bidangkeilmuanfisika.files.wordpress.com file · web viewa. pengertian respirasi. ... bahan...
TRANSCRIPT
SISTEM RESPIRASI
PADA TUMBUHAN DAN HEWAN
Di buat oleh kelompok 3 :
Adi Sutrisno
Bambang Irawan
Dhiya Ratna Sari
Dwi Aprianingsih
Sulastri
Teja Putri Solihan
Illa Ayu Safitri
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
REGULER A
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVRSITAS TANJUNGPURA
PONTIANAK
2012
SISTEM PERNAPASAN PADA TUMBUHAN DAN HEWAN
A. Pengertian respirasi
Respirasi adalah suatu proses pengambilan O2 untuk memecah senyawa-senyawa organik
menjadi CO2, H2O dan energi. Namun demikian respirasi pada hakikatnya adalah reaksi redoks,
dimana substrat dioksidasi menjadi CO2 sedangkan O2 yang diserap sebagai oksidator mengalami
reduksi menjadi H2O, yang disebut substrat respirasi adalah setiap senyawa organik yang
dioksidasikan dalam respirasi atau senyawa-senyawa yang terdapat dalam sel tumbuhan yang
secara relatif banyak jumlahnya dan biasanya direspirasikan menjadi CO2 dan H2O. Sedangkan
metabolit respirasi adalah intermediat-intermediat yang terbentuk dalam reaksi-reaksi respirasi.
B. Respirasi pada Tumbuhan dan Hewan
a) Sistem Pernapasan pada Tumbuhan
Sebagaimana kita ketahui dalam semua aktivitas makhluk hidup memerlukan energi begitu
juga dengan tumbuhan. Respirasi terjadi pada seluruh bagian tubuh tumbuhan, pada tumbuhan
tingkat tinggi respirasi terjadi baik pada akar, batang maupun daun dan secara kimia pada
respirasi aerobik pada karbohidrat (glukosa) adalah kebalikan fotosintesis. Pada respirasi
pembakaran glukosa oleh oksigen akan menghasilkan energi karena semua bagian tumbuhan
tersusun atas jaringan dan jaringan tersusun atas sel, maka respirasi terjadi pada sel (Campbell,
2002).
Pada reaksi respirasi glukosa, dapat dituliskansebagai berikut :
C6H12O6 6CO2 + 6H2O + Energi
Tumbuhan hijau bernapas dengan mengambil
oksigen dari lingkungan, tidak semua tumbuhan bernapas
dengan menggunakan oksigen. Tumbuhan tak berklorofil
benapas tanpa memerlukan oksigen. Tujuan proses
pernapasan yaitu untuk memperoleh energi. Pada
peristiwa bernapas terjadi pelepasan energi. Tumbuhan
yang bernapas secara anaeraob mendapatkan energi
dengan car menguraikan bahan – bahan tertentu dimana
mereka hidup. Dalam proses pernapasan aerob / anaerab
akan dihasilkan gas karbon dioksida dan uap air. Gas dan uap air tersebut dikeluarkan dari tubuh.
Oksigen diperlukan dan karbon dioksida yang dihasilkan masuk dan keluar dari tubuh secara
difusi. Gas – gas tersebut masuk dan keluar melalui stomata yang ada pada permukaan daun dan
inti sel yang ditemukan pada kulit batang pegangan. Akar yang berada dalam tanah juga dapat
melakukan proses keluar msuknya gas. Tumbuhan yang hidup di daerah rawa/berlumpur
mempunyai akar yang mencuat keluar deari tanah. Akar ini disebut akar panas. Kandungan
katalis disebut juga enzim, enzim sangat penting untuk siklus reaksi respirasi (sebaik-baiknya
proses respirasi). Beberapa reaksi kimia membolehkan mencampur dengan fungsi dari enzim
atau mengkombinasikan sisi aktifnya. Penggunaan ini akan dapat dilihat hasilnya pada inhibitor
dari aktivitas enzim (Kimball, 1983).
Mahluk hidup memerlukan respirasi untuk mempertahankan hidupnya, begitu pula pada
tumbuhan. Respirasi pada tumbuhan menyangkut proses pembebasan energi kimiawi menjadi
energi yang diperlukan untuk aktivitas hidup tumbuhan. Pada siang hari, laju proses fotosintesis
yang dilakukan tumbuhan sepuluh kali lebih besar dari laju respirasi. Hal itu menyebabkan
seluruh karbondioksida yang dihasilkan dari respirasi akan digunakan untuk melakukan proses
fotosintesis. Respirasi yang dilakukan tumbuhan menggunakan sebagian oksigen yang dihasilkan
dari proses fotosintesis, sisanya akan berdifusi ke udara melalui daun. Reaksi penguraian glukosa
sampai menjadi H2O, CO2 dan energi melalui tiga tahap, yaitu glikolisis, daur Krebs, dan
transpor elektron respirasi.
Glikolisis merupakan peristiwa perubahan glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat, 2
molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi dan 2 molekul ATP
untuk setiap molekul glukosa. Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan
penguraian asam piruvat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Reaksi ini terjadi
disertai dengan rantai transportasi elektron respiratori. Produk sampingan respirasi tersebut pada
akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan. Respirasi banyak memberikan
manfaat bagi tumbuhan. Proses respirasi ini menghasilkan senyawa-senyawa yang penting
sebagai pembentuk tubuh. Senyawa-senyawa tersebut meliputi asam amino untuk protein,
nukleotida untuk asam nukleat, dan karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan sitokrom),
lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid seperti antosianin, dan senyawa aromatik tertentu
lainnya, seperti lignin. Sedangkan energi yang ditangkap dari proses oksidasi dalam proses
respirasi dapat digunakan untuk mensintesis molekul lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.
Pernafasan pada tumbuhan tingkat tinggi berlangsung secara aerob, pada pernafasan ini
terjadi proses pembebasan energi dari sari makanan di dalam sel tubuh melalui proses oksidasi
biologis, Oksidasi biologis adalah suatu reaksi antara sari makanan dengan oksigen yang
menghasilkan karbon dioksida (CO2), air (H2O) dan energi. Reaksikiia ini merupakan reaksi
enzimatis, enzim berperan sebagai katalisator (pemercepat proses reaksi).
Energi yang dihasilkan dari pernapasan digunakan oleh tumbuhan untuk melakukan
berbagai kegiatan hidupnya, misalnya untuk pertumbuhan dan melakukan kegiatan didalam
hidupnya misalnya untuk pertumbuhan pembentukan protein, mengangkut mineral didalam tanah
melakukan kembang biak serta melakukan proses fotosintesis.
Respirasi pada tumbuhan dapat dibedakan menjadi dua yaitu aerob dan anaerob,
pernafasan aerob memerlukan oksigen O2, sedangkan pernafasan anaerob tiidak memerlukan
oksigen, untuk pernafasan anaerob dibedakan menjadi obligatif dan fakultatif, pernafasan
anaerob obligatif mutlak memerlukan oksigen sedangkan anaerob fakultatif dapat berlangsung
tanpa atau dengan oksigen.
1. Pernafasan tumbuhan tingkat tinggi
Pernafasan pada tumbuhan tingkat tinggi berlangsung secara aerob. Pada pernapasan ini
terjadi proses pembebasan energi dari sari makanan di dalam sel tubuh melalui proses oksidasi
biologis, Oksidasi biologis adalah suatu reaksi antara sari makanan dengan oksigen yang
menghasilkan karbon dioksida (CO2), air (H2O) dan energi. Reaksikiia ini merupakan reaksi
enzimatis, enzim berperan sebagai katalisator ( pemercepat proses reaksi ).
