Persen Spesies Asam Amino dalam Berbagai pH serta Kalkulatornya

Berikut ini ringkasan tentag materi yang terdapat dalam sibalus olimpiade kimia di Indonesia. Materi ini pengembangan dari bahasan yang pernah ditulis di sini dan di sini. Dalam tulisan ini disertakan pula alat bantu hitung dan analisis spesi asam amino pada berbagai pH dan disertakan latihan soal dan pembahasannya. Soal ini diberikan yang paling mudah hingga setaran soal OSN Kimia.

Asam amino bersifat amfoter karena memiliki gugus karboksil (–COOH) dan gugus amino (–NH₂) yang dapat terionisasi. Dalam larutan, spesies yang muncul bergantung pada pH lingkungan. Secara umum, pada pH sangat rendah (asam kuat), semua gugus terprotonasi sehingga muatan positif mendominasi.

Seiring kenaikan pH, gugus karboksil melepas proton (pK_a1 ~2), membentuk zwitterion (muatan netto 0). Pada pH lebih tinggi (pK_a2 ~9–10), gugus amino melepas proton, menghasilkan muatan negatif.

Untuk asam amino dengan rantai samping ionizable (asam amino asam/basa), terdapat rentang pH tambahan yang memunculkan spesies dengan muatan ganda (±2, ±1).

Distribusi spesies ditentukan oleh persamaan Henderson–Hasselbalch untuk setiap gugus. Dengan mengetahui nilai pK_a masing-masing gugus, kita dapat menghitung persentase setiap spesies pada pH tertentu.

Konsep ini penting untuk memahami titik isoelektrik (pI) (pH ketika muatan netto molekul nol) yang mempengaruhi kelarutan dan mobilitas elektroforetik.

Landasan Teori: Henderson–Hasselbalch dan Rentang pH

Untuk satu gugus asam lemah, hubungan antara pH dan rasio bentuk basa/asam diberikan oleh:

\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]} \]

Pada asam amino dengan dua atau tiga gugus, probabilitas masing-masing keadaan protonasi dapat dihitung. Secara umum:

• Jika pH < pK_a1 (gugus karboksil), gugus –COOH dominan, dan gugus –NH₃⁺ juga protonasi → muatan positif (+1 untuk asam amino netral).
• Jika pK_a1 < pH < pK_a2 (zona zwitterion), gugus –COO^– dan –NH₃⁺ dominan → muatan netto 0.
• Jika pH > pK_a2 (gugus amino), gugus –NH₂ dominan → muatan negatif (-1).

Untuk asam amino dengan rantai samping (misal Asp, Glu, His, Lys, Arg), muncul rentang pH tambahan. Misalnya, pada asam aspartat (pK_a1=1,88, pK_aR=3,65, pK_a2=9,60):

• pH < 1,88: semua gugus terprotonasi → muatan +1.
• 1,88 < pH < 3,65: –COOH lepas proton, gugus samping masih protonasi → muatan 0 (zwitterion).
• 3,65 < pH < 9,60: gugus samping juga lepas proton → muatan -1.
• pH > 9,60: gugus amino lepas proton → muatan -2.

Dengan demikian, pemahaman rentang pH memungkinkan prediksi muatan netto dan spesies dominan tanpa perhitungan rumit.

📊 Tabel pK_a Asam Amino Standar (25°C)

Asam Amino	pKa1 (α-COOH)	pKa2 (α-NH3+)	pKa3 (Rantai Samping)
Glisin (Gly)	2,34	9,60	—
Alanin (Ala)	2,34	9,69	—
Valin (Val)	2,32	9,62	—
Leusin (Leu)	2,36	9,60	—
Isoleusin (Ile)	2,36	9,60	—
Metionin (Met)	2,28	9,21	—
Prolin (Pro)	1,99	10,60	—
Fenilalanin (Phe)	1,83	9,13	—
Triptofan (Trp)	2,83	9,39	—
Serin (Ser)	2,21	9,15	—
Treonin (Thr)	2,09	9,10	—
Tirosin (Tyr)	2,20	9,11	10,07
Sistein (Cys)	1,96	10,28	8,18
Asam Aspartat (Asp)	1,88	9,60	3,65
Asam Glutamat (Glu)	2,19	9,67	4,25
Histidin (His)	1,82	9,17	6,00
Lisin (Lys)	2,18	8,95	10,53
Arginin (Arg)	2,17	9,04	12,48

Sumber: Referensi biokimia standar (Lehninger, Voet & Voet).

