ikatan amino karbon; dekarboksilasi dan aktivitas treonin
aldolase serta berperan sebagai fosforilase pada reaksi glikogenolisis.
6. Biotin
Biotin merupakan derivat imidazol yang disintesis oleh bakteri, membentuk biotin aktif
dalam bentuk karboksi biotin. Peranan karboksi biotin yaitu adanya beberapa enzim yang
aktivitasnya tergantung pada biotin antara lain piruvat karboksilase, asetil KoA karboksilase,
propionil KoA karboksilase dan β-metilkrotone koA karboksilase

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 14

7. Vitamin B12 (Kobalamin)
Vitamin B12 terdapat cincin coorin dimana ion Ca+ berada ditengah, serta disintesis oleh
mikroorganisme pada manusia dalam bentuk metilkobalamin, adenosil kobalamin dan hidroksi
kobalamin.

Gambar 1A.20 Kobalamin
Bentuk aktif dari kobalamin yaitu metil kobalamin dan deoksiagnosilkobalamin .
Peranan kobalamin yaitu dalam reaksi lintasan konversi propionat (siklus asam sitrat), reaksi
glukoneogenesis dan sintesis purin dan pirimidin atau asam nukleat dalam perubahan

homosistein menjadi metionin atau perubahan metil tetrahidofolat menjadi tetrahidrofolat

Gambar 1A.21 Peran Kobalamin
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 15

8. Asam Folat atau Folasin

Gambar 1A.22 Struktur asam folat
Bentuk aktif folasin berperan untuk reaksi oksidasi (metil, metilen, formilmino). Inhibitor
asam folat yaitu trimetropin dan metotreksat (anti kanker).

Gambar 1A.23 Asam tetrahidrofolat
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 16

B. FREE RADICAL, OSMOSIS END DIFUSI
Homolytic reactions
Equal splitting of a pair of valence electrons between joined atoms. Product is a free
radical. A free radical is a chemical species with an unpaired valence electron

Free radicals
Extremely reactive, environmental sources, metabolic processes, superoxide (O2.),
hydroxyl (OH.), hydrogen peroxide (H2O2.), singlet oxygen (O.) & nitricoxide (NO.) dan
quenched by antioxidants.
• Initiation : free radical first formed
• Propagation : continued generation of free radicals in sequential manner. May lead to chain
reaction
• Termination : ending of chain reaction dan two free radicals react together

Gambar 1B.1 Initiation, propagation dan termination
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 17

Diffusion : movement of small particles like molecules and ions due to concentration gradient
Osmosis : movement of water through membranes, from dilute to concentrated through
Membrane

Gambar 1B.2 Osmosis

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 18

C. OKSIDASI BIOLOGI
Bioenergitika disebut juga termodinamika Biokimia merupakan ilmu pengetahuan yang
mempelajari perubahan-perubahan energi yang menyertai reaksi-reaksi biokimia. Mekanisme
perolehan energi dimana substrat/penyerapan cahaya oleh tumbuh-tumbuhan, dimana reaksi
memerlukan tenaga (endergonik), misalnya pembentukan energi. Bioenergitika meliputi
coupling eksergonik dan endergonik, tapi energi tidak diciptakan namun serah-terima, energytransducing membranes dalam mitokondria.
Oksidasi biologi yaitu transduksi energi melalui rangkaian reaksi enzimatik yang
berlangsung di membran mitokondria lapis dalam. Dalam hal ini proses oksidasi biologi tidak
hanya di mitokondria. Reaksi oksidasi biologi berlangsung oksidasi yaitu pengeluaran elektron,
reduksi dalam perolehan elektron, contohnya oksidasi ion ferro menjadi ferri serta oksidasi
selalu disertai reduksi akseptor elektron.
Reaksi respirasi pada bakteri anaerob yang hidup tanpa oksigen, pada manusia mutlak
harus ada pasokan oksigen. Proses respirasi ini merupakan proses pengambilan energi dalam
bentuk ATP hasil reaksi Hidrogen dan Oksigen membentuk Air oleh enzim oksigenase. Efek
samping reaksi respirasi obat, polutan, karsinogenik (Xenobiotik).
Potensial redoks dalam hal ini memprediksi arah aliran elektron, pertukaran energi
bebas sebanding dengan kecenderungan reaktan untuk memberi atau menerima elektron
melalui enzim golongan oksidoreduktase.
Tabel 1C.1 Enzim golongan oksidoreduktase

Oksidoreduktase diklasifikasi menjadi :
1. Oksidase
2. Dehidrogenase
a. Aerobik dehidrogenase
b. Anaerobik dehidrogenase
3. Hidroperoksidase
4. Oksigenase

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 19

1. Oksidase
Oksidase mempunyai sifat mengkatalisis pembebasan H dari substrat, memerlukan
aseptor hanya O2, reaksinya memerlukan Cu serta menghasilkan air (H2O), kecuali pada urikase
dan monoamin oksidase H2O2.