Energi yang dihasilkan dari Respirasi digunakan oleh tumbuhan untuk melakukan
berbagai kegiatan hidupnya, misalnya untuk pertumbuhan dan melakukan kegiatan di dalam
hidupnya, misalnya untuk pertumbuhan, pembentukan protein mengangkut mineral dari dalam
tanah, berkembang biak, serta melakukan proses fotosintesis.
2. Pernafasan pada tumbuhan tingkat rendah
Pernafasan pada tumbuhan tingkat rendah ada yang aaerob dan ada yang anaerob.
Pernafasan anaerob disebut juga dengan fermentasi ( proses pengubahan senyawa utama menjadi
senyawa bentuk lain dengan bantuan enzim) , misalnya proses pembentukan alkohol dari glukosa
denganbantuan jamur ragi ( Saccharomyces ).
Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, respirasi dapat dibedakan menjadi dua macam
yaitu :
a. Respirasi Aerobik (Aerob)
Respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen oksigen bebas untuk mendapatkan
energi. Persamaan reaksi proses respirasi aerob secara sederhana dapat dituliskan : C6H12O6 +
6H2O –>>6H2O + 6CO2 + 675 kal. Dalam kenyataan reaksi yang terjadi tidak sesederhana itu
banyak tahapan yang terjadi dari awal hingga terbentuknya energi. Reaksi-reaksi itu dapat
dibedakan menjadi 3 tahapan yaitu glikolosis, siklus krebs dan transport elektron (syamsuri,
1980).
1) Glikolisis
Kata “glikolisis” berarti “menguraikan gula” dan itulah yang tepatnya terjadi selama jalur
ini. Glukosa, gula berkarbon enam, diuraikan menjadi dua gula berkarbon tiga. Gula yang lebih
kecil ini kemudian dioksidasi, dan atom sisanya disusun ulang untuk membuat dua molekul
piruvat (Champbell, 2002) NADH merupakan sumber elektron berenergi tinggi, sedangkan ATP
adalah persenyawaan berenergi tinggi. Selama glikolisis dihasilkan 4 molekul ATP, akan tetapic
2 molekul ATP diantaranya digunakan kembali untuk berlangsungnya reaksi-reaksi yang lain
sehingga tersisa 2 molekul ATP yang siap digunakan untuk tubuh. Seluruh proses glikolisis tidak
memerlukan oksigen. Reaksi glikolisis terjadi di sitoplasma (di luar mitokondria). Hasil akhir
sebelum memasuki siklus krebs adalah asam piruvat. Ada yang membedakan tahap ini menjadi
dua yaitu glikolisis dan dekarbosilasi oksidatif. Glikolisis mengubah senyawa 6C menjadi
senyawa 2C pada hasil akhir glikolisis. Yang dimaksud dekarbosilasi oksidatif adalah reaksi
asam piruvat diubah menjadi asetil KoA (syamsuri, 1980).
2) Siklus krebs
Glikolisis melepas energi kurang dari seperempat energi kimiawi yang tersimpan dalam
glukosa, sebagian besar energi itu tetap tersimpan dalam dua molekul piruvet. Jika ada oksigen
molekuler, piruvat itu memasuki mitokondria dimana enzim siklus krebs menyempurnakan
oksidasi bahan bakar organiknya (Champbell, 2002) Memasuki siklus krebs, asetil KoA
direaksikan dengan asam oksaloasetat (4C) menjadi asam piruvat (6C). selanjutnya asam
oksaloasetat memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya menjadi asam
oksalosuksinat. Dalam perjalanannya, 1C (CO2) dilepaskan. Pada tiap tahapan, dilepaskan energi
dalam bentuk ATP dan hidrogen. ATP yang dihasilkan langsung dapat digunakan. Sebaliknya,
hidrogen berenergi digabungkan dengan penerima hidrogen yaitu NAD dan FAD, untuk dibawa
ke sistem transport elektron. Dalam tahap ini dilepaskan energi, dan hidrogen direasikan dengan
oksigen membentuk air. Seluruh reaksi siklus krebs berlangsung dengan memerlukan oksigen
bebas (aerob). Siklus krebs berlangsung didalam mitokondria (Syamsuri, 1980).
3) Sistem Transpor Elektron
Energi yang terbentuk dari peristiwa glikolisis dan siklus krebs ada dua macam. Pertama
dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi, yaitu ATP atau GTP (Guanin Tripospat). Energi ini
merupakan energi siap pakai yang langsung dapat digunakan. Kedua dalam bentuk transport
elektron, yaitu NADH (Nikotin Adenin Dinokleutida) dan FAD (Flafin adenine dinukleotida)
dalam bentuk FADH2. Kedua macam sumber elektron ini dibawa kesistem transfer elektron.
Proses transfer elektron ini sangat komplek, pada dasarnya elektron dan H+ dan NADH dan
FADH2 dibawa dari satu substrak ke substrak yang lain secara berantai. Setiap kali dipindahkan,
energi yang terlepas digunakan untuk mengikatkan fosfat anorganik (P) kemolekul ADP
sehingga terbentuk ATP. Pada bagian akhir terdapat oksigen sebagai penerima, sehingga
terbentuklah H2O. katabolisme 1 glukosa melalui respirasi aerobik menghasilkan 3 ATP. Setiap
reaksi pada glikolisis, siklus krebs dan transport elektron dihasilkan senyawa – senyawa antara.
Senyawa itu digunakan bahan dasar anabolisme (Syamsuri, 1980).
b) Respirasi Anaerobik (Anaerob)
Respirasi anaerobik adalah reaksi pemecahan karbohidrat untuk mendapatkan energi
tanpa menggunakan oksigen. Respirasi anaerobik menggunakan senyawa tertentu misalnya asam
fosfoenol piruvat atau asetal dehida, sehingga pengikat hidrogen dan membentuk asam laktat
atau alkohol. Respirasi anaerobik terjadi pada jaringan yang kekurangan oksigen, akan tumbuhan
yang terendam air, biji – biji yang kulit tebal yang sulit ditembus oksigen, sel – sel ragi dan
bakteri anaerobik. Bahan baku respirasi anaerobik pada peragian adalah glukosa. Selain glukosa,
bahan baku seperti fruktosa, galaktosa dan malosa juga dapat diubah menjadi alkohol. Hasil
akhirnya adalah alkohol, karbon dioksida dan energi. Glukosa tidak terurai lengkap menjadi air
dan karbondioksida, energi yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan respirasi aerobik.
Reaksinya:
C6H12O6 Ragi >> 2C2H5OH + 2CO2 + 21 Kal
Dari persamaan reaksi tersebut terlihat bahwa oksigen tidak diperlukan. Bahkan bakteri
anaerobik seperti klostidrium tetani (penyebab tetanus) tidak dapat hidup jika berhubungan
dengan udara bebas. Infeksi tetanus dapat terjadi jika luka tertutup sehingga memberi
kemungkinan bakteri tambah subur (Syamsuri, 1980).
Seperti dijelaskan sebelumnya, proses respirasi diawali
dengan proses pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida
melalui alat pernapasan. Alat pernapasan tumbuhan letaknya
tersebar. Tumbuhan dapat melakukan pertukaran gas melalui
stomata, lenti sel, dan rambut akar. Pada tumbuhan tertentu,
pernapasan melalui alat khusus, misalnya akar napas pada
tumbuhan bakau maupun beringin. Berikut ini akan dijelaskan
alat-alat pernapasan tumbuhan.
1. Stomata
Stomata atau mulut daun terdiri atas celah atau lubang yang dikelilingi oleh dua sel
penjaga dan terletak di daun. Stomata berfungsi sebagai tempat pertukaran gas pada tumbuhan,
sedangkan sel penjaga berfungsi untuk mengatur, membuka dan menutupnya stomata.