🧮 Menghitung Titik Isoelektrik (pI)

pI adalah pH di mana muatan netto molekul nol. Untuk asam amino tanpa rantai samping ionizable, pI = (pK_a1 + pK_a2)/2. Untuk asam amino dengan tiga gugus, pI adalah rata-rata dua pK_a yang mengapit bentuk zwitterion.

Contoh 1: Glisin \[ \text{pI} = \frac{2,34 + 9,60}{2} = \frac{11,94}{2} = 5,97 \]

Contoh 2: Asam Glutamat (asam) \[ \text{pI} = \frac{2,19 + 4,25}{2} = \frac{6,44}{2} = 3,22 \]

Contoh 3: Lisin (basa) \[ \text{pI} = \frac{8,95 + 10,53}{2} = \frac{19,48}{2} = 9,74 \]

Catatan: Pada pH < pI, asam amino bermuatan positif; pada pH > pI, asam amino bermuatan negatif.

📝 Latihan Soal

Soal 1
Tentukan spesies dominan dari alanin (pK_a1=2,34, pK_a2=9,69) pada pH 2,0; pH 6,0; dan pH 11,0. Hitung juga persentase spesies zwitterion pada pH 6,0.

🔍 Lihat Pembahasan

\[ \begin{aligned} \text{pH }2,0 &< \text{p}K_{a1} \Rightarrow \text{spesies }+1 \text{ dominan (α-COOH protonated, α-NH}_3^+) \\ \text{pH }6,0 &\text{ antara pK}_{a1} \text{ dan pK}_{a2} \Rightarrow \text{zwitterion dominan} \\ \text{pH }11,0 &> \text{p}K_{a2} \Rightarrow \text{spesies }-1 \text{ dominan (α-COO}^- \text{, α-NH}_2) \end{aligned} \]

Persentase zwitterion pada pH 6,0:

\[ \begin{aligned} A &= 10^{\text{pH} - \text{p}K_{a1}} = 10^{6,0 - 2,34} = 10^{3,66} \approx 4571 \\ B &= 10^{\text{pH} - \text{p}K_{a2}} = 10^{6,0 - 9,69} = 10^{-3,69} \approx 2,04 \times 10^{-4} \\ \text{fraksi zwitterion} &= \frac{A}{1 + A + A\cdot B} = \frac{4571}{1 + 4571 + 4571 \cdot 2,04\times10^{-4}} \\ &\approx \frac{4571}{4571 + 0,933} \approx 0,9998 \approx 99,98\% \end{aligned} \]

Jadi pada pH 6,0, alanin hampir seluruhnya dalam bentuk zwitterion (99,98%).

Soal 2
Asam aspartat memiliki pK_a1=1,88, pK_a3=3,65, pK_a2=9,60. Hitung pI-nya dan tentukan muatan netto pada pH 2,5; pH 5,0; dan pH 10,0.

🔍 Lihat Pembahasan

\[ \begin{aligned} \text{pI} &= \frac{\text{p}K_{a1} + \text{p}K_{a3}}{2} = \frac{1,88 + 3,65}{2} = \frac{5,53}{2} = 2,765 \\ \text{pH }2,5 &< \text{pI} \Rightarrow \text{muatan positif} \\ \text{pH }5,0 &> \text{pI tetapi < pK}_{a2} \Rightarrow \text{muatan negatif (antara -1 dan -2?)} \\ \text{pH }10,0 &> \text{p}K_{a2} \Rightarrow \text{muatan -2} \end{aligned} \]

Pada pH 5,0: berada di antara pK_a3 (3,65) dan pK_a2 (9,60), sehingga gugus α-COOH dan gugus samping sudah deprotonasi, gugus α-NH₃⁺ masih protonasi → muatan netto -1.

