Air dianggap sebagai pelarut ‘universal’, namun hanya bahan hidrofilik akan larut dalam air dengan mudah. Artikel ini membahas sifat senyawa hidrofilik.
Molekul atau zat hidrofilik tertarik ke air. Air adalah molekul polar yang bertindak sebagai pelarut, melarutkan zat polar dan hidrofilik lainnya. Dalam biologi, banyak zat bersifat hidrofilik, yang memungkinkannya tersebar ke seluruh sel atau organisme. Semua sel menggunakan air sebagai pelarut yang menciptakan larutan yang disebut sitosol. Sitosol mengandung banyak zat, yang sebagian besar bersifat hidrofilik setidaknya pada sebagian molekul. Ini memastikan bahwa itu dapat diangkut ke sekitar sel dengan mudah. Zat yang bersifat hidrofobik, atau menolak air, sering kali diangkut melalui dan di antara sel dengan protein atau struktur hidrofilik yang terpasang untuk membantu penyebarannya.
Zat hidrofilik berdifusi dalam air, artinya mereka berpindah dari area dengan konsentrasi tinggi ke area dengan konsentrasi rendah. Ini disebabkan oleh daya tarik molekul air ke molekul hidrofilik. Di area dengan konsentrasi molekul tinggi, air bergerak masuk dan menarik molekul terpisah. Molekul tersebut kemudian didistribusikan ke area dengan konsentrasi rendah, di mana lebih banyak molekul air dapat berinteraksi. Difusi adalah sifat yang sangat penting dari sebagian besar zat hidrofilik bagi organisme hidup. Difusi memungkinkan mereka mendistribusikan zat dengan sedikit atau tanpa energi di pihak mereka.
Pengertian hidrofilik
Pernahkah Anda menambahkan gula ke minuman untuk membuatnya manis? Bagaimana dengan melarutkan garam dalam air untuk memasak? Setiap kali kita melarutkan senyawa atau molekul ke dalam air, kita mengambil keuntungan dari fakta bahwa bahan kimia ini hidrofilik. Jika senyawa hidrofilik (atau ‘suka air’), maka ini berarti senyawa mudah larut dalam air atau pelarut berair. Mari kita bahas apa yang membuat molekul hidrofilik.
Sifat Kimia hidrofilisitas
Air adalah molekul polar. Molekul polar adalah molekul yang memiliki muatan parsial karena ikatan tidak merata. Oksigen dalam sebuah molekul air sangat elektronegatif, yang berarti bahwa itu akan menarik elektron-elektron dalam ikatan yang lebih dekat ke intinya. Hal ini, pada gilirannya, membuat sebagian oksigen negatif, dan hidrogen sedikit positif.
Karena air memiliki muatan parsial, dapat menarik bahan kimia lain yang juga memiliki muatan parsial. Oleh karena itu, molekul hidrofilik harus memiliki bagian yang bermuatan untuk larut dalam air. Hidrofilisitas adalah kualitas penting dari banyak bahan penting di alam dan dalam tubuh manusia. Pada bagian bawah, kita akan membahas beberapa molekul hidrofilik penting dan komponen kimia.
Ion
Garam adalah senyawa kimia yang larut dalam air dan terpisah menjadi partikel bermuatan yang disebut ion. Ion ini mungkin positif (kation) atau negatif (anion). Tetapi terlepas dari apakah muatan positif atau negatif, ion hidrofilik dan dapat berinteraksi dengan air. Kation akan tertarik ke oksigen bermuatan negatif, sedangkan anion akan tertarik ke atom hidrogen bermuatan positif dalam molekul air. (Ingat: muatan berlawanan tarik menarik, sementara muatan yang sama tolak menolak.)
 |
| Natrium Klorida Garam Konversi ke Ion dalam Air |
Gula
Molekul gula penting untuk hampir semua makhluk hidup, karena mereka mewakili energi yang tersimpan yang dapat digunakan untuk menghasilkan adenosin trifosfat (ATP), koenzim yang membawa energi di seluruh sel. Molekul gula dapat larut dalam air, dan ini memungkinkan untuk sebagian besar organisme untuk mengangkut mereka di seluruh tubuh mereka di dalam cairan, seperti plasma. Gula memiliki banyak hidroksil (OH-) kelompok yang mampu berinteraksi dengan molekul air karena adanya oksigen. Ini, pada dasarnya, memberi mereka kemampuan hidrofilik.
