PERTUKARAN DAN TRANSPORTASI GAS

Menjelaskan proses respirasi serta senyawa yang dihantar dalam respirasi pada sirkulasi tubuh Menguraikan peran gas yang dibutuhkan tubuh Merunutkan tahap pertukaran gas pada hewan air serta hewan darat Menyebutkan macam- macam organ penyusun sistem respirasi pada hewan Menyebutkan cairan penghantar gas dan cairan intestisium Kompetensi Dasar Indikator :

GAS Ketersediaan oksigen: udara kering 20% O2, 0.04% CO2, sisanya N2 dll. Tekanan parsial : tekanan campuran gas : tekanan total campuran gas dikali dengan persentase gas Mis: tekanan total udara kering di laut 760 mmHg mengandung 21% O2, tekanan parsial oksigen = 159.60 mmHg Tekanan parsial O2 menurun bila uap air bagian dari komponen gas meningkat. Tekanan parsial O2 menurun bila tekanan atmosfir menurun Tekanan parsial menentukan kadar larutan oksigen di udara

Tensi Oksigen yg belum dipakai larut dalam air Laju masuknya molekul dari gas ke dalam cairan sama dengan sebaliknya, maka tercapai keseimbangan Tensi gas Gerakan gas antara cairan-cairan atau cairan-udara kecenderungan gas keluar dari cairan Kuantitas gas atau daya larut Tidak dipengaruhi dengan tensi Dipengaruhi faktor suhu dan kadar garam (Tabel 7.1) Konformer oksigen = regulator oksigen kemampuan penyesuaian metabolisme dan konsumsi oksigen dengan ketersediaannya Co. cacing Annelida Glycera

TAHAP PERTUKARAN GAS Pemindahan gas dari lingkungan ke dalam sistem melalui permukaan membran dengan cara difusi Membran pernapasan: permukaan tipis, basah, permeabel ukuran membran bergantung pada ukuran tubuh, kebutuhan O2 dan lingkungan lamela insang, alveolus paru-paru, kulit katak Laju difusi berbanding terbalik dengan jarak Membran ke seluruh tubuh = transport melalui saluran khusus/pukal

Diagram beberapa jenis alat pernapasan yang terdapat pada hewan Diagram beberapa jenis alat pernapasan yang terdapat pada hewan. Gerakan difusi dipertunjukkan dengan panah yang tebal; gerakan aliran pukal dengan panah putih

Pertukaran gas hewan air Protozoa, Platihelminthes, Rotifera Difusi permukaan tubuh, saluran pencernaan atau rongga badan lainnya terdapat sel bersilium atau berflagelum untuk menggerakkan air Insang Avertebrata Annelida (Polichaeta) = parapodium yang termodifikasi menjadi insang Arthropoda air = insang di sisi lateral ventral tubuh dalam karapas Insang Vertebrata Insang luar (penjuluran keluar) Insang dalam (dalam ruang insang) Operkulum Ruang operkulum

Pertukaran gas hewan darat A. Sistem Trakea Arthropoda darat (Insecta, beberapa Chelicerata, Chilopoda, Diplopoda) Spirakel alat penyaring = mencegah benda-benda penyumbat Taenidia = memperkuat dan tetap membukakan trakea Kantung udara penyuplai O2 yang besar Pada serangga penyelam (pengganti insang) Trakea tranversal dan longitudinal = pipa udara Trakeola ujung yg berhubungan dengan membran plasma sel dekat dengn sel otot (0.07 m) yg banyak mengandung mitokondria

A B. A. Gambar spirakel dengan alat penyaring; B. Organ pernapasan dengan sistem Trakea

B. Paru-paru difusi Avertebrata darat beberapa moluska, Pulmonata mengubah ruang mantel menjadi paru-paru Arachnida (laba-laba), kalajengking Invaginasi permukaan tubuh Bermuara di spirakel yang berlamela/berbuku-buku Dipisahkan dengan batang-batang tempat pergerakan udara