Jadi: pH 2,5 → +1; pH 5,0 → -1; pH 10,0 → -2.

Soal 3
Histidin (pK_a1=1,82, pK_a3=6,00, pK_a2=9,17) memiliki spesies HisH₂²⁺, HisH⁺, His⁰, His^–. Hitung fraksi masing-masing spesies pada pH 4,0; pH 7,4 (darah); dan pH 10,0. Tentukan pH di mana konsentrasi HisH⁺ maksimum.

🔍 Lihat Pembahasan

\[ \begin{aligned} \text{Fraksi HisH}_2^{2+} &= \frac{1}{1 + 10^{\text{pH}-pK_1} + 10^{\text{pH}-pK_1}10^{\text{pH}-pK_3} + 10^{\text{pH}-pK_1}10^{\text{pH}-pK_3}10^{\text{pH}-pK_2}} \\ \text{dengan } pK_1=1,82,\; pK_3=6,00,\; pK_2=9,17 \end{aligned} \]

Kalkulasi cepat: untuk pH 4,0: 10^(4-1,82)=10^2,18≈151; 10^(4-6)=10^-2=0,01; 10^(4-9,17)=10^-5,17≈6,76×10^-6. Maka:

\[ \begin{aligned} \text{Denom} &= 1 + 151 + 151\cdot0,01 + 151\cdot0,01\cdot6,76\times10^{-6} \\ &\approx 1 + 151 + 1,51 + \text{~}0 = 153,51 \\ f_{+2} &\approx 1/153,51 \approx 0,0065\ (0,65\%) \\ f_{+1} &\approx 151/153,51 \approx 0,984\ (98,4\%) \\ f_0 &\approx (151\cdot0,01)/153,51 \approx 1,51/153,51 \approx 0,0098\ (0,98\%) \\ f_{-1} &\approx (151\cdot0,01\cdot6,76\times10^{-6})/153,51 \approx 0 \end{aligned} \]

Pada pH 7,4: 10^(7,4-1,82)=10^5,58≈3,8×10⁵; 10^(7,4-6)=10^1,4≈25,1; 10^(7,4-9,17)=10^-1,77≈0,017. Denom ≈ 3,8×10⁵ + 3,8×10⁵×25,1 ≈ 9,7×10⁶ → f₊₂≈0, f₊₁≈3,8×10⁵/9,7×10⁶≈0,039, f₀≈(3,8×10⁵×25,1)/9,7×10⁶≈9,54×10⁶/9,7×10⁶≈0,983, f_-1≈(3,8×10⁵×25,1×0,017)/9,7×10⁶≈(1,62×10⁵)/9,7×10⁶≈0,0167. Jadi His⁰ dominan (98,3%).

pH 10,0: 10^(10-1,82)=10^8,18≈1,51×10⁸; 10^(10-6)=10⁴=10000; 10^(10-9,17)=10^0,83≈6,76. Denom ≈ 1,51×10⁸×10000×6,76 ≈ 1,02×10¹³ → f_-1≈1, lainnya ≈0. Spesies His^– dominan.

Konsentrasi HisH⁺ maksimum saat pH = (pK_a1 + pK_a3)/2 = (1,82+6,00)/2 = 3,91.

Soal 4
Suatu tripeptida mengandung residu Asp, His, dan Lys. Dengan menggunakan pK_a yang sesuai (Asp: 3,65; His: 6,00; Lys: 10,53; terminal α-COOH ~2,0; terminal α-NH₃⁺ ~9,5), hitung muatan netto peptida pada pH 4,0, pH 7,0, dan pH 11,0.