Stomata tumbuhan pada umumnya membuka pada saat matahari terbit dan menutup saat
hari gelap. Membuka dan menutupnya stomata dipengaruhi oleh kandungan air dan ion kalium di
dalam sel penjaga. Ketika sel penjaga memiliki banyak ion kalium, air dari sel tetangga akan
masuk ke dalam sel penjaga secara osmosis. Akibatnya, dinding sel penjaga yang berhadapan
dengan celah stomata akan tertarik ke belakang, sehingga stomata menjadi terbuka. Sebaliknya,
ketika ion
kalium keluar
dari sel
penjaga, air dari sel penjaga akan berpindah secara osmosis ke sel tetangga. Akibatnya, sel
tetangga mengembang dan mendorong sel penjaga ke arah celah sehingga stomata menutup.
Perhatikan gambar dibawah ini :
Gamabar : Membuka dan menutupnya stomata diatur oleh sel penjaga (guard cell) ; stoma
membuka (kiri), stoma menutup (kanan). (Sumber : Campbell et al. 1999)
2. Lentisel
Pada tumbuhan dikotil, selain kambium intervasikuler yang membentuk xilem dan floem
sekunder, ada juga kambium gabus yang menghasilkan parenkima gabus dan lapisan gabus.
Lapisan gabus akan menggantikan epidermis. Lapisan gabus terdiri atas sel-sel mati dan
membantu melindungi batang. Kambium gabus, parenkima gabus, dan lapisan gabus akan
mengelupas dan lepas sebagai bagian kulit. Akibatnya, timbul lubang-lubang di batang yang
disebut lentisel. Lentisel memungkinkan sel-sel tetap hidup di dalam batang melalui pertukaran
gas dengan udara luar.
Gamabar : Lentisel (Sumber: http://www.biyolojiegitim.yyu.edu.tr)
3. Rambut Akar
Selain untuk menghisap air dan garam-garam mineral, rambut akar berfungsi sebagai alat
pernapasan. Sel-sel rambut akar akan mengambil oksigen pada pori-pori tanah.
Gamabar : Rambut Akar
4. Alat Pernapasan Khusus
Kemampuan tumbuhan
beradaptasi terhadap lingkungan menghasilkan alat pernapasan khusus. Tumbuhan bakau yang
hidup di lingkungan air laut mempunyai akar yang tumbuh ke atas permukaan tanah untuk
memperoleh oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida. Akar tersebut disebut akar napas.
Pohon beringin dan anggrek mempunyai akar gantung untuk bernapas. Akar tersebut
tumbuh dari batang dan menggantung kearah tanah. Pada saat masih menggantung, akar ini
menyerap uap air dan gas dari udara. Akan tetapi setelah masuk ke tanah, akar tersebut berfungsi
menyerap air dan garam mineral. Tumbuhan yang hidup di air seperti enceng gondok dan
kangkung, batangnya mempunyai rongga-rongga udara yang besar berfungsi untuk menyalurkan
oksigen.
Gamabar : (a) akar pohon bakau (b) akar pohon beringin
Pertukaran Gas
Pertukaran gas antara tumbuhan dan lingkungannya merupakan bagian yang penting
dalam respirasi. Pertukaran gas secara keseluruhan berlangsung secara difusi. Difusi merupakan
perpindahan zat dari larutan pekat ke larutan encer. Oksigen akan masuk ke dalam sel tumbuhan
secara difusi melalui ruang antar sel, dinding sel, membran sel, dan akhirnya masuk ke dalam
sel. Begitu juga dengan karbondioksida, yang akan berdifusi ke luar sel dan masuk ke ruang
antar sel. Transpor oksigen dan karbon dioksida antara ruang antar sel dengan lingkungan luar
juga berlangsung secara difusi.
o Proses Respirasi
Respirasi merupakan proses penguraian senyawa organik menjadi air dan karbondioksida
untuk memperoleh energi dengan bantuan oksigen. Senyawa organik merupakan bahan bakar
respirasi untuk menghasilkan ATP, sedangkan produk limbah respirasi seperti karbon dioksida
dan air, merupakan bahan yang digunakan kloroplas sebagai bahan mentah untuk fotosintesis.
Lihat Gambar 6. Energi (ATP) yang diperoleh dari proses respirasi, akan digunakan untuk
aktifitas metabolisme tubuh tumbuhan. Proses keseluruhan dapat dirangkum sebagai berikut:
Senyawa organik + oksigen –> karbon dioksida + air + energy
Gambar : Hubungan antara proses fotosintesis dengan proses respirasi pada tumbuhan (Sumber:
Campbell, et all, 2006)
Glukosa, lemak, dan protein dapat diproses dan digunakan sebagai bahan respirasi. Jika
glukosa (C6H12O6) yang digunakan sebagai bahan respirasi maka reaksinya dapat ditulis sebagai
berikut:
C6H12O6 6CO2 + 6H2O + Energi
Sebagian besar dari energi (kira-kira 2.870 KJ atau 686 kcal mol-1 glukosa) yang
disebabkan selama respirasi adalah panas (kalor ). Jika suhu rendah, panas tersebut dapat
memicu metabolisme dan menguntungkan pertumbuhan beberapa spesies tumbuhan, tetapi
biasanya panas itu hanya dipindahkan ke atmosfir atau ke tanah dengan tidak berakibat apa pun
bagi tumbuhan. Jauh lebih penting dari panas adalah energy yang tersimpan dalam ATP, karena
energy itu dapat digunakan kelak dalam banyak proses hidup penting, seperti tumbuh dan
akumulasi ion.
Ringkasan reaksi respirasi tersebut di atas menyesatkan, karena respirasi tidak hanya terdiri
atas satu reaksi. Repirasi terdiri atas 50 atau lebih reaksi, masing-masing dikatalisi oleh enzim
yang berbeda. Respirasi adalah suatu oksidasi yang berlangsung dalam medium air, dan pada pH
mendekati netral. Penguraian molekul-molekul besar setahap demi setahap memberikan suatu
cara untuk mengubah energi ATP. Pada waktu penguraian berlangsung, karbon antara untuk
sintesis sejumlah produk tumbuhan yang penting. Temasuk di sini anatara lain asam amino untuk
protei, nukleotida untuk asam nukleat dan precursor karbon untuk pigmen profirin (seperti
klorofil dan sitokrom) serta untuk lemak terol, karotenoid antosianin dan beberapa senyawa
aromatik yang lain. Pada waktu senyawa-senyawa tersebut dibentuk, perubahan subtrat asal
respirasi menjasi CO2 dan H2O tidak lengkap. Biasanya hanya beberapa subtrat respirasi yang
dioksidasi sempurn menjadi CO2 dan H2O ( proses kata bolisme ), sedangkan sisanya digunakan
dalam proses sintesis ( anabolisme ) terutama dalam sel-sel yang sedang tumbuh. Energi yang di
tangkap selama oksidasi dapat digunakan untuk sintesis molekul-molekul besar yang diperlukan
untuk pertumbuhan. Pada waktu tumbuhan sedang tumbuh, laju respirasi meningkat karena
diperlukan pertumbuhan, tetapi beberapa senyawa yang digunakan dipindahkan ke reaksi sintesis
dan tidak pernah timbul sebagai CO2. Atom-atom karbo dalam senyawa yang direspirasi akan
diubag menjadi CO2 atau suatu molekul besar seperti tersebut di atas bergantung pada macam sel
yang terlibat, posisi sel dalam tumbhan dan kecepatan pertumbuhan tumbuhan itu.
1. Substrat untuk Respirasi
Subtrat untuk respirasi setiap bahan organik tumbuhan yang teroksidai sebagian (menjadi
senyawa teroksidasi) atau teroksidasi sempurna (menjadi CO2 dan H2O) dalam metabolism
repiratoris. Karbohidrat merupakan subtrat utama respirasi dalam sel-sel tumbuhan tinggi.