 |
| Glukosa: Sebuah Molekul Polar |
Contoh
1. Gula
Gula, atau lebih spesifiknya glukosa, adalah molekul yang digunakan oleh banyak jenis sel sebagai sumber energi. Molekul glukosa memiliki bagian hidrofobik dan hidrofilik. Gambar di bawah ini menunjukkan molekul glukosa. Bola hitam adalah atom karbon, bola merah adalah atom oksigen, dan bola putih adalah atom hidrogen. Ikatan antara atom karbon membagi elektron secara merata, dan tidak ada muatan listrik statis yang tercipta. Akan tetapi, atom oksigen menarik elektron yang tidak seimbang dari atom karbon dan hidrogen yang mengikatnya. Sifat ini, yang dikenal sebagai elektronegativitas, menghasilkan elektron yang terdistribusi secara tidak merata pada sebagian besar waktu. Hal ini menyebabkan terbentuknya dipol listrik melintasi ikatan, menciptakan area energi positif dan negatif. Air dapat berinteraksi dengan dipol ini, dan melarutkan glukosa.
Dalam tubuh manusia, seperti pada banyak hewan, energi yang tersimpan dalam ikatan glukosa digunakan di setiap sel untuk menjalankan fungsi seluler. Untuk mengangkut glukosa ke banyak sel, glukosa yang dilarutkan di usus dan disimpan di hati dilepaskan ke aliran darah. Karena glukosa adalah molekul hidrofilik sebagian, ia larut secara merata ke dalam aliran darah dan menyediakan glukosa ke seluruh bagian tubuh. Untuk melewati pusat hidrofobik membran plasma, glukosa diangkut oleh protein khusus. Begitu berada di setiap sel, glukosa dapat dipecah melalui glikolisis dan respirasi untuk menghasilkan ATP koenzim. ATP dapat memberikan energi ke enzim lain untuk membantu mereka menjalankan berbagai fungsinya.
2. Enzim
DNA, molekul informasi yang menggerakkan kehidupan di Bumi, mengkode urutan asam amino. Asam amino ini dapat bersifat hidrofilik atau hidrofobik. Protein dibuat oleh urutan asam amino, tetapi tidak berfungsi sampai terlipat dengan benar. Rantai panjang asam amino menjadi terlipat karena berbagai interaksi yang dimilikinya dengan asam amino lain dalam rantai, serta interaksi dengan lingkungan. Akhirnya, daerah hidrofobik dan nonpolar protein akan berkumpul bersama dan daerah kutub hidrofilik akan terpapar ke lingkungan.
Protein menjadi enzim fungsional jika bentuknya tepat untuk menerima substrat dan menurunkan energi aktivasi dari reaksi kimia. Jika mutasi pada DNA menempatkan asam amino hidrofobik di mana asam amino hidrofilik seharusnya hilang, seluruh struktur dapat rusak dan enzim mungkin tidak berfungsi lagi. Karena air adalah pelarut di semua sitosol sel, penting agar bagian luar protein bersifat hidrofilik, sehingga dapat tersebar dan dipindahkan ke sekitar sel. Jadi, sel dapat membuat protein di satu tempat (biasanya ribosom), dan mendistribusikannya melalui sel melalui difusi. Sifat hidrofilik dari sebagian besar protein ini memungkinkan mereka mengisi sel tertentu, dan menghasilkan sejumlah besar produk tertentu yang diperlukan tubuh.
3. Membran sel
Membran sel dibuat dari dua lembar molekul yang dikenal sebagai fosfolipid. Fosfolipid bersifat amfifilik, artinya keduanya tertarik ke air di satu wilayah molekul, dan menolak air di wilayah lain. Kepala molekul fosfolipid adalah daerah hidrofilik. Ekor adalah daerah hidrofobik, dan mengarah ke dalam, ke arah satu sama lain. Ini tidak termasuk air dari tengah dua lembar, sehingga menciptakan pembatas antara dua reservoir larutan. Jika membran ditutup, dalam sebuah bola, sebuah sel dibuat. Sel bakteri tidak memiliki pembelahan lebih lanjut, tetapi eukariota selanjutnya membagi selnya menjadi organel. Organel ini juga dikelilingi oleh fosfolipid.