C. Paru-paru Vertebrata

Aves Sistem respirasi unggas. Burung mempunyai kantung udara sebagai tambahan untuk paru-paru. Kontraksi dan relaksasi kantung udara akan memventilasi paru-paru yang memaksa udara mengalir dalam satu arah (panah putih) melalui pipa paralel kecil dalam paru-paru yang disebut parabronki (SEM). Pertukaran gas terjadi melewati dinding parabronki. Selama inhalasi kedua kantung udara mengembang. Kantung posterior akan terisi dengan udara segar (warna terang) dari bagian luar, sementara kantung anterior akan terisi dengan udara lama (warna gelap) dari paru-paru. Selama ekshalasi, kedua kumpulan kantung udara itu mengempis, sehingga memaksa udara dari posterior menuju paru-paru dan udara dari anterior keluar dari sistem itu melalui trakea. Dua siklus inhalasi dan ekshalasi diperlukan supaya uara melewati keseluruhan sistem itu dan keluar dari tubuh unggas

Amphibia Paru-paru perkembangan dasar dari faring Udara dipompa melalui bagian tubuh didekatnya A. nares (glotis menutup)– B. faring (glotis membuka) – C. paru-paru – D. nares Respirasi tambahan dengan kulit pada lingkungan yang lembab atau basah

Mamalia Rongga hidung Koana Faring Laring Naris = lubang hidung Konka = relung rongga hidung Mukosa hidung = reseptor bau, pembuluh darah Koana Faring Laring Epiglotis = penutup laring, terdapat pita suara Trakea Bronkus Bronkiolus alveolus

Pernapasan dengan tekanan negatif Pernapasan dengan tekanan negatif. Mamalia bernapas dengan cara mengubah tekanan udara dalam paru-paru relatif terhadap tekanan atmosfer di lingkungan luar. Selama inhalasi otot rusuk dan diafragma berkontraksi. Volume rongga dada dan paru-paru meningkat ketika diafragma turun tulang rusuk membesar. Tekanan udara menurun di bawah tekanan udara atmosfer. Udara akan mengalir ke dalam paru paru. Ekshalasi otot rusuk dan diafragma relaksasi memulihkan volume rongga dada menjadi seperti semula

Bongkar muat gas respirasi Bongkar muat gas respirasi. Perbedaan tekanan parsial gas dalam ruang alveoli dan dalam udara yang dihirup dan dihembuskan disebabkan karena pertukaran gas dalam paru-paru dan juga karena pencampuran gas alveoli yang terjadi disetiap pernapasan. PO2 di alveoli lebih rendah dari PO2 di udara luar (atm) karena O2 berdifusi ke dalam alveoli dan ke dalam darah dan juga karena udara yang dihirup bercampur dengan gas-gas yang masih ada dalam pipa pernapasan dan ruang alveoli antarpernapasan. Darah yang kembali dari tubuh memiliki PO2 yang rendah dari ruang alveoli. Karena gas berdifusi dari suatu daerah dengan tekanan parsial yang lebih tinggi ke rendah, maka O2 bergerak dari ruang alveolus ke darah dalam kapiler alveoli paru. Sebaliknya, PCO2 terdapat jauh lebih besar dalam darah dibandingkan ruangan alveoli sehingga CO2 bergerak dari darah ke paru-paru. Darah yang meninggalkan paru-paru mempunyai PO2 dan PCO2 yang sama dengan udara dalam ruang alveoli. Ketika darah mencapai kapiler jaringan, PO2 lebih tinggi dari jaringan sehingga O2 masuk dari darah menuju cairan interstisial yang mengelilingi sel jaringan. Setelah pelepasan O2, darah mengikat CO2 dan menuju paru-paru.