Subtrat untuk respirasi yang paling penting di antara karbohidrat adalah sukrosa dan pati.
Sukrosa ( suatu disakarida yang terdiri atas glukosa dan fruktosa ) dan pati (polimer dari
glukosa) adalah bentuk karbohidrat yang disimpan dalam sel tumbuhan. Sukrosa, fruktosa, dan
glukosa merupaka gula dapat larut utama dalam sel tumbuhan. Di dalam sel-sel tumbuhan
perubahan antara glukosa, fruktosa, sukrosa dan pati dilakasanakan melalu transformasi yang
dikatalisi enzim dari derivat-derivat karbohidrat terfosforilasi tersebut.
Gambar B.a.1. Dari keempat senyawa ini, glukosa biasanya dianggap sebagai titik awal
untuk metabolism karbohidrat.
Dalam beberapa jaringan tumbuhan, selain karbohidrat, senyawa lain kadang-kadang
dapat berperan sebagai subtrat respirasi. Biji-biji tertentu, misalnya biji jarak mengandung lemak
sebagai bahan cadangan yang terdapat dalam jaringan endosperem yag mengelilingi embrio.
Selama beberapa hari pertama perkecambahan , lemak-lemak diubah terutama menjadi sukrosa
yang selajutnya diserap dan direspirasikan oleh embrio yang sedang tumbuh. Jadi metabolisme
respirasi dalam endosperem dari biji-biji mengandung lemak yang sedang berkecambah itu
terutama dari peguraian lemak menjadi CO2 dan H2O.
Pada keadan tertentu dalam bebrapa jaringan asam organik dapat digunakan sebagai
subtrat untuk respirasi. Misalnya, asam organik berkabon-empat yaitu asam amalat ditambu
dalam daun tumbuhan sukulen yang termasuk family Crassulaceae dan family lain selama malam
hari. Asam glikolat, asam organic berkarbon-dua, juga digunakan sebagai subtract respirasi,
asam glikolt dihasilkan dalam daun yang disinari sebagia besar tumbuhan tiggi.
Protein jarang direspirasi kecuali dalam keadaan tertentu. Dalam daun yang dipetik ,
misalnya penguraian protein berlangsung bersama-sama dengan penguraian karbohidrat. Protein
juga berperan sebagai subtrat respirasi selama tahap awal perkecambahan biji yang mengandung
protein sebagai cadangan makan.
2. Garis Besar Metabolisme dari Respirasi
Proses utama respirasi adalah mobilita senyawa organik dan oksidasi senyawa-senyawa
tersebut secara terkendali untuk membebaskan energi dari bagi pemelihara dan perkembangan
tumbuhan. Perhatikan reaksi keseluruhan dari oksidasi satu molekul heksosa berikut ini :
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + Energi
Reaksi respirasi (Oksidasi Biologis) suatu karbohidrat, misalnya glukosa berlangsung
dalam empat tahapan yaitu :
I. Glikolisis, merupakan serangkaian reaksi yang menguraikan satu molekul glukosa
menjadi dua molekul asam pirufat.
II. Dekarboksilasi oksidasi piruvat. Asam piruvat yaitu senyawa 3C diubah menjadi
senyawa 2C (asetil-SKoA) denganmelepaskan CO2.
III. Daur sitrit. Senyawa 2C yang dihasilkan dari tahap Dekarboksilasi oksidasi piruvat
diuraiakn menjadi CO2. Daur ini lebih dikenal dengan nama daur krebs. Daur ini juga
dinamakan daur asam sitrat kareana senyawa C6 yang pertama kali dibentuk dalam daur
ini adalah asam sitrat.
IV. Oksidasi terminal dalam rantai rspiratoris. Hydrogen yang dihasilkan oleh subtrat pada
tahap Glikolisis hingga Daur sitrit akhirnya berkombinasi dengan air. Agar hal ini dapat
berlangsung, terjadi suatu angkutan hidrogen sepanjang suatu rantai system redoks, yaitu
melalaui suatu system angkutan/transport electron. Energy yang dibebaskan oleh
angkutan electron ini digunakan untuk pembentukan ATP.
ATP Fruktosa-6-fosfat ADP ADPGlukosa 2 1 3
Glukosa-6-fosfat ATP
7 8 Fruktosa
Glokosa-1-fosfat Pati 6
iP 5
UTP PiP UDPG 4
UDP
SukrosaGambar B.a.1 : Gambaran secara diagram beberapa reaksi metabolik yang mengikut sertakan
Glukosa, fruktosa, sukrusa dan pati ; ditunjukan bahwa keempat senyawa
tersebut dapat saling dikoversikan dalam sel tumbuhan.
Keterangan :
iP asam fosfat ( H3PO4 )
PiP asam pirofosfat ( H4P2O7 )
UDP uridin difosfat
UTP uridin trifosfat
UDPG uridin difosfatglukosa
ADP adenosine difosfat
Enzim yang digunakan :
1. Glukokinase 2. Fosfoheksosa isomerase
3. Fruktokinase
4. UDPG-fruktosa-
transglikosilase
5. UTP-glukos-1-fosfat-
uridiltransferase
6. Pati fosforilase
7. Α-amilase, β-amilase dan
maltase
8. Fosfoglukomut
3. Oksidase selain Sitokrom Oksidase
Oksidase adalah enzim yang mengkatalisis transfer elektron dari subtrat ke O2.
Sedangkan sitokrom oksidase adalah enzim mitokondria yang mengakhiri rantai respirator.
Melalui sitokrom oksidase, electron dipindahan dari subtract respirasi tertentu (misalnnya
NADH2) ke O2 yang tereduksi menjadi air. Selain sitokrom oksidase, oksidase juga berperan
penting dalam pengambilan O2 oleh sel-sel tumbuhan. Berikut ini beberapa bentuk oksidase :
1) Asam glikolat oksidase
Peroksisom daun hijau mengandung oksidase yang mempunyai flavin yaitu asam
glikolat oksidase yang berfungsi untuk ereduksi O2 menjadi hydrogen peroksida (H2O2). H2O2
yang dihasilkan selanjutnya diuraikan oleh reaksi yang diktalisis oleh enzim katalase yang
terdapat dalam semua sel tumbuhan menjadi H2O dan O2.
2H2O2 2H2O + O2
2) Flavin Oksidase
Oksidase mengandung flavi lain yang disebut flavin oksidase beberapa dalam penguraian
secara oksidase asam lemak dalam jaringan kecambahan tertentu. Enzim ini terdapat dalam
organel disebut glioksisom. Koenzim untuk flavin oksidase adalah flavin-adenin dinukleotida.
H2O2 yang dihasilkan oleh reaksi ini diuraiakan oleh katalase menjadi H2O dan O2.
3) Fenolase ( Difenol oksidae )
Perubahan warna menjadi coklat atau hitam yang terbentuk dalam beberapa jaringan tak
lama setelah kerusakan karena diiris, dipotong atau lainnya adalah hasil aktivitas oksidase yang
mengandung tembaga yang disebut difenol oksidase atau fenoase. Contoh reaksi coklatnya
jaringan anatara lain kulit dan daging buah pisang dan sayuran seperti ekntang, terong dan apel.
Oksidase suatu o-dihidroksifenol ( misalnya asam klorogenat ) oleh O2 ( yaitu aktifitas fenolase )
menghasilkan o-kinon yang sesuai. Kinon ini sangat reaktif dan berkondensasi dengan asam
amino dan protein yang terdapat dalam jaringan tumbuhan, menghsilkan polimer kompleks
berwarna coklat.