Gambar 1C.1 Reaksi oksidase
Oksidase memelukan logam dalam reaksinya, antara lain berperan dalam reaksi
sitokrom oksidase (Sit.a3/ Sit.aa3), Sit. Aa3 yang terdiri 3 molekul Heme memerlukan Fe dan Cu.
Inhibotor oksidase CO, Sianida, Hidrogen sulfida. Contoh reaksi oksidase antara lain sitokrom
oksidase (enzim pernafasan), fenolase (tirosinase) dalam pembentukan dopa dan melanin
(met.tirosin), urikase dalam reaksi oksidasi asam urat menjadi alantoin. Monoamin oksidase
dalam reaksi oksidasi epinefrin dan tiramin.

2. Dehidrogenase
Dehidrogenase berfungsi dalam pemindahan hidrogen dari substrat satu ke substrat
lainnya dalam reaksi oksidasi reduksi yang terangkai (reversibel) ex. Glikolisis fase anaerob serta
komponen rantai respirasi pengankutan elktron dari substrat ke oksigen.
2.a. Aerobik dehidrogenase
Aerobik dehidrogenase bersifat katalisis pembebasan H dari substrat, memerlukan
aseptor O2 dan metilen Blue. Aerobik dehidrogenase memerlukan koenzim flavoprotein yaitu
flavin mononukleotida FMN dan Flavin adenin dinukleotida(FAD) serta berikatan dengan logam
dalam bentuk metaloflavoprotein (Fe dan Mo), dalam reaksinya menghasilkan H2O2.
 Reaksi :

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 20

Gambar 1C.2 Reaksi aerobic dehidrogenase
Contoh Aerobik dehidrogenase
 D-amino acid dehidrogenase (D-amino acid oksidase) memerlukan FAD
 L-amino acid dehidrogenase (L-amino acid oksidase) memerlukan FMN
 Xantin dehidrogenase (xantin oksidase) memerlukan FAD dan Mo pada reaksi
metabolism basa purin menjadi asam urat
 Aldehid dehidrogenase memerlukan FAD, Mo dan Fe
 Glukosa oksidase memerlukan FAD
2.b. Anaerobik Dehidrogenase
Anaerobik dehidrogenase bersifat membebaskan H dari substrat, tidak mengandung O2
sebagai akseptor H. Anaerobik dehidrogenase berperan dalam :
a. Diluar rantai pernafasan (anaerobik)
AH2 (red)

Carier (oks)

BH2(red)

A(oks)

Carier.H2(red)

B(oks)

b. Komponen rantai pernafasan (proses pemindahan elektron secara bertahap dari substrat ke
oksigen)
AH2 (red)
A(oks)

Carier (1)

Carier.H2

Carier(2)

BH2(red)

Carier.H2(red)

Carier (2)

Carier.H2

B(oks)

Contoh reaksi anaerobik dehidrogenase yaitu
 Dehidrogenase yang memerlukan NAD dan NADP (derivate Vitamin asam nikotinat) dan
Zn, missal malat dehidrogenase berfungsi menarik H dari malat
 Dehidrogenase yang memerlukan riboflavin, FMN, FAD dalam rantai pernafasan
(suksinat dehidrogenase, asil KoA dehidrogenase, alfa-glisero-3-fosfat dehidrogenase
dan NADH dehidrogenase di mitokondria sebagai bagian dari rantai respirasi
 Sitokrom anaerobik dehidrogenasi dalam mengangkut elektron dari falvoprotein ke
sitokrom oksidase (Sit b, Sit c1, sit c, sit a dan sit a3)

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 21

3. Hidroperoksidase
Hidroperoksidase menggunakan H2O2 sebagai substrat :
a. Peroksidase dalam susu, leukosit, trombosit memerlukan akseptor elektron misalnya
askorbat, kinon dan sitokrom.C serta memerlukan Fe
b. Katalase merupakan hemoprotein (4 gugus hem) dalam darah, susmsum tulang,
mukosa, ginjal dan hepar

Peran :
O2

→
H2O2
→ H2O dan 1/2O2
aerobik dh katalase

Fungsi hidroperoksidase
 Melindungi tubuh dari penumpukan peroksida yang berbahaya merusak membran yang
menyebabkan kanker
 Pada Eritrosit terdapat glutation peroksidase, reaksinya berikatan dengan selenium,
bersifat sebagai penghancur peroksida dan hidroperoksida lipid serta Hb dari oksidasi
peroksida

