Biokimia Air

Air

Air adalah senyawa yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di Bumi, tetapi tidak di planet lain. Air menutupi hampir 71% permukaan Bumi. Terdapat1,4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di Bumi. Air sebagian besar terdapat dilaut (air asin) dan pada lapisan-lapisan es (di kutub dan puncak-puncak gunung), akan tetapi juga dapat hadir sebagai awan, hujan, sungai,  muka air tawar, danau, uap air , dan lautan es. Air dalam obyek-obyek tersebut bergerak mengikuti suatu siklus air, yaitu: melalui  penguapan, hujan,dan aliran air di atas permukaan tanah (runoff, meliputi mata air, sungai, muara) menuju laut. Air  bersih penting bagi kehidupan manusia. Di banyak tempat di dunia terjadi kekurangan persediaan air. Selain di Bumi, sejumlah besar air juga diperkirakan terdapat pada kutub utara dan selatan planet Mars, serta pada bulan-bulan Europa dan Enceladus.

A.    Sifat-sifat kimia dan fisika

·         Eletrolisis Air

Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H₂ dan ion hidroksida (OH^-). Sementara itu pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O₂), melepaskan 4 ion H⁺ serta mengalirkan elektron ke katode. Ion H⁺ dan OH^- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

      

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung pada elektrode dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H₂O₂) yang dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.

Air mempunyai formula kimia H₂O, bermakna bahawa satu molekul air terbina daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Ia boleh digambarkan secara ionik sebagai HOH, dengan satu ion Hidrogen (H⁺) yang terikat kepada ion Hidroksida (OH^-). Ia berada didalamkeseimbangan dinamik di antara cecair dan wap yang berada pada suhu dan tekanan piawai. Pada suhu bilik, ia adalah cecair yang sangatjernih, tawar, dan tak berbau. Air juga dirujuk di dalam sains sebagai pelarut universal dan hanyalah satu bahan yang dijumpai tulen secara semulajadi dalam ketiga-tiga keadaan jirim.

·         Kelarutan (solvasi)

Air adalah pelarut yang kuat, melarutkan banyak jenis zat kimia. Zat-zat yang bercampur dan larut dengan baik dalam air (misalnya garam-garam) disebut sebagai zat-zat "hidrofilik" (pencinta air), dan zat-zat yang tidak mudah tercampur dengan air (misalnya lemak dan minyak), disebut sebagai zat-zat "hidrofobik" (takut-air). Kelarutan suatu zat dalam air ditentukan oleh dapat tidaknya zat tersebut menandingi kekuatan gaya tarik-menarik listrik (gaya intermolekul dipol-dipol) antara molekul-molekul air. Jika suatu zat tidak mampu menandingi gaya tarik-menarik antar molekul air, molekul-molekul zat tersebut tidak larut dan akan mengendap dalam air.

·         Kohesi dan adhesi

Air menempel pada sesamanya (kohesi) karena air bersifat polar. Air memiliki sejumlah muatan parsial negatif (σ-) dekat atom oksigen akibat pasangan elektron yang (hampir) tidak digunakan bersama, dan sejumlah muatan parsial positif (σ+) dekat atom oksigen. Dalam air hal ini terjadi karena atom oksigen bersifat lebih elektro negatif dibandingkan atom hidrogen yang berarti, ia (atom oksigen) memiliki lebih "kekuatan tarik" pada elektron-elektron yang dimiliki bersama dalam molekul, menarik elektron-elektron lebih dekat ke arahnya (juga berarti menarik muatan negatif elektron-elektron tersebut) dan membuat daerah di sekitar atom oksigen bermuatan lebih negatif ketimbang daerah-daerah di sekitar kedua atom hidrogen. Air memiliki pula sifat adhesi yang tinggi disebabkan oleh sifat alami ke-polar-annya.