Meskipun air tidak dapat dengan mudah melewati membran sel, ada banyak protein tertanam yang memungkinkan air masuk ke dalam sel. Ada juga protein yang mengangkut zat hidrofilik lainnya melintasi membran. Protein ini, meskipun bukan enzim, juga dibentuk oleh rantai asam amino. Seperti yang terlihat pada grafik di bawah ini, protein ini sering berfungsi dengan menggunakan energi dari ATP untuk memindahkan berbagai zat melintasi membran. Tanpa saluran melalui membran hidrofobik, zat hidrofilik tidak bisa lewat.
Protein pada grafik di atas memiliki bagian hidrofobik dan hidrofilik. Bagian luar protein, bagian yang terpapar ke lingkungan dan sitoplasma, akan bersifat hidrofilik. Bagian dalam protein yang berinteraksi dengan lipid di tengah membran akan bersifat hidrofilik. Dengan cara ini, protein dapat tetap tertanam di membran hanya melalui kecenderungan zat hidrofobik untuk mengelompok dan zat hidrofilik menarik ke air. Ujungnya ditarik ke arah air, dan bagian tengahnya berinteraksi dengan lipid hidrofobik. Banyak makromolekul bersifat amfifilik dengan cara ini, berinteraksi dengan berbagai zat.
Apa Itu Molekul Hidrofobik?
Kebutuhan senyawa hidrofobik (sering disebut sebagai hidrofob) untuk memisahkan diri dari air melekat pada struktur molekul itu sendiri, itulah sebabnya jenis molekul ini disebut hidrofobik (takut air). Kelarutan hidrofob, dan bahkan senyawa hidrofilik, adalah fenomena kompleks yang memiliki komponen termodinamika dan kinetik.
Ketidakmampuan hidrofob untuk bercampur dengan air sebenarnya adalah energi yang dapat dihitung (Energi Bebas Gibbs dari larutan) yang dikaitkan dengan banyak faktor, termasuk, tetapi tentu saja tidak terbatas pada: i-konstanta dielektrik (ε) pelarut, ii-tegangan permukaan (γ) sistem, iii-koefisien partisi (atau konstanta), mobilitas zat terlarut iv sebagai fungsi dari hukum difusi Fick dan v-potensial kimia (μ) zat terlarut.
Sifat Hidrofobik
Meskipun ada banyak faktor lain yang berperan untuk menentukan kelarutan senyawa dalam air, pendekatan sederhana yang menggeneralisasi semua pengukuran yang dapat diukur ini adalah dengan rendah hati mengatakan ‘seperti-suka-larut’. Frasa ini menandakan bahwa ketika pelarut (misalnya air) memiliki struktur yang mirip dengan zat terlarut, maka keduanya akan bercampur (yaitu zat terlarut akan larut ke dalam pelarut).
Bagaimana Molekul Hidrofobik Bereaksi dengan Air?
Ini adalah alasan sederhana mengapa molekul hidrofilik larut dalam air dan molekul hidrofobik tidak. Zat hidrofobik ada di seluruh alam dan di dalam laboratorium kimia. Mereka dapat diekstraksi dari tumbuhan, dibuat dari lemak atau disintesis dari sumber lain.
Beberapa contoh hidrofobik yang terkenal adalah hidrokarbon (yaitu bensin), minyak nabati, alkohol / asam lemak, dan bahkan kolesterol dalam darah Anda!
Ringkasan Artikel
Molekul hidrofilik adalah molekul yang dapat larut dalam air. Molekul-molekul ini harus memiliki muatan untuk berinteraksi dengan air, yang polar. Dalam sistem biologi, adalah penting bahwa bahan-bahan tertentu, seperti ion dan gula, menjaga hidrofilisitas dalam rangka untuk memungkinkan mereka untuk beredar dan diangkut ke seluruh organisme.