🔍 Lihat Pembahasan

\[ \begin{aligned} &\text{pH 4,0:} \\ &\alpha\text{-COOH (pK}_a\text{~2)} \rightarrow \text{deprotonasi (-1)} \\ &\alpha\text{-NH}_3^+ \text{ (pK}_a\text{~9,5)} \rightarrow \text{protonasi (+1)} \\ &\text{Asp (pK}_a\text{R=3,65): pH 4,0 > 3,65} \rightarrow \text{deprotonasi (-1)} \\ &\text{His (pK}_a\text{R=6,00): pH 4,0 < 6,00} \rightarrow \text{protonasi (+1)} \\ &\text{Lys (pK}_a\text{R=10,53): pH 4,0 << 10,53} \rightarrow \text{protonasi (+1)} \\ &\text{Total muatan: } (-1) + (+1) + (-1) + (+1) + (+1) = +1 \end{aligned} \]

\[ \begin{aligned} &\text{pH 7,0:} \\ &\alpha\text{-COOH: -1};\quad \alpha\text{-NH}_3^+\text{: +1} \\ &\text{Asp: -1};\quad \text{His: pH 7,0 > 6,00} \rightarrow \text{deprotonasi (0)} \\ &\text{Lys: pH 7,0 < 10,53} \rightarrow \text{protonasi (+1)} \\ &\text{Total: } (-1)+(+1)+(-1)+0+(+1)=0 \end{aligned} \]

\[ \begin{aligned} &\text{pH 11,0:} \\ &\alpha\text{-COOH: -1};\quad \alpha\text{-NH}_3^+\text{: pH 11 > 9,5} \rightarrow \text{deprotonasi (0)} \\ &\text{Asp: -1};\quad \text{His: deprotonasi (0)};\quad \text{Lys: pH 11 > 10,53} \rightarrow \text{deprotonasi (0)} \\ &\text{Total: } (-1)+0+(-1)+0+0 = -2 \end{aligned} \]

Jadi muatan netto: pH 4,0 → +1; pH 7,0 → 0; pH 11,0 → -2.

Soal 5
Larutan glisin 0,1 M memiliki pH sekitar 6,0. Jika ditambahkan NaOH hingga pH = 9,0, hitung rasio [Gly^–] / [Gly⁰] pada pH tersebut. (pK_a2 glisin = 9,60)

🔍 Lihat Pembahasan

\[ \begin{aligned} \text{Rasio } \frac{[\text{Gly}^-]}{[\text{Gly}^0]} &= 10^{\text{pH} - \text{p}K_{a2}} = 10^{9,0 - 9,60} = 10^{-0,60} \approx 0,251 \\ \text{Jadi } [\text{Gly}^-] &= 0,251 \times [\text{Gly}^0] \end{aligned} \]

Pada pH 9,0, sekitar 20% glisin dalam bentuk negatif, 80% zwitterion.

Soal 6
Hitung persentase spesies kation (+1) dan anion (-1) dari alanin pada pH 2,0 dan pH 10,0. Gunakan pK_a1=2,34, pK_a2=9,69.

🔍 Lihat Pembahasan

\[ \begin{aligned} &\text{pH 2,0: } A = 10^{2,0-2,34}=10^{-0,34}\approx0,457;\quad B = 10^{2,0-9,69}=10^{-7,69}\approx2,04\times10^{-8} \\ &\text{Fraksi kation } f_{+1} = \frac{1}{1+A+AB} \approx \frac{1}{1+0,457+0} \approx \frac{1}{1,457} \approx 0,686\ (68,6\%) \\ &\text{Fraksi zwitterion } f_0 = \frac{A}{1+A+AB} \approx 0,457/1,457 \approx 0,314\ (31,4\%) \\ &\text{Fraksi anion } f_{-1} \approx 0 \end{aligned} \]

\[ \begin{aligned} &\text{pH 10,0: } A = 10^{10,0-2,34}=10^{7,66}\approx4,57\times10^{7};\quad B = 10^{10,0-9,69}=10^{0,31}\approx2,04 \\ &\text{Denom } = 1 + A + A\cdot B \approx A(1+B) \approx 4,57\times10^{7} \times 3,04 \approx 1,39\times10^{8} \\ &f_{+1} \approx 0;\quad f_0 = \frac{A}{Denom} \approx \frac{4,57\times10^{7}}{1,39\times10^{8}} \approx 0,329\ (32,9\%) \\ &f_{-1} = \frac{A\cdot B}{Denom} \approx \frac{4,57\times10^{7}\times2,04}{1,39\times10^{8}} \approx 0,671\ (67,1\%) \\ \end{aligned} \]

Jadi pada pH 2,0: kation 68,6%, zwitterion 31,4%, anion 0%. Pada pH 10,0: kation 0%, zwitterion 32,9%, anion 67,1%.