·         Tegangan permukaan

Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang disebabkan oleh kuatnya sifat kohesi antar molekul-molekul air. Hal ini dapat diamati saat sejumlah kecil air ditempatkan dalam sebuah permukaan yang tak dapat terbasahi atau terlarutkan (non-soluble); air tersebut akan berkumpul sebagai sebuah tetesan. Di atas sebuah permukaan gelas yang amat bersih atau bepermukaan amat halus air dapat membentuk suatu lapisan tipis (thin film) karena gaya tarik molekular antara gelas dan molekul air (gaya adhesi) lebih kuat ketimbang gaya kohesi antar molekul air.

Dalam sel-sel biologi dan organel-organel, air bersentuhan dengan membran dan permukaan protein yang bersifat hidrofilik; yaitu, permukaan-permukaan yang memiliki ketertarikan kuat terhadap air. Irvin Langmuir mengamati suatu gaya tolak yang kuat antar permukaan-permukaan hidrofilik. Untuk melakukan dehidrasi suatu permukaan hidrofilik dalam arti melepaskan lapisan yang terikat dengan kuat dari hidrasi air perlu dilakukan kerja sungguh-sungguh melawan gaya-gaya ini, yang disebut gaya-gaya hidrasi. Gaya-gaya tersebut amat besar nilainya akan tetapi meluruh dengan cepat dalam rentang nanometer atau lebih kecil. Pentingnya gaya-gaya ini dalam biologi telah dipelajari secara ekstensif oleh V. Adrian Parsegian dari National Institute of Health.^[11] Gaya-gaya ini penting terutama saat sel-sel terdehidrasi saat bersentuhan langsung dengan ruang luar yang kering atau pendinginan di luar sel (extracellular freezing).

B.     Air Sebagai Nutrisi Tubuh Paling Vital

Manusia dapat bertahan hidup selama beberapa minggu tanpa makanan, tetapi hanya dapat bertahan beberapa hari tanpa air. Tubuh manusia terdiri atas 55-75 persen air. Air menjadi salah satu unsur pembentuk dasar darah, enzim-enzim pencernaan, urin, keringat, dan bahkan terkandung dalam jaringan otot, lemak, dan tulang. Karena tubuh tidak dapat menyimpan air, maka kita memerlukan asupan air segar untuk mengganti air yang sudah dikeluarkan berbagai organ vital tubuh menjadi keringat, urin, kotoran, dan lain-lain. Jumlah asupan air yang kita butuhkan bergantung pada metabolisme tubuh kita, suhu udara, cuaca, makanan yang kita konsumsi dan tentunya tingkat aktifitas yang kita lakukan.

·         Fakta Kandungan Air di Tubuh

Berikut ini adalah beberapa fakta air yang terkandung dalam tubuh manusia :

a.       Kandungan air di tubuh lebih banyak pada pria daripada wanita dan akan berkurang seiring bertambahnya usia.

b.      Kebanyakan orang dewasa mengeluarkan sekitar 2,5-3 liter air per hari dari tubuhnya. Pengeluaran air akan bertambah pada kondisi cuaca panas dan waktu latihan yang lama.

c.       Orang-orang yang lebih tua mengeluarkan sekitar 2 liter air per hari dari tubuhnya.

d.      Penumpang alat-alat transportasi udara akan kehilangan 1,5 liter air selama tiga jam pertama perjalanan udara. Kehilangan tersebut harus diganti air segar.

e.       Umumnya makanan mengandung sekitar 1 liter air dan sisanya harus diperoleh dari minuman.

