ION LOGAM DALAM SISTEM BIOLOGIS ION DALAM CAIRAN TUBUH Plasma dan cairan interstitial, cairan di bagian luar sel. Mengandung sejumlah besar ion Na+ dan sedikit sekali terdapat ion K+. Cairan intraseluler, cairan di dalam sel terdapat banyak ion K+ dan sedikit ion Na+.

Di bagian luar sel: elektrolit utama adalah Na+ dan Cl- Dibagian dalam sel: elektrolit utama adalah K+ dan H2PO4- dan HPO42-. Perbandingan ion Na+ dan K+ di dalam sel harus tetap dijaga terdapat sistem transpor ion selektif, Pompa Na+. Kenapa? Laju difusi ion K+ ke luar sel lebih cepat dibandingkan dengan laju difusi ion Na+ ke dalam sel. Dengan kecepatan difusi yang berbeda, bagian luar sel menjadi bermuatan positif dan bagian dalam sel cendrung bermuatan negatif.

Konsentrasi elektrolit di dalam cairan tubuh (mM) Dalam plasma/Cairan Interstitial Kation: Na+ 142 K+ 4 Mg2+ 3 151 Ca2+ 2 Anion: Cl- 103 HCO3- 27 H2PO4-/HPO42- 2 SO42- 1 151 Anion Protein 13 Anion Organik 5

Dalam cairan intraselular Kation: Na+ 10 K+ 160 Mg2+ 18 188 Ca2+ - Anion Cl- 2 HCO3- 8 H2PO4-/HPO42- 128 SO42- - 188 Anion Protein 50 Anion Organik -

Pergerakan Ion Melalui Membran Sel K+ K+ H2PO4-/HPO42- Membran Cl- Sel Na+ Na+

Peran Membran Sel Penghalang atau batas semi permiabel yang membiarkan air dapat masuk atau keluar dari sel, tapi zat terlarut tidak dapat melewatinya tanpa adanya mekanisme transpor. Membran fosfolipida merupakan molekul yang terdiri dari bagian polar dan bagian non polar. Contoh: Asam fosfatidat Fosfatidil kolin (Lecithin)

Struktur Asam fosfatidat:

Struktur dari fosfatidil kolin (Lecithin):

Untuk mengurangi tolakan elektrostatik antar ion, guna mempertahankan kestabilan membran sel diperlukan kation-kation seperti Ca2+, Mg2+, Na+, dan K+ Contoh: Mg2+ mereduksi tolakan elektrostatik diantara gugus fosfat sepanjang rantai polimer asam nukleat DNA/RNA

Ion dalam membran Ion logam dalam membran harus bersifat: 1. Larut dalam lemak 2. Larut dalam pelarut non polar. Ion logam terikat dengan ligan (sebagai donor elektron) dan harus mempunyai struktur menyerupai minyak sehingga dapat larut dalam membran sel non polar. Contoh: Ligan valinomycin (dodekapeptida) Ligan spesifik yang mengandung ion K+ terdapat dalam membran sel. Ligan yang berperan sebagai transfor ion melalui membran sel atau pembawa ion.

Transpor ion melewati membran sel Model Transfor aktif Pompa Na+, dengan bantuan enzim (Na+/K+-ATP ase), tujuan: 1. menjaga konsentrasi ion Na+ di dalam intraselular tetap rendah. 2. agar potensial yang melewati membran sel tetap stabil sekitar 75 mV Pompa Ca2+, dengan bantuan enzim Ca2+/Mg2+-ATP ase. Menjaga agar konsentrasi ion Ca2+ tetap rendah di dalam cairan intraselular, khususnya pada otot. Mitokondria memiliki pompa Ca2+ untuk akumulasi ion Ca2+

B. Model teori pori. Model yang menjelaskan kecepatan jalannya transfor ion melalui membran sel, di dalam membran sel terdapat pori-pori, dan setiap pori dalam keadaan terikat. Bila polaritas membran berbalik atau berlawanan, maka pori akan menjadi lebih besar sehingga ion logam dapat melewati membran sel dengan cepat. Pelepasan ion Ca2+ ke dalam sitoplasma, dapat mematikan proses biologis seperti kontraksi otot. Jadi pelepasan ion Ca2+ di dalam sitoplasma, di dalam mitokondria ataupun di dalam sel otot, harus diatur, agar berguna dalam kontraksi otot.