Soal 7
Suatu larutan mengandung campuran dua asam amino: Glisin (pK_a1=2,34, pK_a2=9,60) dan Asam Glutamat (pK_a1=2,19, pK_a2=9,67, pK_a3=4,25). Pada pH berapakah kedua asam amino memiliki muatan netto yang sama? Jelaskan.

🔍 Lihat Pembahasan

Muatan netto glisin: +1 untuk pH < 2,34; 0 untuk 2,34 < pH < 9,60; -1 untuk pH > 9,60.
Muatan netto asam glutamat: +1 untuk pH < 2,19; 0 untuk 2,19 < pH < 4,25; -1 untuk 4,25 < pH < 9,67; -2 untuk pH > 9,67.

Kita cari pH di mana muatan kedua sama. Kemungkinan:

• Pada pH antara 2,19 dan 2,34: glisin = +1, glutamat = 0 → tidak sama.
• Pada pH antara 2,34 dan 4,25: glisin = 0, glutamat = 0 → sama (keduanya netral).
• Pada pH antara 4,25 dan 9,60: glisin = 0, glutamat = -1 → tidak sama.
• Pada pH antara 9,60 dan 9,67: glisin = -1, glutamat = -1 → sama.

Jadi pH di mana muatan sama adalah pada rentang 2,34–4,25 dan 9,60–9,67. Secara spesifik, pada pH 3,0 atau pH 9,65 misalnya, keduanya memiliki muatan sama (0 dan -1).

Soal 8
Hitung fraksi spesies zwitterion dari sistein pada pH 7,0. pK_a sistein: 1,96; 8,18; 10,28. (Rantai samping –SH, pK_a 8,18).

🔍 Lihat Pembahasan

Sistein memiliki tiga gugus: α-COOH (pK_a1=1,96), –SH (pK_a3=8,18), α-NH₃⁺ (pK_a2=10,28). Zwitterion (muatan 0) adalah spesies dengan α-COO^–, –SH, α-NH₃⁺. Ini berada pada rentang pH antara pK_a1 dan pK_a3 (1,96–8,18).

Pada pH 7,0: hitung probabilitas setiap gugus:

\[ \begin{aligned} P_{\text{COOH}} &= \frac{1}{1+10^{\text{pH}-pK_1}} = \frac{1}{1+10^{7,0-1,96}} = \frac{1}{1+10^{5,04}} \approx 0 \\ P_{\text{SH}} &= \frac{1}{1+10^{\text{pH}-pK_3}} = \frac{1}{1+10^{7,0-8,18}} = \frac{1}{1+10^{-1,18}} = \frac{1}{1+0,066} \approx 0,938 \\ P_{\text{NH}_3^+} &= \frac{1}{1+10^{\text{pH}-pK_2}} = \frac{1}{1+10^{7,0-10,28}} = \frac{1}{1+10^{-3,28}} \approx 1 \end{aligned} \]

Fraksi zwitterion (α-COO^–, –SH, α-NH₃⁺) = probabilitas α-COOH deprotonasi × probabilitas –SH protonasi × probabilitas α-NH₃⁺ protonasi.

\[ \begin{aligned} f_{\text{zwit}} &= (1-P_{\text{COOH}}) \times P_{\text{SH}} \times P_{\text{NH}_3^+} \\ &\approx 1 \times 0,938 \times 1 = 0,938\ (93,8\%) \end{aligned} \]

Jadi pada pH 7,0, sekitar 93,8% sistein dalam bentuk zwitterion, sisanya dalam bentuk –S^– (muatan -1) karena gugus tiol terdeprotonasi sebagian.

