Bagaimana Peran air dan komponen anorganik sel?

air

Menurut undang-undang Nomor 7 tahun 2004, pasal 1 ayat (2) tentang Sumber Daya Air, air adalah semua air yang terdapat pada, diatas, ataupun di bawah permukaan tanah, termasuk dalam pengertian air permukaan, air tanah, air hujan, air laut yang berada di darat.

Bagaimana Peran air dan komponen anorganik sel?

1. Air sebagai komponen penting sel

Kehidupan diawali dengan adanya air, sehingga seluruh organisme sebagian besar tersusun oleh air dan hidup dalam lingkungan yang didominasi air. Sel mengandung 75% hingga 90% air yang juga berada pada medium lingkungan air. Air adalah satu-satunya substansi yang dapat ditemukan di alam dalam tiga wujud fisik materi yang berbeda: cair, padat dan gas. Tiap molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen dengan maksimal empat molekul di sekitarnya. Kualitas luar biasa air adalah sifatnya yang muncul sebagai akibat adanya ikatan hidrogen yang dapat menyusun molekul-molekul tersebut ke dalam tingkat pengaturan struktural yang lebih tinggi.

Air merupakan media utama yang sangat penting bagi sel, karena setiap sel pasti akan dikelilingi oleh sitosol (cairan intra sel dengan media utama air) serta cairan ekstra sel yang berisi bahan-bahan yang dibutuhkan oleh sel maupun tempat menampung hasil sekresi sel. Keberadaan air tersebut berperan penting dalam lingkungan hidup dengan empat sifat utamanya yaitu: 1) perilaku kohesi, 2) kemampuan menstabilkan suhu, 3) pemuaian saat membeku, dan 4) pentingnya air sebagai pelarut.

Perilaku kohesi air

Molekul-molekul air bersatu karena adanya ikatan hidrogen lemah yang mudah terpisah dan terbentuk kembali secara cepat antar molekulnya. Kondisi tersebut menjadikan air lebih teratur dibanding cairan lainnya, yang secara keseluruhan fenomena tersebut disebut sebagai kohesi . Pada tumbuhan, kohesi akan berperan dalam pengangkutan air untuk melawan gravitasi, dimana ikatan hidrogen akan mengakibatkan setiap molekul air yang keluar akan dapat menarik menarik molekul air yang berada dalam pembuluh secara terus menerus. Ikatan air dengan melekat pada dinding pembuluh yang juga membantu melawan gravitasi disebut sebagai adesi . Kondisi penting yang erat kaitannya dengan kohesi adalah adanya tegangan permukaan, yang merupakan ukuran seberapa sulitnya permukaan suatu cairan diregang atau dipecahkan.

Kemampuan menstabilkan suhu

Keberadaan air merupakan hal yang sangat esensial di bumi, dengan berbagai fungsinya. Air mampu menstabilkan suhu udara dengan menyerap panas dari udara yang lebih hangat dan kemudian melepaskannya ke udara yang lebih dingin. Proses pendinginan dengan medium air salah satunya melalui mekanisme penguapan. Misalkan penguapan air dari daun tumbuhan akan membantu jaringan-jaringan dalam daun agar tidak terlalu panas terkena cahaya matahari. Proses keluarnya keringat akan mengurangi suhu panas tubuh dan membantu mencegah kepanasansaat cuaca panas atau saat dihasilkan panas berlebih karena aktifitas yang tinggi.

Panas penguapan air yang tinggi membantu menstabilkan iklim di bumi. Sejumlah besar panas matahari diserap oleh lautan tropis dan digunakan dalam penguapan air di permukaan laut tersebut. Kemudian, udara tropis yang lembab berputar menuju kutub dan energi panas akan dilepaskan ketika udara lembab tersebut terkondensasi membentuk hujan. Saat cairan menguap, maka permukaan cairan yang tidak menguap akan tetap dingin. Proses pendinginan air melalui penguapan ini berperan pada kestabilan suhu di danau dan kolam serta memberikan mekanisme yang dapat mencegah organisme darat mengalami overheat (kepanasan).

Pemuaian saat membeku

Air merupakan zat yang wujud cairnya lebih rapat dibanding wujud padatnya, sehingga saat benda lain mengkerut ketika dipadatkan, maka sebaliknya air akan mengembang menjadi es saat dipadatkan. Hal unik tersebut terjadi karena adanya ikatan hidrogen pada air, yang mulai membeku ketika molekul-molekulnya bergerak lamban sehingga tidak mampu memutuskan ikatan hidrogennya karena adanya penurunan suhu. Saat suhu 0ᴼC masing-masing molekul akan berikatan dengan maksimal 4 molekul air lainnya, dan mempertahankan molekul-molekul tersebut pada jarak yang cukup jauh.

Kemampuan es mengapung karena mengembangnya air saat dipadatkan merupakan hal penting bagi kelestarian lingkungan. Es tersebut akan menutup cairan air di bawahnya dan mencegahnya membeku sehingga tetap mempertahankan kehidupan di bawah permukaan es yang beku tersebut.