Dalam sitoplasma Ligan yang paling berfungsi dalam pengaturan ion Ca2+ adalah Calmodulin. Merupakan protein yang bersifat asam yang dapat mengikat 4 ion Ca2+ per mol. Setiap ion Ca2+ terkoordinasi secara oktahedral.

Dalam sel otot Kompleks Ca-calmodulin merupakan enzim aktivator Contoh; Kelebihan Ca2+, terikat pada apo-calmodulin, mengaktifkan metabolisme glikogen dan enzim posfatase, dan mengatur konsentrasi Ca2+ dengan mengaktivasi pompa Ca, untuk menghilangkan Ca dan mengembalikan konsentrasi Ca pada konsentrasi semula. Dalam sel otot Membran sarkoplasmik retikulum mengandung protein yang disebut calsequestrin yaitu bahan pengompleks kalsium. Membran ini menyimpan Ca dan mengatur konsentrasi Ca. BM = 44.000, dapat mengikat 43 ion Ca per mol

Dalam mitokondria Berperan juga dalam mengatur konsentrasi Ca dengan cara mengambil atau melepaskan Ca. Di dalam sel otot, mitokondria berperan sebagai tempat penyimpanan ion Ca.

Pentingnya Ion Na+, K+, Mg2+, dan Ca2+ Peran Na+ dan K+ 1. mengatur tekanan osmotik dari cairan tubuh 2. gradien listrik yang melewati membran sel untuk memungkinkan berfungsinya syaraf, otot, dan otak. Peran ion Ca2+ dan Mg2+ 1. mempertahankan konformasi molekul 2. sebagai jembatan antara enzim dan substrat Ca2+, berada sebelah luar sel, (berfungsi sebagai struktur eksternal (kulit, tulang) Mg2+ berada sebelah dalam sel.

Golongan Halogen Fluor Dalam bentuk ion F-, tersebar dalam jumlah kecil di semua struktur tulang. Konsentrasi tertinggi terdapat pada enamel gigi, sebagai senyawa fluorapatit. Ca3(PO4)2.CaF2 F- berperan sebagai racun sel, dengan cara menghambat respirasi selular. Ion F- disebut juga sebagai inhibitor enzim. Substutusi ion OH- oleh F- pada struktur apatit, dapat memperkuat enamel gigi, karena membuat kurang larut dalam asam ludah.

Terdapat sebagai ion Cl- dalam semua cairan tubuh. Klor Terdapat sebagai ion Cl- dalam semua cairan tubuh. Fungsi: Sebagai anion untuk keseimbangan muatan dalam cairan. Ion ini dapat menambah tekanan osmotik dari cairan tubuh. Ion ini merupakan ligan yang baik, tidak membentuk endapan dan tidak terlibat dalam reaksi redoks. Dilambung/pencernaan terikat sebagai asam kuat HCl.

Brom Terdapat dalam bentuk ion Br-, fungsinya belum diketahui. Kelebihan ion Br- memberikan gejala berkurangnya aktifitas syaraf pusat. Iod Triiodotironin, dan tiroksin merupakan hormon tiroid yang sangat penting karena mengatur metabolisme jaringan dalam tubuh.

Soal: Dalam pencernaan keadaan cukup asam untuk menjaga agar semua ortofospat terdapat sebagai ion H2PO4-. Konsentrasi interselular maksimum dari kedua ion Ca2+ dan H2PO4- adalah 2 mmol/L. Tunjukkan bahwa di dalam pencernaan tidak terdapat pengendapan fospat. (Ksp = 7,2 x 10-2)

Soal Ion HPO42- dengan konsentrasi 2 mmol/L, setelah melewati pencernaan dan masuk ke dalam usus kecil akan bereaksi dengan basa empedu dan cairan pankreas. Tunjukkan bahwa pengendapan kalsium fosfat terjadi pada usus kecil. (ksp = 2,5 x 10-7).