Soal 9
Glisin (NH₂CH₂COOH) adalah asam amino paling sederhana.

1. Tuliskan struktur zwitterion glisin pada pH 6,0. [1]
2. Gambarkan struktur ion yang terbentuk ketika glisin direaksikan dengan:
   1. HCl berlebih,
   2. NaOH berlebih. [2]
3. Hitung titik isoelektrik (pI) glisin. (pK_a1 = 2,34; pK_a2 = 9,60) [1]
4. Jelaskan mengapa pada pH = 6,0 glisin dapat bergerak menuju katode dalam elektroforesis. [2]

🔍 Lihat Pembahasan

1. Struktur zwitterion: \( ^+\text{NH}_3-\text{CH}_2-\text{COO}^- \)
2. 1. Dalam HCl berlebih: \( ^+\text{NH}_3-\text{CH}_2-\text{COOH} \) (muatan +1)
   2. Dalam NaOH berlebih: \( \text{NH}_2-\text{CH}_2-\text{COO}^- \) (muatan –1)
3. \[ \text{pI} = \frac{pK_{a1}+pK_{a2}}{2} = \frac{2,34+9,60}{2} = \frac{11,94}{2} = 5,97 \]
4. Pada pH 6,0, glisin sebagian besar dalam bentuk zwitterion, tetapi sedikit bermuatan positif karena pH < pI. Ion positif bergerak menuju katode (elektroda negatif) dalam medan listrik.

Soal 10
Suatu tripeptide terdiri dari tiga residu: alanin (Ala), sistein (Cys), dan histidin (His).

1. Gambarkan struktur tripeptide tersebut jika urutannya adalah Ala–Cys–His. Tunjukkan ikatan peptida. [3]
2. Berapa jumlah kemungkinan tripeptide berbeda yang dapat dibentuk dari ketiga asam amino tersebut? Jelaskan. [2]
3. Hidrolisis sempurna tripeptide menghasilkan campuran asam amino. Tuliskan persamaan reaksi untuk hidrolisis tersebut. [1]
4. Sistein memiliki gugus –SH yang dapat membentuk jembatan disulfida (–S–S–) dengan molekul lain. Tuliskan struktur dua molekul sistein yang berikatan disulfida. [2]

🔍 Lihat Pembahasan

1. Struktur tripeptide:
   \[ \text{Ala: H}_2\text{N–CH(CH}_3\text{)-CO–} \]
   \[ \text{Cys: –NH–CH(CH}_2\text{SH)-CO–} \]
   \[ \text{His: –NH–CH(CH}_2\text{C}_3\text{H}_3\text{N}_2\text{)-COOH} \]
   Ikatan peptida –CO–NH– ditunjukkan pada sambungan antar residu.
2. Jumlah kemungkinan tripeptide = 3! = 6 (karena ketiga asam amino berbeda).
3. Hidrolisis: \( \text{Tripeptide} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ala} + \text{Cys} + \text{His} \)
4. Dua sistein membentuk sistin:
   \[ 2\ \text{HS–CH}_2\text{–CH(NH}_2\text{)–COOH} \rightarrow \text{HOOC–CH(NH}_2\text{)–CH}_2\text{–S–S–CH}_2\text{–CH(NH}_2\text{)–COOH} \]

Soal 11
Elektroforesis gel digunakan untuk memisahkan campuran tiga asam amino: Asam aspartat (pI = 2,77), Glisin (pI = 5,97), dan Lisin (pI = 9,74). Elektroforesis dilakukan dalam larutan buffer pH = 7,0.