Gambar 1C.4 Reaksi Katalase dan Peroksidase
4. Oksigenase
Oksigenase mengkatalisis pemindahan oksigen serta inkoporasi oksigen ke dalam
molekul substrat dalam reaksi :
a. Dioksigenase (oxygen transferase) mengkatalisis penggabungan kedua atom dari molekul O 2
dengan molekul substrat
A + O2 → AO2
Contoh reaksi homogentisat dioksigenase dalam hepar dan L-triptofan dioksigenase dalam
hepar
b. Monooksigenase (hidroksilase) bersifat mengkatalisis inkorporasi satu atom saja dari
molekul O2 ke dalam substrat. Satu atom lagi direduksi menjadi air
AH + O2 + zH2 → A-O2 + H2O → z

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 22

Peranan monooksigenase yaitu dalam sintesis kolesterol, transformasi kolesterol
menjadi hormon steroid serta menghasilkan NADPH. Monooksigenase dapat menghidroksilasi
obat-obatan (detoksikasi) dengan reaksi sebagai berikut :
Obat-H + O2 + 2Fe2+ (P-450) + 2H+ → o at-OH + → H2O + 2Fe3+ (P-450)
Obat yang dapat didetoksikasi oleh monooksigenase adalah morfin, alkohol, anilin dalam reaksi
alkohol dehidrogenase (NAD) dalam oksidase alkohol serta katalase dalam peroksisom dalam
memecah H2O2 dalam mengoksidasi alkohol.
MEOS (microsomal ethanol oxidizing system)
MEOS bersifat katalisis etanol di hepar dengan bantuan NADPH, O2 dan sit.P450 dan
lcohol bersaing dengan obat-obatan untuk berikatan dengan monooksigenase, akibatnya
jumlah lcohol meningkat dan menjadi toksik obat-obatan meningkat.
Obat yang dimetabolisme dalam sistem Hidrksilase yaitu benzpiren,aminopirin, anilin,
morfin, benzfetamin; fenobarbitol dalam menimbulkan pembentukan enzim mikrosomal dan
sit.P450; siklus Sit.P450 mikrosom terdapat pada organ korteks adrenal, testis, ovarium,
plasenta, biosintesis steroid. Di korteks adrenal dalam sit P450 6 kali lebih banyak dari pada
rantai respirasi.

Gambar 1C.5 Siklus Hidroksilase
Mekanisme sel untuk perlindungan tubuh yaitu superoksid dismutase (SOD) dapat
memusnahkan radikal O2-- -, didalam sitosol dimana SOD mgd Cu2+ dan Zn2+ , dimitokondria
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 23

SOD mengandung Mn2+ , dimana katalase akan memecah H2O2. Glutation peroksidase
mereduksi peroksida dan antioksidan tokoferol dapat memusnahkan radikal dan mengurangi
keracunan yang diakibatkan oleh O2-- Reaksi Perlindunngan Sel terhadap radikal bebas
2O2 -- + 2H+ → H2O2 + O2 (peroksidase)
H2O2 → H2O + O2 (katalase)
H2O2 + G“H → G““G + H2O (glutation peroksidase)
Metabolisme Superoksida terjadi bila oksigen dapat berubah menjadi zat yang toksik
melalui pembentukan radikal dan molekul yang sangat reaktif, anion superoksida (O2--)
(dihasilkan akibat radiasi, oksidasi xantin mjd asam urat olah xantin oksidase); H2O2 dan radikal
hidroksil (HO--) (dihasilkan aerobik dehhidrogenase dan SOD.
Efek radikal bebas menyerang Lipid tak jenuh, protein dan DNA. Perubahan struktur
membran sel darah merah, paru-paru dan otak. Fe dalam Hb teroksidasi metabolisme Hb yang
tidak dapat mengangkut O2. Lipid hidroperoksida inhibitor enzim tertentu dalam membran dan
sel. Contohnya membran sel darah merah dalam kerusakan lipid. Hidroperoksida dalam sel
darah merah cepat terdegradasi menjadi anemia

Gambar 1C. 6 Efek Sianida

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 24

D. pH, BASE-ACID AND BUFFER SYSTEM
A simple definition of acids and bases is acids have H+ ions, alkalis have OH- ions. Strictly
though : acids are substances that form H+ ions when added to water, alkalis are substances
that form OH-(hydroxyl) ions when added to water. Valances: we have begun to introduce
some more complex ions here such as the hydroxyl ion (OH-). Before going any further we
need to befamiliar with the valences of some other common compound ions.
Table 1D.1 Common Valance Values
Name
Formula
Hydroxide
OH
Sulphate
SO4 -2
Nitrate
NO3 -1
Carbonate
CO3 -2
Hydrogen
HCO3 -1
Phosphate
PO4 -3