Air sebagai pelarut

Air sebagai pelarut yang berada di sekeliling sel, dengan banyak unsur kimia akan mempengaruhi mekanisme biokimianya. Suatu senyawa tidak perlu berbentuk senyawa ionik agar dapat larut dalam air, karena senyawa polar juga merupakan senyawa yang larut dalam air. Suatu molekul besar, seperti protein dapat larut dalam air jika memiliki daerah ionik dan daerah polar pada permukaannya. Berbagai jenis senyawa polar dapat dilarutkan (bersama dengan ion-ionnya) dalam air yang merupakan cairan-cairan biologis, seperti darah, sari tumbuhan, maupun cairan intra sel.

Banyak biomolekul yang akan berinteraksi dengan air, dimana keberadaan air mampu memberikan kondisi yang digambarkan sebagai hydrophilic dan hydrophobic , dan bahkan kondisi amphipatik untuk biomolekul tertentu (seperti phospholipid ) dapat terdiri dari dua kondisi hydrophilic dan hydrophobic . Semua zat yang memiliki afinitas terhadap air, baik yang bersifat ionik ataupun polar disebut hidrofilik. Contohnya adalah gula yang memiliki sifat polar dapat larut dalam air karena molekul air dapat menyelubungi molekul polar gula tersebut. Sedangkan senyawa yang non ionik dan non polar pasti akan menolak air dan disebut hidrofobik. Contohnya adalah minyak nabati yang tidak dapat larut dan bercampur dengan zat-zat yang mengandung air seperti cuka. Kondisi hidrofobik minyak tersebut terjadi karena adanya ikatan antara karbon dan hidrogen yang membagi elektron-elektronnya hampir sama rata.

Keseluruhan fungsi sel, jaringan, dan organisme tergantung dari keseluruhan molekul yang berinteraksi mulai dari yang terkecil hingga terbesar. Kehidupan sangat tergantung pada beribu interaksi dan reaksi kimia yang masing-masing komponen kimiawi secara tepat dan sesuai akan berikatan satu dengan lainnya pada satu tempat dan waktu sehingga akan mempengaruhi insruksi genetik sel dan lingkungannya.

2. Vitamin dan mineral bagi sel

Vitamin merupakan komponen anorganik yang dibutuhkan sel dalam jumlah yang relatif sedikit tetapi harus ada. Fungsi utama vitamin adalah mempertahankan fungsi metabolisme , yaitu pertumbuhan dan penghancur radikal bebas. Contoh vitamin adalah: A,B1-B6, B12, C, D, E, K, dan H.

Mineral merupakan unsur kimia selain karbon, hidrogen dan oksigen dan terdapat dalam jumlah yang besar dan yang dibutuhkan dalam jumlah cukup banyak adalah seperti kalsium (Ca), fosfor §, magnesium (Mg), natrium (Na), Klor (Cl), dan belerang (S). Sedangkan mineral yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit adalah besi (Fe), yodium (I), seng (Zn), kobalt (Co), dan fluorin (F). Untuk sel mineral berfungsi sebagai komponen struktural sel, pemelihara fungsi metabolisme, pengaturan kerja enzim, dan menjaga keseimbangan asam basa sel.

image

Gambar 2.3. menunjukkan interaksi ionik yang disebut kation dan anion, dengan adanya ikatan unsur-unsur mineral dengan molekul lainnya. Dalam larutan media air bagi sel, ion-ion sederhana tersebut berfungsi untuk menunjang kebutuhan biologis sel dan berbentuk ion-ion seperti Na+, K+, Ca2+, Mg2+, dan Cl-, dimana mineral-mineral tersebut tidak tersedia secara bebas melainkan berikatan dengan atom atau molekul protein. Banyak komponen ion yang terpecah dalam air karena energi hidrasi, dimana energi lebih besar dibutuhkan ketika ion-ion tersebut harus terikat lagi dengan molekul air. Tampak pada Gambar 2.3. b. Merupakan jenis heme, dengan sebuah besi sebagai gugus prostetik yang terikat pada haemoglobin dan myoglobin, dan terikat secara kovalen pada protein dalam mitokondria, membentuk struktur cytokrom . Elektron terus mengalir pada cytokrom karena adanya oksidasi dan reduksi dari atom Fe di tengah dengan molekul heme. Sedangkan pada Gambar 2.3. c, merupakan kelompok Fe-S yang nonheme, dimana Fe sebagai prostetik akan berikatan dengan atom anorganik S dan atom S pada residu sistein dalam protein. Ikatan Fe-S tersebut saling berpindah dan diterima pada satu waktu, dimana perpindahan elektron juga diikuti oleh terurainya atom Fe secara keseluruhan dalam kelompok protein tersebut.

image

Gambar 2.4. menjelaskan bahwa mineral-mineral dalam medium tidak berdiri sendiri, tetapi selalu berikatan dengan molekul lain, salah satunya adalah protein. Ca2+ berikatan dengan protein membentuk konfronmasi yang disebut helix-loop-helix . Model tersebut dengan banyak ikatan Ca2+ membentuk protein calmodulin. Sedangkan gambar protein yang berikatan dengan atom Zn secara struktural sehingga mempengaruhi fungsinya, yang dalam hal ini menentukan terjadinya proses transkripsi.