1. Tentukan muatan netto masing-masing asam amino pada pH 7,0. [2]
2. Ke arah mana (anoda atau katoda) setiap asam amino akan bergerak? [1]
3. Urutkan ketiga asam amino berdasarkan jarak migrasinya dari titik awal (terjauh ke terdekat). Jelaskan alasanmu. [2]
4. Jika pH buffer diubah menjadi 4,0, bagaimana perubahan muatan Asam aspartat? Jelaskan. [2]

🔍 Lihat Pembahasan

1. pH 7,0:
   • Asp: pH > pI → muatan negatif (–1 karena gugus samping deprotonasi).
   • Gly: pH > pI → muatan negatif (–1).
   • Lys: pH < pI → muatan positif (+1).
2. Asp dan Gly menuju anoda (elektroda positif), Lys menuju katoda.
3. Jarak migrasi bergantung pada besar muatan dan massa. Asp dan Gly sama-sama negatif, tetapi Asp lebih kecil sehingga mobilitas lebih tinggi → Asp terjauh, lalu Gly, lalu Lys (bergerak ke arah berlawanan).
4. Pada pH 4,0, Asam aspartat: pH (4,0) > pKa₁ (1,88) tetapi < pKa₃ (3,65) → gugus samping masih protonasi, muatan netto = 0 (zwitterion). Tidak bergerak dalam medan listrik.

Soal 12
Suatu asam amino X memiliki gugus samping yang dapat terionisasi. Larutan X 0,1 M dititrasi dengan NaOH 0,1 M. Kurva titrasi menunjukkan dua titik ekivalen pada penambahan 10 mL dan 30 mL NaOH. Diketahui pKa₁ = 2,3 dan pKa₃ = 9,7. Tentukan:

1. Jenis asam amino X (asam, basa, atau netral) beserta alasannya. [2]
2. Nilai pKa₂ (gugus α-NH₃⁺). [2]
3. Hitung pH pada titik isoelektrik. [2]
4. Jika 50 mL larutan X 0,1 M dititrasi dengan NaOH 0,1 M, hitung pH setelah penambahan 5 mL NaOH. [4]

🔍 Lihat Pembahasan

1. Dua titik ekivalen berarti memiliki tiga gugus ionisasi. Jarak antara titik ekivalen pertama dan kedua adalah 20 mL (10–30 mL), yang menunjukkan gugus karboksil α dan gugus samping. Karena pKa₁=2,3 dan pKa₃=9,7, maka pKa₂ (α-NH₃⁺) berada di antara, biasanya sekitar 9,0–10. Ini adalah asam amino basa (misal lisin atau arginin).
2. pKa₂ dihitung dari volume titik ekivalen: volume pertama 10 mL → pKa₁, volume kedua 30 mL → titik ekivalen untuk gugus α-NH₃⁺. pKa₂ = 14 - pKb, tetapi dari data pKa₃ = 9,7 adalah gugus samping basa, maka pKa₂ sebenarnya adalah pKa gugus α-NH₃⁺. Dari kurva, pKa₂ ≈ 9,0–9,5. Karena tidak ada informasi lebih lanjut, kita asumsikan pKa₂ = 9,2 (nilai tipikal).
3. \[ \text{pI} = \frac{pK_{a2} + pK_{a3}}{2} = \frac{9,2 + 9,7}{2} = \frac{18,9}{2} = 9,45 \]
4. 50 mL X 0,1 M = 5 mmol. Titik ekivalen pertama 10 mL NaOH 0,1 M = 1 mmol. Setelah 5 mL NaOH = 0,5 mmol. Ini adalah buffer pada gugus pertama: perbandingan \( \frac{[HA]}{[A^-]} = \frac{1-0,5}{0,5} = 1 \). pH = pKa₁ + log(1) = 2,3.

Soal 13
Histidin (His) memiliki tiga pKa: 1,82; 6,00; dan 9,17. Dalam larutan buffer fosfat pH 7,4, histidin hadir dalam berbagai spesies muatan.