4) Asam askorbat oksidase
Asam askorbat oksidase adalah enzim yang mengandung tembaga yang telah diekstraksi
dari beberapa jaringan tumbuhan. Didasarka dari sebuah penemuan bahwa suatu campuran yang
mengandung asam askorbat, sistin, sediaan enzim asam askorbat oksidase, asam dehidroaskorbat
dan sistin reduktase mampu mengoksidase NADH2.
5) IAA ( Asam Indol asetat) Oksidase
Jaringn tumbuhan mengandung enzim enzim yang mampu mengoksidasi IAA. Enzim ini
bukan suatu oksidase asli sebaliknya IAA oksidase termasuk kelompok enzim peroksidase.
Peroksidase mengkatalisis oksidasi sebagai berikut :
AH2 + H2O2 A + 2H2O
4. Reaksi karboksilasi
Reaksi karboksilasi yang mengubah asam karbon-tiga dari jalur glikolisis menjadi asam
berkarbon-empat dari daur krebs merupakan reaksi anaplerotik yang penting. Satu jalur
anaplerotik lain yang penting adalah daur glioksilat satu daur yang mampu mengubah satu
molekul sitrat dan asatu molekul asetil-KoA menjadi dua molekul oksaloasetat. Tetapi,
karboksilsi ini mempunyai sejumlah fungsi lain dalam tumbuhan termasuk sinstesis senyawa
antara dalam jaringan embrio atau jaringan yang tidak mempunyai mekanisme dalam
menambat/mengikat CO2 untuk fotosintesis.
5. Kontrol dari Respirasi
Respirasi adalah suatu proses eksergonik (eksotermik) yaitu melepaskan energi.
Jadi jika tidak dikontrol, respirasi akan berjalan dengan kecepatan tinggi secara
berkesinambungan hingga semua persedian subtract habis. Sebenarnya sejumlah
pengontrolan berkerja pada berbagai fase metabolisme sel. Dibawah ini terdapal beberapa
kontrol dari respirasi :
1) Efek Pasteur
Metabolisme ragi dapat dipengaruhi olek oksigen ; oksigen rendah fermentasi
sedangkan oksigen tinggi menghambat fermentasi dan memacu respirasi oksidasi dan
juga meningkatkan penggunaan karbon dari gula untuk reaksi sintesis. Oksigen berperan
dalam pengaturan ratio ATP/ADP. Jika oksigen tidak terdapat, metabolism tidak dapat
berlangsung dan jalur utama sintesis ATP berhenti. Metabolisme sel akan dilanjutkan
dengan menggunakan ATP yang masih ada dan sejumlah ADP dan iP dihasilkan yang
meransang fermentasi. Jika oksigen tidak ada, daur krebs tidak dapat berlangsung
sehingga senyawa antara daur krebs tidak tersedia untuk reaksi sintesis. Piruvat juga tidak
terdapat karena piruvat direduksi menjadi laktat atau etanol yang diperlukan untuk
reoksidasi NADH2. Selain itu, bannyak reaksi sintesis yang menggunakan senyawa antara
memerlukan metabolism oksidasi. Karena itu pada kondisi anaerob sedikit atau tidak ada
karbon gula yang dialihkan ke sintesi seluler, sedangkan adanya oksigen memungkinkan
terjadinya reaksi tersebut.
2) Kontrol umpan balik dan alosterik
Efek alosterik terjadi jika suatu molekul kecil yang sering tidak berkaitan langsung
dengan reaksi akan meningkatkan atau menghambat reaksi enzim yang khas dengan
berkombinasi dengan tempat sekunder atau alosterik dari enzim. Mekanisme umpan balik
melibatkan penghambatan atau pemacu (jarang terjadi) suatu atau reaksi oleh satu hasil akhirnya
yang sering merupakan hasil efek alosterik. Biasanya reaksi permulaan dan belakangan dalam
satu jalur metabolism sangat eksotermik, artinya reaksi-reaksi itu mempunyai perubahan energi
bebas yang sangat negatif dan karena itu hampir tidak dapat dibalik. Ini mencegah penimbunan
subtrat atau senyawa antara dan enzim-enzim yang dimaksud disebut pemacu gerak
(pacemakers). Pemacu gerak merupakan tempat yang jelas memerlukan pengaturan, seperti
halnya enzim-enzi yang menengahi reaksi pada tempat percabangan utama dalam suatau rantai
metabolisme.
3) Kontrol kofaktor
Reaksi-reaksi respirasi yang penting dikontrol oleh prekursor-hasil melalui perbandingan
NADH2/NAD dan ATP/ADP. Glikolisis dan fermentasi diatur oleh keperluan sel akan ATP dan
NADH2. Reaksi-reaksi reduksi dari fermentasi (piruvat laktat etanol ) diatur oleh
keperluan mutlak akan NAD yang tidak dapat dibentuk dari NADH2 melalui rantai angkutan
elektron tanpa adanya oksigen.
4) Reaksi-reaksi cabang
Laju respirasi dipengaruhi oleh keperluan sel akan senyawa-aenyawa antara
sintesis.
Penggunaan senyawa antara akan mempengaruhi reaksi respirasi yang membentuknya dan
meningkatkan laju kesluruhan respirasi. Karena metabolisme selanjutnya dari senyawa antara
yang diambil tersebut juga memerlukan ATP atau kofaktor tereduksi (misalnya sintesis asam
amaino dan protein) maka peningkatan lebih lanjut dari laju respirasi akan terjadi.
6. Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi
a. Subtrat
Respirasi bergantung pada tersedianya subtrat, dan tumbuhan dengan pesediaan
pati,
fruktan dan gula yang rendah, laju respirasinya juga rendah. Tumbuhan yang kekeurangan gula,
jika diberi gula sering nyatanya menunjukan kenaikan respirasi. Daun-daun yang terlindung dan
yang terdapat di bagian yang lebih bawah biasanya respirasinya lebih rendah dari pada daun
yang terdapat di bagian lebih atas yang terdedah pada tingkat cahaya lebih tinggi. Jika
kekurangan bahan untuk respirasi sangat ekstensif maka protein pun dapat dioksidasi.
b. Suhu
Respirasi seperti juga proses-proses reaksi ezimatis yang lain dipengaruhi oleh suhu.
Didalam batas-batas tertentu laju reaksi enzim kira-kira meningkat dua kali untuk setiap
kenaikan suhu 100C. Pada waktu suhu naik di atas350C trjadi penurunan respirasi karena enzim-
enzim yang diperlukan mulai mengalami denaturasi.
c. Oksigen
Suplai O2 mempengaruhi respirasi, tetap pengaruhnya sangat berbeda untuk spesies
tumbuhan yang berbeda dan malahan berbeda untuk organ-organ yang berbeda dalam tumbuhan
yang sama. Dalam jaringan yang lebih tebal dengan perbadingan permukaan/volume rendah,
difungsi O2 dari udara ke sitokrom oksidase dalam sel-sel di sebelah dalam diperlambat sehingga
laju respirasi rendah.
d. Umur dan tipe jaringan
Respirasi jarigan muda lebih tiggi dari jaringan muda lebih tinggi jaringan tua, jaringan
yang berkembang melakukan respirasi lebih tinggi dari jaringan dewasa. Misalnya laju respirasi
kecambah biasanya meningkat cepat selama perkecambahan hingga mencapai suatu puncak pada
periode pertumbuhan kecambah yang paling cepat kemudian menurun setelah jaringan dewasa.
e. Karbon dioksida
Sebagai hasil akhir reaksi, konsentrasi yang tinggi dari karbon dioksida diperkirakan akan
menghambat respirasi. Konsentrasi karbon dioksida yang tinggi menyebabkan stomata menutup.