Valency
-1
-2
-1
-2
-1
-3

Strength of Acids & Alkalis
• pH is a measure of how acid or alkaline a substance is
• The strength of an acid or alkali is determined by the degree to which it dissociates in water
to liberate either H+ or OH- ions
• The g eate the o e t atio of these ions in solution the stronger the acid or alkali
pH Values
• pH - 6 = acidic
• pH = eutral (e.g. water)
• pH - 14 = alkaline

Figure 1D. 1 pH Scale (Crowe et al. 2006)

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 25

Regulation of pH
• pH o t ol ithi the od is u ial
• Ho eostati e ha is s ai tai the pH of blood between 7.35 and 7.45, slightly
more alkaline than pure water
• Che i al ea tio s i the od a e e sensitive to even small changes in acidity and
alkalinity
• A depa tu e f o the a o li its of normal H+ and OH- concentrations can
greatly disrupt bodily functions
• I deed isi g o e t atio s of H+ io s in body fluids would quickly lead to death

Figure 1D.2. Enzyme Activity (Crowe et al. 2006)
Measuring pH
• All li uids/solutio s a e eithe a idi , neutral or alkaline
• To dete i e the pH of a solutio e use indicator paper which changes colour
depending on whether it is acidic, alkaline or neutral
• Universal indicator paper
– Yellow in slightly acidic solutions
– Red in strongly acidic ones
– Blue in mildly alkaline solutions
– Purple when strongly alkaline
• pH probe
pH of Common Solutions
Gastric juice 1.6, lemon juice 2.2, vinegar 2.8, orange juice 3.5, coffee 5.0, milk 6.4, pure water
7.0, blood 7.4, seawater 8.5 dan ammonia 11.0
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 26

pH
• pH is a easu e of ho a id o alkali e a substance is
• The st e gth of a a id o alkali e is determined by which it dissociates in water
to liberate, H+ or OH- ions
Acids
• An acid is a compound that contains H+
• Whe dissol ed i ate the solutio has a pH <
• Acidic solutions have a pH of less than 7
• The strongest acids have a pH of 1 and have the highest concentration of H+ ions
• The weakest acids have a pH of 6 and have the lowest concentration of H+ ions

Figure 1D.4 Dissociation (Crowe et al. 2006)

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 27

Figure 1D.5 Dissociation of Acids (Crowe et al. 2006)
Strong Acids
Acid Formula Location/Use
Hydrochloric acid, HCl Stomach, Sulphuric Acid H2SO4 Car batteries, Nitric acid HNO3 Fertilisers
and explosives
HCL
• HCl has pa ti ula sig ifi a e ithi the od
• It is the a id fou d i the sto a h
• It has se e al fu tio s, o e of hi h is to kill bacteria that may enter the body with food
• It is also i po ta t fo the i itiatio of the digesti e process (it triggers release of digestive
enzymes from the pancreas)
• It is spe ifi all eeded fo p otei digestio
Strong Acids
• The st ong mineral acids are highly corrosive
• Co ta t ith the ski a lead to se e e burning Stomach
• The sto a h has a st o g p ote ti e mucous membrane to protect the underlying epithelium
from these effects
• Loss of i teg it of this p ote ti e li i g can lead to various disease states, which you will
become familiar with during your nutritional training.
Dissociation of Strong Acids
• A st o g a id o pletel disso iates i to ions
• Leadi g to a st o g o e t atio of H+
HCl → H+ + Cl-

Figure 1D.6 Strong acids (Crowe et al. 2006)

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 28

Weak Acids
• The o ga i a ids a e u h eake
• A eti a id, i ega has a pH -4
• It is so ethi g that a use as a accompaniment to meals e.g. in salad dressings
id Formula Location/use
Carbonic acid H2CO3 Rain
Ethanoic acid (acetic acid)
CH3COOH Vinegar
Dissociation of Weak Acids
• A eak a id o l pa tiall disso iates i to ions
• It is i a e uili iu
• He e is a e a ple ith etha oi a id CH3CO2H H+ + CH3CO2
• Fo e e
olecules of ethanoic acid only one molecule dissociates

Figure 1D.7 Weak acids (Crowe et al. 2006)

