Mengapa air sangat penting bagi makhluk hidup? (Bagian 1)

Halo sobat sains, kali ini SainsPop akan bahas satu molekul yang keberadaannya sangat penting dalam kehidupan kita. Molekul ini merupakan kandungan terbanyak di dalam sel makhluk hidup. Ada yang bisa tebak molekul apa itu? Jawabannya adalah molekul air, molekul sederhana yang disusun oleh dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Di dalam sel makhluk hidup ternyata hampir 60% komponen utamanya adalah air (1). Disana air banyak digunakan dalam berbagai proses reaksi kimia mulai dari respirasi, fotosintesis, dll. Selain itu, untuk beberapa makhluk hidup lain seperti ikan, mereka hanya bisa bertahan hidup di dalam air. Jadi logis bukan kenapa air ini sangat penting? 

Lalu, Apa Saja Kegunaan Air Bagi Makhluk Hidup?

Air memiliki banyak kegunaan untuk makhluk hidup. Kegunaannya dapat dikelompokkan berdasarkan bagaimana cara molekul ini digunakan (2). Secara garis besar air memiliki 4 fungsi utama, yaitu sebagai pelarut universal, penyangga suhu sel, metabolit, dan lingkungan hidup. Pada artikel kali ini, kita akan bahas salah satu kegunaannya, yaitu air sebagai pelarut universal.

1. Air sebagai pelarut universal

Air disebut sebagai pelarut universal karena ia mampu melarutkan berbagai macam senyawa dibandingkan dengan molekul lain. Di dalam sel, air mampu melarutkan  mulai dari senyawa sederhana seperti garam, sampai senyawa kompleks seperti protein dan asam nukleat (senyawa penyusun DNA). Kemampuan melarutkan berbagai senyawa inilah membuat air memiliki peranan penting untuk membawa nutrisi ke dalam sel dan membuang senyawa hasil metabolisme yang tidak dibutuhkan sel (2).

Pertanyaan selanjutnya adalah bagaimana air bisa melarutkan senyawa-senyawa tersebut? Untuk menjawab pertanyaan ini, mari kita pelajari terlebih dahulu struktur air itu sendiri (lihat juga bagaimana air bisa didapatkan)

Air Ditinjau dari Segi Struktur

Air memiliki struktur kimia H2O, dimana satu atom oksigen berikatan kovalen dengan dua atom hidrogen (2). Ikatan yang terbentuk ini merupakan ikatan yang sangat kuat. Secara geometri, molekul air berbentuk tetrahedral. Pada struktur air, dua atom hidrogen di kedua ujung tetrahedral membentuk huruf V dengan atom oksigen di pusatnya dan dua pasang elektron bebas dari oksigen berada pada dua ujung yang lainnya.

Pada molekul air, atom oksigen memiliki kecenderungan untuk menarik elektron lebih tinggi dibandingkan dengan atom hidrogen (2). Hal ini dikarenakan jumlah proton (partikel yang bermuatan positif) pada inti atom oksigen lebih banyak dibandingkan dengan inti hidrogen. Oleh karena itu, ikatan kovalen yang terbentuk bersifat polar dimana ikatan cenderung tertarik ke arah oksigen daripada ke arah hidrogen. Akibatnya, molekul air memiliki momen dipol dimana atom hidrogen memiliki kecenderungan bermuatan positif sedangkan atom oksigen memiliki kecenderungan bermuatan negatif (gambar).

Adanya momen dipol tersebut menyebabkan molekul air dapat saling tertarik satu sama lain membentuk ikatan hidrogen. Ikatan ini terjadi antara atom hidrogen pada molekul air yang satu berikatan dengan atom oksigen pada molekul air yang lainnya. Ikatan hidrogen yang terbentuk antara molekul air ini memiliki kekuatan yang relatif lemah jika dibandingkan dengan ikatan kovalen yang terbentuk pada molekul air (gambar).

Bagaimana Molekul Air Bisa Melarutkan Senyawa-senyawa Tersebut?

Dari penjelasan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa air merupakan senyawa polar karena memiliki momen dipol dimana atom oksigen memiliki kecenderungan bermuatan negatif, sedangkan atom hidrogen memiliki kecenderungan bermuatan positif (2). Karena sifat inilah air bisa bekerja sebagai pelarut berbagai senyawa di dalam tubuh.

Sebagai contoh, pada garam dapur (NaCl) air melarutkan dengan cara melemahkan interaksi elektrostatik di antara ion-ionnya (Na+ dan Cl-) sehingga mencegah terbentuknya ikatan ion untuk membentuk kristal garam NaCl. Proses tersebut air lakukan dengan cara menghidrasi dan menstabilkan ion-ion pada garam (2). 

Ion positif (dalam hal ini Na+) akan tertarik ke atom oksigen pada air yang cenderung bermuatan negatif sehingga molekul air akan mengelilingi ion tersebut. Molekul air ini akan menarik molekul air lainnya dan ikatan hidrogen akan terbentuk diantara molekul-molekul air tersebut. Hasilnya akan terbentuk kumpulan air yang mengelilingi ion. Dengan kata lain, ion-ion tersebut dihidrasi oleh air. Begitu pula yang terjadi dengan ion negatif (Cl-), hanya saja ion negatif akan tertarik ke atom hidrogen pada air yang cenderung bermuatan positif (2).

Dengan sifat kepolaran itu pula air bisa melarutkan senyawa polar di dalam tubuh, seperti asam amino, protein, asam nukleat, dan gula. Karena sama-sama bersifat polar, senyawa tersebut akan berinteraksi dengan air membentuk ikatan hidrogen. Ikatan inilah yang menyebabkan tercampurnya atau terlarutnya molekul polar tersebut dalam air. Adanya ikatan hidrogen ini bisa menjelaskan mengapa kita bisa melarutkan kopi dan gula ke dalam air, tetapi kita tidak bisa melarutkan minyak (senyawa non polar) ke dalam air (2).

Sekarang sudah mengertikan kenapa dan bagaimana air bisa melarutkan berbagai macam senyawa? Ternyata dengan mempelajari strukturnya kita bisa mengetahui sifat yang dimiliki oleh molekul air tersebut. Dengan sifat kimia dan fisik yang dimiliki oleh air, kita pun bisa menjelaskan fungsi air yang lainnya. Tunggu di bahasan artikel selanjutnya ya ? Baca artikel menarik lainnya tentang air di sini!

Referensi:

1. Gibney, M. J. et al. Introduction to human nutrition. Oxford: Blackwell Science, 2002
2. Nelson, D.L, Cox, M.M. 2012. Lehninger, Principle of Biochemistry (6th ed.). Freeman, W.H. & Company.