CAIRAN PENGHANTAR GAS Pigmen pernapasan pengantar gas 100 ml ± 20 % O2, 30 % CO2 Hemoglobin Globin empat rantai peptida (2 rantai , 2 rantai ) Tiap rantai porfirin mengikat heme (mirip sitokromFe pada transport elektron) Terdapat di sel darah merah (eritrosit) Mencegah tekanan osmosis yang tidak dikehendaki Pada Arenicola polychaeta laut lebih dari 4 rantai = 96 rantai dengan satu heme. Hemosianin Memberi warna biru pada darah Tidak mempunyai porfirin, O2 diikat oleh dua atom Cu (tembaga)

Reaksi gas dalam darah Hb mengikat O2 membentuk oksihemoglobin (HbO2) Satu O2 terikat lemah dengan salah satu dari empat atom besi pada hemoglobin Satu buah eritrosit mengandung 265 juta molekul hemoglobin = 265 juta molekul O2 yang terikat 1. O2 meninggalkan oksihemoglobin karena tekanan parsial O2 rendah dalam jaringan HbO2 Hb + O2

2. Karbondioksida masuk dalam darah karena tekanan parsialnya yang tinggi, bereaksi dengan air untuk membentuk asam karbonat, hidrogen dan ion bikarbonat CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

3. Terdapat banyak oksihemoglobin dalam bentuk garam kalium, KHbO2 3. Terdapat banyak oksihemoglobin dalam bentuk garam kalium, KHbO2. Banyak ion hidrogen mengganti kalium, mengeluarkan oksigen lebih banyak dan membentuk asam hemoglobin, HHb dan kalium bebas KHbO2 + H+ HHb + K+ + O2

4. Banyak ion kalium dalam konsentrasi yang relatif tinggi dalam sel, bersenyawa dengan ion bikarbonat dan membentuk kalium bikarbonat KHCO3 K+ + HCO3- KHCO3 HCO3-

5. ion-ion bikarbonat lain berdifusi ke dalam plasma tempat ion tersebut bersenyawa dengan natrium yang ada dalam konsentrasi yang relatif tinggi di luar sel, dan membentuk bikarbonat natrium, NaHCO3 6. Keseimbangan listrik dipelihara dengan pergeseran ion klorida dari plasma ke eritrosit Na+ + HCO3- NaHCO3 Cl-

Gambar reaksi gas dalam darah 2 3

PENGONTROL PERNAPASAN Syaraf dari pusat kontrol penapasan di medula oblongata otak mengirimkan impuls ke diafragma dan otot rusuk untuk merangsang kontraksi menghirup udara (inhalasi) Neuron inhalasi mengontrol irama tetap dengan 10-14 inhalasi permenit pada saat istirahat Diantara inhalasi, otot berelaksasi sehingga menghembuskan nafas, pusat pengontrol spon memuluskan transisi antara inhalasi dan ekshalasi Sensor medula mengontrol kadar CO2 dalam darah sehingga pH menurun Kadar oksigen yang rendah merangsang kemoreseptor yang berhubungan dengan aorta dan arteri karotid dekat jantung memberi impuls syaraf ke medula untuk meningkatkan laju pernapasan

Bohr shift Konformasi hemoglobin sensitif terhadap berbagai faktor lingkungan, salah satunya keasaman akan menurunkan afinitas hemoglobin terhadap O2 sehingga terjadinya pergeseran ikatan O2 (Bohr shift = pergeseran Bohr). Karena CO2 bereaksi dengan air untuk membentuk asam karbonat, maka jaringan aktif akan menurunkan pH disekelilingya dan menginduksi hemoglobin melepaskan lebih banyak oksigen, sehingga dapat digunakan untuk respirasi seluler

SUMBER PUSTAKA Schmidt-Nielsen, K. 1997. Animal Physiology: Adaptation and Environtment 5th Edition. Cambridge University Press. Hill, R.W & Wyse, GA. 1989. Animal Physiology 2nd Edition. Harper Collin Publisher. Djojosoebagio, S. 1993. Penuntun Praktikum Fisiologi Hewan. Pusat Antar Universitas Ilmu Hayat Institut Pertanian Bogor. Sumarno, U dkk.. 1998. Penuntun Praktikum Fisiologi Hewan. Universitas Pendidikan Indonesia. Campbell, Reece & Mitchel. 2000. Biologi Jilid III. Jakarta: Erlangga. Ville CA, Walker WF & Barnes RD. 1999. Zoologi umum. Nawangsari Sugiri, penterjemah; Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari General Zoology.