Karbon dioksida berpengaruh menghambat pada suksinat dehidrogenase tetapi ini hanya akan
mempengaruhi respirasi aerop yang mungkin tidak begitu penting pada awal perkecambahan.
f. Garam-garam
Jika akar menyerap garam, laju respirasi meningkat. Hal ini dikaitkan dengan energi
yang dikeluarkan pada saat garam/ion diserap. Fenomena ini disebut respirasi garam.
g. Luka dan stimulasi
Stimulasi mekanis pada jaringan daun menyebabkan
respirasi naik untuk sementara,
biasanya beberapa menit hingga satu jam.
b) Sistem Pernapasan pada Hewan
Alat respirasi adalah alat atau bagian tubuh
tempat O2 dapat berdifusi masuk dan sebaliknya CO2
dapat berdifusi keluar. Alat respirasi pada hewan
bervariasi antara hewan yang satu dengan hewan yang
lain, ada yang berupa paru-paru, insang, kulit, trakea,
dan paru-paru buku, bahkan ada beberapa organisme yang belum mempunyai alat khusus
sehingga oksigen berdifusi langsung dari lingkungan ke dalam tubuh, contohnya pada
hewan bersel satu, porifera, dan coelenterata. Pada ketiga hewan ini oksigen berdifusi
dari lingkungan melalui rongga tubuh.
1) Sistem Penapasan pada vertebrata
1. Burung
Burung mempunyai saluran pernapasan yang
terdiri atas lubang hidung, trakea, bronkus dan paru-
paru. Pada bagian bawah trakea terdapat alat suara
disebut siring. Burung mempunyai alat bantu
pernapasan yang disebut pundi-pundi udara yang
berhubungan dengan paru-paru. Fungsi pundi-pundi
udara antara lain menyimpan udara, mempermudah
burung terbang, memperkecil berat jenis ketika
terbang, mengurangi kehilangan panas tubuh yang
berlebihan, dan untuk membantu pernapasan dan
membantu membesarkan rongga siring sehingga dapat memperkeras suara. Proses
pernapasan pada burung terjadi sebagai berikut. Jika otot tulang rusuk berkontaksi, tulang
rusuk bergerak ke arah depan dan tulang dada bergerak ke bawah. Rongga dada menjadi
besar dan tekanannya menurun. Hal ini menyebabkan udara masuk ke dalam paru-paru
dan selanjutnya masuk ke dalam pundi-pundi udara.
Jalur pernapasan pada burung berawal di lubang hidung. Pada tempat ini, udara
masuk kemudian diteruskan pada celah tekak yang terdapat pada dasar faring yang
menghubungkan trakea. Trakeanya panjang berupa pipa bertulang rawan yang berbentuk
cincin, dan bagian akhir trakea bercabang menjadi dua bagian, yaitu bronkus kanan dan
bronkus kiri. Dalam bronkus pada pangkal trakea terdapat sirink yang pada bagian
dalamnya terdapat lipatan-lipatan berupa selaput yang dapat bergetar. Bergetarnya
selaput itu menimbulkan suara. Bronkus bercabang lagi menjadi mesobronkus yang
merupakan bronkus sekunder dan dapat dibedakan menjadi ventrobronkus (di bagian
ventral) dan dorsobronkus ( di bagian dorsal). Ventrobronkus dihubungkan dengan
dorsobronkus, oleh banyak parabronkus (100 atau
lebih). Parabronkus berupa tabung tabung kecil. Di
parabronkus bermuara banyak kapiler sehingga
memungkinkan udara berdifusi. Selain paru-paru,
burung memiliki 8 atau 9 perluasan paru-paru atau
pundi-pundi hawa (sakus pneumatikus) yang
menyebar sampai ke perut, leher, dan sayap. Pundi-
pundi hawa berhubungan dengan paru-paru dan
berselaput tipis. Di pundi-pundi hawa tidak terjadi difusi gas pernapasan; pundi-pundi
hawa hanya berfungsi sebagai penyimpan cadangan oksigen dan meringankan tubuh.
Karena adanya pundi-pundi hawa maka pernapasan pada burung menjadi efisien. Pundi-
pundi hawa terdapat di pangkal leher (servikal), ruang dada bagian depan (toraks
anterior), antara tulang selangka (korakoid), ruang dada bagian belakang (toraks
posterior), dan di rongga perut (kantong udara abdominal).
Pada waktu otot tulang rusuk mengendur, tulang rusak bergerak ke arah belakang
dan tulang dada bergerak ke arah atas. Rongga dada mengecil dan tekanannya menjadi
besar, mengakibatkan udara keluar dari paru-paru. Demikian juga udara dari pundi-pundi
udara keluar melalui paru-paru. Pengambilan oksigen oleh paru-paru terjadi pada waktu
inspirasi dan ekspirasi. Pertukaran gas hanya terjadi di dalam paru-paru. Pada burung,
tempat berdifusinya gas pernapasan hanya terjadi di paru-paru. Paru-paru burung
berjumlah sepasang dan terletak dalam rongga dada yang dilindungi oleh tulang rusuk.
Masuknya udara yang kaya oksigen ke paru-paru (inspirasi) disebabkan adanya
kontraksi otot antartulang rusuk (interkostal) sehingga tulang rusuk bergerak keluar dan
tulang dada bergerak ke bawah. Atau dengan kata lain, burung mengisap udara dengan
cara memperbesar rongga dadanya sehingga tekanan udara di dalam rongga dada menjadi
kecil yang mengakibatkan masuknya udara luar. Udara luar yang masuk sebagian kecil
tinggal di paru-paru dan sebagian besar akan diteruskan ke pundi- pundi hawa sebagai
cadangan udara.
Udara pada pundi-pundi hawa dimanfaatkan hanya pada saat udara (O2) di paru-paru
berkurang, yakni saat burung sedang mengepakkan sayapnya. Saat sayap mengepak atau
diangkat ke atas maka kantung hawa di tulang korakoid terjepit sehingga oksigen pada
tempat itu masuk ke paru-paru. Sebaliknya, ekspirasi terjadi apabila otot interkostal
relaksasi maka tulang rusuk dan tulang dada kembali ke posisi semula, sehingga rongga
dada mengecil dan tekanan menjadi lebih besar dari tekanan di udara luar akibatnya
udara dari paru-paru yang kaya karbon dioksida keluar. Bersamaan dengan mengecilnya
rongga dada, udara dari kantung hawa masuk ke paru-paru dan terjadi pelepasan oksigen
dalam pembuluh kapiler di paru-paru. Jadi,
pelepasan oksigen di paru-paru dapat terjadi
pada saat ekspirasi maupun inspirasi.
Burung mengisap udara udara mengalir
lewat bronkus ke pundi-pundi hawa bagian
belakang bersamaan dengan itu udara yang
sudah ada di paru-paru mengalir ke pundi-pundi
hawa udara di pundi-pundi belakang
mengalir ke paru-paru udara menuju pundi-
pundi hawa depan. Kecepatan respirasi pada
berbagai hewan berbeda bergantung dari
berbagai hal, antara lain, aktifitas, kesehatan, dan bobot tubuh.
2. Reptil
Reptil bernapas dengan paru-paru. Contohnya buaya, kadal, ular, kura-kura, komodo
dan cicak. Pengambilan oksigen dan pengeluaran karbondioksida terjadi di dalam paru-
paru. Keluar masuknya udara dari dan keluar paru-paru karena adanya gerakan-gerakan
dari tulang rusuk. Saluran pernapasan terdiri dari lubang hidung.