·         Berbagai Fungsi Tubuh Membutuhkan Air

Sebagai nutrisi vital, air dibutuhkan untuk :

a.       Menjaga kesehatan dan keutuhan setiap sel dalam tubuh.

b.      Menjaga tingkat cair aliran darah agar lebih mudah mengalir melalui pembuluh darah.

c.       Membantu menghilangkan sisa-sisa hasil metabolisme tubuh, elektrolit berlebih, misalnya sodium, potassium, dan urea yang merupakan sisa hasil pemrosesan protein makanan.

d.      Mengatur suhu tubuh melalui proses berkeringat.

e.       Menjaga kelembaban selaput-selaput lendir, seperti misalnya yang terdapat di paru-paru dan mulut.

f.       Melumasi dan melindungi sendi-sendi.

g.      Mengurangi resiko penyakit cystitis dengan menjaga kantung kemih bebas dari bakteri.

h.      Membantu pencernaan dan mencegah sembelit.

i.        Bekerja sebagai pelembab untuk memperbaiki tekstur dan penampilan kulit.

j.        Membawa berbagai nutrisi dan oksigen dalam sel-sel darah.

k.      Bekerja sebagai bantalan peredam pada organ mata, tulang belakang dan kantung amniotik janin pada proses kehamilan.

·         Kandungan Air Pada Makanan

Pada umumnya makanan mengandung air, bahkan yang terlihat keras dan kering sekalipun. Tubuh bisa memperoleh asupan air sampai sepertiga kebutuhannya dari makanan. Proses pencernaan sendiri juga menghasilkan air sebagai hasil sisa dan dapat menyuplai sekitar 10 persen kebutuhan tubuh akan air. Kebutuhan sisanya harus diperoleh dari cairan.

C.    Air Minum

Tubuh manusia terdiri dari 55% sampai 78% air, tergantung dari ukuran badan. Agar dapat berfungsi dengan baik, tubuh manusia membutuhkan antara satu sampai tujuh liter air setiap hari untuk menghindari dehidrasi; jumlah pastinya bergantung pada tingkat aktivitas, suhu, kelembaban, dan beberapa faktor lainnya. Selain dari air minum, manusia mendapatkan cairan dari makanan dan minuman lain selain air.

·         Zona biologis

Air merupakan cairan singular, oleh karena kapasitasnya untuk membentuk jaringan molekul 3 dimensi dengan ikatan hidrogen yang mutual. Hal ini disebabkan karena setiap molekul air mempunyai 4 muatan fraksional dengan arah tetrahedron, 2 muatan positif dari kedua atom hidrogen dan dua muatan negatif dari atom oksigen. Air berikat dapat segera melarutkan ion, oleh karena tiap jenis ion akan segera tertarik oleh masing-masing muatan fraksional molekul air, sehingga kation dan anion dapat berada berdekatan tanpa harus membentuk garam. Ion lebih mudah terhidrasi oleh air yang reaktif, padat dengan ikatan lemah, daripada air inert tidak padat dengan daya ikat kuat. Hal ini menciptakan zona air, sebagai contoh, kation kecil yang sangat terhidrasi akan cenderung terakumulasi pada fase air yang lebih padat, sedangkan kation yang lebih besar akan cenderung terakumulasi pada fase air yang lebih renggang, dan menciptakan partisi ion seperti serial Hofmeister sebagai berikut:

Mg²⁺ > Ca²⁺ > H⁺ >> Na⁺   NH⁺ > Cs⁺ > Rb⁺ > K⁺    ATP^3- >> ATP^2- = ADP^2- = HPO₄^2-

I^- > Br^- > Cl^- > H₂PO₄^-

Air organik adalah istilah untuk air yang sama sekali tidak mengandung unsur kimia lain selain H₂O (air) itu sendiri. Unsur kimia lain yang biasa terkandung di dalam air adalah mineral anorganik, seperti Ferrum, Merkuri, Alumunium. Untuk mengukur kadar kemurnian air dari mineral anoragnik digunakan TDS meter (Total Dissolved Solids meter), yaitu alat untuk mengukur total zat padat yang terlarut dalam zat cair. Satuan yang digunakan adalah ppm (part per million) atau bagian per sejuta. Air organik terkadang lebih menyehatkan daipada air yang matang karena terdapat mikroorganisme yang baik di dalam air mentah organik.