Figure 1D.8 Dissociation in Aqueous Environment (Crowe et al. 2006)
Dissolving in Water
• No -metal oxides tend to be acidic – CO2, SO2 & NO2
• These dissolve in water to produce carbonic acid, sulphuric acid and nitric acid respectively
• Ca o dio ide e halatio is a ajo e ha is used to regulate pH in the body
• The o e CO e haled, the less a o i a id i the blood which raises the pH (reduces blood
H+ level)
Bases and Alkalis
Dissociation of Acids & Bases
• The st e gth of a a id o ases is determined by their degree of dissociation into ions
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 29

• “t o g a ids HCl o H “O o pletel dissociate into ions
• “t o g ases NaOH o KOH o pletely dissociate into ions
Dissociation Constants
• Disso iatio o sta t is a ua titati e expression of the relative strength of weak
acids and bases
– Their tendency to ionise
– Stronger acids have lower pK values
• pK of an acid group is that pH at which the protonated and deprotonated species are
present at equal concentration
Henderson-Hasselbach Equation
• The elatio ship et ee pH, pKa a d buffering action of any weak acid and its
conjugate base is explained by the
Henderson-Hasselbach equation
• p alue ep ese ts -log
• pH 2 units below pKa acid ∼99% Protonated

Buffers
• Buffe s esist ha ges i pH he H+ a e consumed or produced
– Maximum buffering capacity occurs at ± 1 pH unit either side of pK
• I po ta t ph siologi al uffe s i lude bicarbonate, orthophosphate and proteins

Figure 1D.8 Buffering Capacity of Blood
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 30

Figure 1D.9.Titration Curve of Amino Acid

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 31

CAIRAN DAN MINERAL
Cairan
Fungsi air adalah berperan dalam reaksi-reaksi biokimia, media transport proses-proses
intra se, sebagai pelicin (Lumbrican) dan pengatur suhu tubuh dengan cara penguapan melalui
paru-paru dan kulit.
Ruang air terdiri atas intrasel (50-60%) dan ekstrasel terdapat di plasma, limfe, cairan
intersisial, jaringan penyambung, tulang rawan, kulit, tulang, cairan sekresi.

Gambar 1E. 1 Komposisi elektrolit plasma darah dan cairan intrasel
Perbedaan komposisi intrasel dan ekstrasel yaitu kalium merupakan kation utama dalam
sel, sedangkan natrium kation utama di ekstrasel. Karena banyak senyawa organik yang
terfosforilasi terdapat dalam sel sehingga fosfat adalah anion yang utama dalam sel, klorida
merupakan anion utama di ekstrasel. Konsentrasi protein intrasel lebih tinggi dari pada plasma
darah.
Keseimbangan air normalnya tetap, fluktuasi 1%. Intake dan output perhari rata-rata 2750 mL.
Kehilangan air yaitu air dibutuhkan untuk menggantikan cairan yang hilang melalui : kulit, paruparu, sal pencernaan, ekskresi urea, garam-garam,soluosmotik ginjal (kehilangan obligatorik).
Hal ini dipengaruhi : iklim, tingkat aktivitas, kesehatan, makanan. Pada suhu tinggi, kerja fisik
berat, demam, diare pengeluaran cairan 2,5 L/jam.

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 32

Tabel 1E.1 Keseimbangan air

Intake air bertujuan untuk mempertahankan keseimbangan cairan, semua air yang
hilang harus diganti. Iklim sedang : 1 mL/kkal (dewasa) dan 15 mL/kkal (bayi).
Mineral
Komponen utama molekul tubuh yaitu Carbon, Hidrogen, Oksigen, Nitrogen dan Sulfur.
Mineral-mineral penting yaitu Kalsium, fosfor, Magnesium, Natrium, kalium dan klorida. Unsur
runutan (trace element) dibutuhkan dalam jumlah sedikit yaitu kromium, kobalt, tembaga,
yodium, besi, mangan, molibdenum, selenium dan seng, untuk mencegah kerusakan gigi (flour).
Unsur-unsur tambahan tidak diketahui manfaatnya dalam tubuh yaitu Arsen, kadmium, nikel,
silikon, timah dan vanadium. Mineral beracun yaitu timah hitam dan air raksa.
Absorpsi mineral, umumnya membentuk garam senyawa lain yang sulit larut (kecuali
kalium dan natrium) harus berikatan dengan protein. Ekskresi melalui ginjal. Bila terjadi
defisiensi disebabkan oleh malabsorbsi, pendarahan, berlebihan (besi), penyakit ginjal (kalsium)
Dan bila kelebihan mineral menjadi toksik, sumber biasanya diperoleh dari makanan.
Tabel 1E.2 Transport unsur-unsur dalam plasma

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 33

Tabel 1E.3 Ekskresi unsur-unsur

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 34