Secara umum reptilia bernapas menggunakan paru-paru. Tetapi pada beberapa
reptilia, pengambilan oksigen dibantu oleh lapisan kulit disekitar kloaka. Pada reptilia
umumnya udara luar masuk melalui lubang hidung, trakea, bronkus, dan akhirnya ke
paru-paru. Lubang hidung terdapat di ujung kepala atau moncong. Udara keluar dan
masuk ke dalam paru-paru karena gerakan tulang rusuk. Sistem pernafasan pada reptilia
lebih maju dari Amphibi. Dinding laring dibentuk oleh tulang rawan kriterokoidea dan
tulang rawan krikodea. Trakhea dan bronkhus berbentuk panjang dan dibentuk oleh
cincin-cincin tulang rawan. Tempat percabangan trakhea menjadi bronkhus disebut
bifurkatio trakhea. Bronkhus masuk ke dalam paru-paru dan tidak bercabang-cabang lagi.
Paru-paru reptilia berukuran relatif besar, berjumlah sepasang. Struktur dalamnya
berpetak-petak seperti rumah lebah, biasanya bagian anterior lebih banyak berpetak
daripada bagian posterior. Larinx terletak di ujung anterior trachea. Dinding larinx ini
disokong oleh cartilago cricoida dan cartilago anytenoidea. Kearah posterior trachea
membentuk percabangan (bifurcatio) menjadi bronkhus kanan dan bronkhus kiri, yang
masing-masing menuju ke pulmo kanan dan pulmo kiri. Pulmo lacertilia dan ophidia
ialah relatif sederhana. Pada beberapa bentuk, bagian internal pulma terbagi tidak
sempurna menjadi dua bagian, ialah bagian anterior berdinding saccuter sedang bagian
posterior berdinding licin, tidak vasculer dan berfungsi terutama untuk reservoir. Paru-
paru reptilia berada dalam rongga dada dan dilindungi oleh tulang rusuk. Paru-paru
reptilia lebih sederhana, hanya dengan beberapa lipatan dinding yang berfungsi
memperbesar permukaan
pertukaran gas. Pada reptilia
pertukaran gas tidak efektif. Pada
kadal, kura-kura, dan buaya paru-
paru lebih kompleks, dengan
beberapa belahan - belahan yang
membuat paru-parunya bertekstur
seperti spon. Paru-paru pada beberapa
jenis kadal misalnya bunglon Afrika
mempunyai pundi-pundi hawa cadangan
yang memungkinkan hewan tersebut melayang di udara.
o Paru - paru reptilian
Reptil bernapas dengan paru-paru. Pengambilan oksigen dan pengeluaran karbondioksida terjadi
di dalam paru-paru. Keluar masuknya udara dari dan keluar paru-paru karena adanya gerakan-
gerakan dari tulang rusuk. Saluran pernapasan terdiri dari lubang hidung, trakea, bronkus dan
paru-paru.
3. Katak
Pada katak, oksigen berdifusi lewat selaput rongga mulut, kulit, dan paru-paru.
Kecuali pada fase berudu bernapas dengan insang karena hidupnya di air. Katak dalam
daur hidupnya mengalami metamorfosis atau perubahan bentuk. Pada waktu muda
berupa berudu dan setelah dewasa hidup di darat. Mula-mula berudu bernapas dengan
insang luar yang terdapat di bagian belakang kepala. Insang tersebut selalu bergetar yang
mengakibatkan air di sekitar insang selalu berganti. Oksigen yang terlarut dalam air
berdifusi di dalam pembuluh kapiler darah yang terdapat dalam insang.
Setelah beberapa waktu insang luar ini akan berubah menjadi insang dalam dengan
cara terbentuknya lipatan kulit dari arah depan ke belakang sehingga menutupi insang
luar. Katak dewasa hidup di darat, pernapasannya dengan paru-paru. Selain dengan paru-
paru, oksigen dapat berdifusi dalam rongga mulut yaitu melalui selaput rongga mulut dan
juga melalui kulit.
Selaput rongga mulut dapat berfungsi sebagai alat pernapasan karna tipis dan banyak
terdapat kapiler yang bermuara di tempat itu. Pada saat terjadi gerakan rongga mulut dan
faring, lubang hidung terbuka dan glotis tertutup sehingga udara berada di rongga mulut
dan berdifusi masuk melalui selaput rongga mulut yang tipis. Selain bernapas dengan
selaput rongga mulut, katak bernapas pula dengan kulit, ini dimungkinkan karma kulitnya
selalu dalam keadaan basah dan mengandung banyak kapiler sehingga gas pernapasan
mudah berdifusi. Oksigen yang masuk lewat kulit akan melewati vena kulit (vena
kutanea) kemudian dibawa ke jantung untuk diedarkan ke seluruh tubuh. Sebaliknya
karbon dioksida dari jaringan akan di bawa ke jantung, dari jantung dipompa ke kulit dan
paru-paru lewat arteri kulit pare-paru (arteri pulmo kutanea). Dengan demikian
pertukaran oksigen dan karbon dioksida dapat terjadi di kulit.
Selain bernapas dengan selaput rongga mulut dan kulit,
katak bernapas juga dengan paru-paru walaupun paru-
parunya belum sebaik paru-paru mamalia.
Katak mempunyai sepasang paru-paru yang berbentuk
gelembung tempat bermuaranya kapiler darah. Permukaan
paru-paru diperbesar oleh adanya bentuk- bentuk seperti
kantung sehingga gas pernapasan dapat berdifusi. Paru-
paru dengan rongga mulut dihubungkan oleh bronkus
yang pendek. Gambar : alat pernafasan katak
Gambar : Mekanisme pernafasan katak
Dalam paru-paru terjadi mekanisme
inspirasi dan ekspirasi yang keduanya
terjadi saat mulut tertutup. Fase
inspirasi adalah saat udara (kaya
oksigen) yang masuk lewat selaput
rongga mulut dan kulit berdifusi pada
gelembung-gelembung di paru-paru.
Mekanisme inspirasi adalah sebagai
berikut. Otot Sternohioideus
berkonstraksi sehingga rongga mulut
membesar, akibatnya oksigen masuk
melalui koane.
Setelah itu koane menutup dan otot rahang bawah dan otot geniohioideus berkontraksi sehingga
rongga mulut mengecil. Mengecilnya rongga mulut mendorong oksigen masuk ke paru-paru
lewat celah-celah. Dalam paru-paru terjadi pertukaran gas, oksigen diikat oleh darah yang berada
dalam kapiler dinding paru-paru dan sebaliknya, karbon dioksida dilepaskan ke lingkungan.
Mekanisme ekspirasi adalah sebagai berikut. Otot-otot perut dan sternohioideus berkontraksi
sehingga udara dalam paru-paru tertekan keluar dan masuk ke dalam rongga mulut. Celah tekak
menutup dan sebaliknya koane membuka. Bersamaan dengan itu, otot rahang bawah
berkontraksi yang juga diikuti dengan
berkontraksinya geniohioideus sehingga
rongga mulut mengecil. Dengan mengecilnya
rongga mulut maka udara yang kaya karbon
dioksida keluar.
4. Ikan
Ikan hidup di air rawa, sungai,
laut, kolam, danau. Ikan bernafas
dengan insang. Pernafasan ikan berlangsung 2 tahap :
Tahap I (Tahap Pemasukan) :
Pada tahap ini mulut ikan membuka dan tutup insang menutup sehingga air masuk
rongga mulut, kemudian menuju lembaran insang, disinilah oksigen yang larut dalam air diambil
oleh darah, selain itu darah juga melepaskan karbondioksida dan uap air.
Tahap II (Tahap Pengeluaran) :
Mulut menutup dan tutup insang membuka sehingga air dari rongga mulut mengalir
keluar melalui insang. Air yang dikeluarkan ini telah bercampur dengan CO2 dan uap air yang
dilepaskan darah.
Untuk ikan yang hidup di lumpur seperti ikan lele, gabus, betok, pada insangnya terdapat
banyak lipatan yang disebut Labirin.