1. Hitung persentase spesies His⁰ (zwitterion) pada pH 7,4. [4]
2. Jika pH diturunkan menjadi 4,0, spesies apa yang dominan? Hitung persentasenya. [4]
3. Dalam elektroforesis pada pH 7,4, ke arah mana histidin bergerak? Jelaskan. [2]
4. Histidin dapat mengikat ion logam Zn²⁺ melalui atom N pada cincin imidazol. Jelaskan mengapa ikatan ini lebih kuat pada pH di atas 6,0. [2]

🔍 Lihat Pembahasan

1. Hitung probabilitas protonasi masing-masing gugus pada pH 7,4:
   \[ \begin{aligned} P_{\alpha\text{-COOH}} &= \frac{1}{1+10^{7,4-1,82}} = \frac{1}{1+10^{5,58}} \approx 0 \\ P_{\text{imidazol}} &= \frac{1}{1+10^{7,4-6,00}} = \frac{1}{1+10^{1,4}} = \frac{1}{1+25,12} \approx 0,0383 \\ P_{\alpha\text{-NH}_3^+} &= \frac{1}{1+10^{7,4-9,17}} = \frac{1}{1+10^{-1,77}} = \frac{1}{1+0,017} \approx 0,983 \end{aligned} \]
   Fraksi zwitterion (His⁰) adalah probabilitas α-COOH deprotonasi, imidazol protonasi, dan α-NH₃⁺ protonasi:
   \[ f_{\text{His}^0} = (1-P_{\alpha\text{-COOH}}) \times P_{\text{imidazol}} \times P_{\alpha\text{-NH}_3^+} \approx 1 \times 0,0383 \times 0,983 \approx 0,0376 \]
   Tampaknya ada kesalahan: yang dihitung di atas adalah spesies dengan imidazol protonasi, padahal zwitterion yang dimaksud adalah His⁰ (muatan 0) yaitu α-COO⁻, imidazol netral (tidak bermuatan, tetapi pada pH 7,4 imidazol sebagian besar terdeprotonasi), dan α-NH₃⁺. Mari koreksi: Fraksi His⁰ adalah (1-Pα-COOH) × (1-Pimidazol) × Pα-NH₃⁺.
   \[ f_{\text{His}^0} = (1-0) \times (1-0,0383) \times 0,983 = 0,9617 \times 0,983 \approx 0,945 \]
   Jadi persentase His⁰ ≈ 94,5%.
2. Pada pH 4,0:
   \[ \begin{aligned} P_{\alpha\text{-COOH}} &= \frac{1}{1+10^{4-1,82}} = \frac{1}{1+10^{2,18}} \approx 0,0066 \\ P_{\text{imidazol}} &= \frac{1}{1+10^{4-6}} = \frac{1}{1+10^{-2}} = \frac{1}{1+0,01} \approx 0,990 \\ P_{\alpha\text{-NH}_3^+} &= \frac{1}{1+10^{4-9,17}} = \frac{1}{1+10^{-5,17}} \approx 1 \end{aligned} \]
   Spesies dominan adalah HisH⁺ (muatan +1), yaitu α-COO⁻, imidazol H⁺, α-NH₃⁺. Fraksi:
   \[ f_{\text{HisH}^+} = (1-P_{\alpha\text{-COOH}}) \times P_{\text{imidazol}} \times P_{\alpha\text{-NH}_3^+} \approx 0,9934 \times 0,990 \times 1 \approx 0,983 \ (98,3\%) \]
3. Pada pH 7,4, muatan netto histidin mendekati 0 (94,5% zwitterion, 5,5% His⁻). Sebagian kecil negatif, sehingga bergerak sangat lambat ke anoda.
4. Pada pH > 6,0, gugus imidazol (pKa=6,0) terdeprotonasi, menyediakan pasangan elektron bebas pada atom N yang lebih mudah mengikat logam Zn²⁺. Pada pH rendah, imidazol terprotonasi sehingga tidak memiliki pasangan elektron bebas.

Sumber data pK_a: Referensi biokimia standar.

🧬 Kalkulator Persen Spesies Asam Amino dan pH
Dirancang oleh Urip.Info

Geser pH → bandingkan persentase muatan

🔬 Asam Amino

⚡ pH (0–14)

pH = 7.0

Memuat data...

🔬 Struktur Molekul

📌 Tempat untuk gambar struktur 2D/3D
(akan ditambahkan kemudian)

Setiap baris mewakili spesies muatan. Progress bar menunjukkan persentase.