Ikan juga mempuyai gelembung renang yang berfungsi untuk :
a. Menyimpan oksigen
b. Membantu gerakan ikan naik turun
Ikan mas bernapas dengan insang yang terdapat pada sisi kiri dan kanan kepala. Masing-
masing mempunyai empat buah insang yang ditutup oleh tutup insang (operkulum). Proses
pernapasan pada ikan adalah dengan cara membuka dan menutup mulut secara bergantian
dengan membuka dan menutup tutup insang. Pada waktu mulut membuka, air masuk ke dalam
rongga mulut sedangkan tutup insang menutup. Oksigen yang terlarut dalam air masuk berdifusi
ke dalam pembuluh kapiler darah yang terdapat dalam insang dan pada waktu menutup, tutup
insang membuka dan air
dari rongga mulut keluar
melalui insang. Bersamaan
dengan keluarnya air melalui
insang,
karbondioksida
dikeluarkan.
5. Mamalia
Mamalia disebut juga hewan menyusui karena hewan
betina dari kelompok ini menyusui anaknya, contohnya kambing,
sapi,kerbau, kuda, kucing, tikus. Hewan mamalia yang hidup di
air adalah ikan paus dan lumba-lumba. Hewan mamalia bernafas
dengan paru-paru.
2) Sistem Pernapasan pada Hewan Invertebrata1. Cacing Tanah
Cacing tanah tidak mempunyai alat
pernapasan khusus. Kulitnya banyak
mengandung kelenjar lendir. Dengan adanya
lendir, kulit cacing selalu dalam keadaan basah
dan licin. Melalui kulit yang basah ini, cacing
menyerap oksigen serta mengeluarkan
karbondioksida dan uap air secara difusi.
Pengeluaran karbon dioksida juga melalu permukaan tubuh.
2. Protozoa (Hewan Bersel Satu)
Hewan bersel satu hanya mempunyai satu sel, oleh karena itu seluruh proses
kehidupan dilakukan di dalam sel tersebut. Hewan bersel satu sangat kecil, hanya dapat
dilihat dengan mikroskop. Hewan ini hidup di tempat-tempat berair, misal danau, sungai,
laut, tanah basah.
Hewan bersel satu bernapas melalui seluruh permukaan tubuhnya. Pada saat
hewan ini bernafas, oksigen (O2) masuk dan karbondioksida (CO2) keluar melalui
permukaan tubuh secara difusi, yaitu O2 masuk dan CO2 keluar dengan cara menembus
dinding sel yang tipis. Contoh hewan bersel satu adalah Amuba, Euglena dan
ParamaeciumProtozoa tidak mempunyai alat pernapasan khusus untuk memperoleh
oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida. Oksigen masuk ke dalam sel malalui selaput
plasma secara difusi. Demikian juga karbondioksida dari dalam sel dikeluarkan melalui
selaput plasma.
3. Insekta (seranggga)
Corong hawa (trakea) adalah alat pernapasan yang dimiliki oleh serangga dan
arthropoda lainnya. Pembuluh trakea bermuara pada lubang kecil yang ada di kerangka
luar (eksoskeleton) yang disebut spirakel. Spirakel berbentuk pembuluh silindris yang
berlapis zat kitin, dan terletak berpasangan pada setiap segmen tubuh. Spirakel
mempunyai katup yang dikontrol oleh otot sehingga membuka dan menutupnya spirakel
terjadi secara teratur. Pada umumnya spirakel terbuka selama serangga terbang, dan
tertutup saat serangga beristirahat.Sistem respirasi serangga berupa sistem pernafasan
trakea. Alat pernafasan berupa pembuluh trakea. Udara keluar masuk melalui spirakel
yang terdapat pada setiap sisi ruas tubuh serangga. Aliran udara pernafasan : oksigen
masuk melalui spirakel menuju trakea. Selanjutnya menuju trakeolus dan terjadi
pertukaran gas dengan sel tubuh. Mekanisme pernafasan : bila otot perut berkontraksi,
trakea memipih sehingga udara kaya CO2 dari dalam tubuh keluar. Bila otot perut
relaksasi, trakea ke posisi semula dan udara luar kaya O2 akan masuk melalui spirakel.
Oksigen dari luar masuk lewat spirakel. Kemudian udara dari spirakel menuju pembuluh-
pembuluh trakea dan selanjutnya pembuluh trakea bercabang lagi menjadi cabang halus
yang disebut trakeolus sehingga dapat mencapai seluruh jaringan dan alat tubuh bagian
dalam. Trakeolus tidak berlapis kitin, berisi cairan, dan dibentuk oleh sel yang disebut
trakeoblas. Pertukaran gas terjadi antara trakeolus dengan sel-sel tubuh. Trakeolus ini
mempunyai fungsi yang sama dengan kapiler pada sistem pengangkutan (transportasi)
pada vertebrata.
Mekanisme pernapasan pada serangga, misalnya belalang, adalah sebagai berikut :
Jika otot perut belalang berkontraksi maka trakea mexrupih sehingga udara kaya CO2
keluar. Sebaliknya, jika otot perut belalang berelaksasi maka trakea kembali pada volume
semula sehingga tekanan udara menjadi lebih kecil dibandingkan tekanan di luar sebagai
akibatnya udara di luar yang kaya O2 masuk ke trakea.
Sistem trakea berfungsi mengangkut O2 dan mengedarkannya ke seluruh tubuh, dan
sebaliknya mengangkut CO2 basil respirasi untuk dikeluarkan dari tubuh. Dengan
demikian, darah pada serangga hanya berfungsi mengangkut sari makanan dan bukan
untuk mengangkut gas pernapasan.
Di bagian ujung trakeolus terdapat cairan
sehingga udara mudah berdifusi ke jaringan. Pada
serangga air seperti jentik nyamuk udara diperoleh
dengan menjulurkan tabung pernapasan ke
permukaan air untuk mengambil udara.
Serangga air tertentu mempunyai gelembung
udara sehingga dapat menyelam di air dalam waktu
lama. Misalnya, kepik Notonecta sp. mempunyai
gelembung udara di organ yang menyerupai
rambut pada permukaan ventral. Selama menyelam, O2
dalam gelembung dipindahkan melalui sistem trakea ke
sel-sel pernapasan.
Selain itu, ada pula serangga yang mempunyai
insang trakea yang berfungsi menyerap udara dari air,
atau pengambilan udara melalui cabang-cabang halus
serupa insang. Selanjutnya dari cabang halus ini
oksigen diedarkan melalui pembuluh trakea.
4. Coelenterate
Coelenterata tersusun dari dari dua lapisan sel, yaitu
lapisan luar berasal dari ektoderm dan lapisan dalam berasal dari endoderm. Lapisan sel
yang berasal dari ektoderm disebut epidermis dan lapisan yang berasal dari endoderm
disebut gastrodermis. Pertukaran gas terjadi secara difusi pada sel di luar permukaan
tubuh yang bersentuhan dengan air. Untuk respirasi, coelenterata mempunyai alat bantu
berupa lekukan jaringan yang terdapat pada gastrodermis, disebut sifonoglia.
5. Porifera
Porifera bernapas dengan cara memasukkan air melalui pori-pori (ostium) yang
terdapat pada seluruh permukaan tubuhnya, masuk ke dalam rongga spongocoel. Proses
pernapasan selanjutnya dilakukan oleh sel leher (koanosit), yaitu sel yang berbatasan
langsung dengan rongga spongocoel. Perhatikan Gambar disamping.
6. Mollusca
Hewan bertubuh lunak (Mollusca) yang hidup di air, seperti siput, cumi-cumi, dan
kerang (Bivalvia) bernapas menggunakan insang. Perhatikan Gambar 7.12. Aliran air
masuk ke dalam insang dan terjadi pertukaran udara dalam lamela insang. Mollusca yang
hidup di darat, seperti siput darat (bekicot) bernapas smenggunakan paru-paru.