TOPIK 7 TG 4 BIOLOGIRESPIRASI

PROSES RESPIRASI DALAM PENGHASILAN TENAGA

1 Respirasi adalah penguraian makanan untuk menghasilkan tenaga. 2 Semua organisma memerlukan tenaga untuk menjalankan proses hidup dan aktiviti sel. 3 Substrat utama dalam respirasi adalah glukosa. 4 j enis respirasi sel ini berlaku dalam mitokondrion dan dalam sitoplasma sel. 5 Terdapat dua jenis respirasi sel:

(a) Respirasi aerob: oksigen diperlukan

(b) Respirasi anaerob: oksigen tidak diperlukan

Respirasi Aerob

1 Dalam respirasi aerob, oksigen diperlukan untuk mengoksidakan glukosa dengan lengkap untuk membebaskan semua tenaga dalam glukosa.

2 Sebahagian besar tenaga disimpan (38 molekul ATP) dalam bentuk adenosina trifosfat (ATP) dengan menggabungkan satu fosfat tak organik (P) kepada ADP (adenosina dwifosfat).

3 ATP adalah pembekal tenaga utama untuk semua sel hidup. Setiap molekul ATP boleh diuraikan dengan mudah untuk membebaskan tenaga.

Respirasi Anaerob

1 Dalam respirasi anaerob, oksigen tidak diperlukan. Glukosa tidak diuraikan dengan lengkap. Hanya sedikit tenaga (2 molekul ATP) dibebaskan.

2 Respirasi anaerob pada otot manusia

(a) Berlaku dalam otot manusia semasa aktiviti cergas. (b) Kadar pernafasan dan kadar denyutan jantung meningkat untuk membekalkan lebih banyak oksigen. (c) Bekalan oksigen ke sel otot masih tidak mencukupi. d) Sel otot menjalankan respirasi anaerob untuk membebaskan tenaga bagi pengecutan otot. (e) Hutang oksigen berlaku apabila kadar oksigen yang digunakan adalah kurang daripada oksigen yang dibekalkan. (f) Glukosa diuraikan kepada asid laktik tanpa kehadiran oksigen. (g) Pengumpulan asid laktik dalam sel otot menyebabkan kekejangan otot dan kelesuan.

(h) Hutang oksigen akan dibayar apabila semua asid laktik dioksidakan. 3 Respirasi anaerob yis

(a) Yis menjalankan kedua-dua respirasi aerob dan respirasi anaerob. (b) Respirasi anaerob dalam sel yis (penapaian) menghasilkan etanol, karbon dioksida dan tenaga.

(c) Hasil etanol digunakan dalam pembuatan wain manakala karbon dioksida digunakan dalam pembuatan roti.

Perbandingan antara Respirasi Aerob dengan Respirasi Anaerob

PERSAMAAN

1 Kedua-duanya adalah respirasi sel. 2 Kedua-duanya melibatkan penguraian glukosa. 3 Kedua-duanya membebaskan tenaga dalam bentuk ATP.

PERBEZAAN

Jadual 7.1 menunjukkan perbezaan antara respirasi aerob dengan respirasi anaerob

STRUKTUR RESPIRASI DAN MEKANISME PERNAFASAN MANUSIA DAN HAIWAN

1 Pernafasan adalah proses mengambil oksigen daripada persekitaran (tarikan nafas) dan membebaskan karbon dioksida ke persekitaran (hembusan nafas).

2 Organisma yang berbeza mempunyai struktur respirasi yang berbeza untuk pernafasan (JaduaI7.2).

3 Pertukaran gas melalui resapan berlaku pada permukaan respirasi.

4 Ciri permukaan respirasi untuk pertukaran gas adalah:

(a) Jumlah luas permukaan yang besar bagi permukaan respirasi (i) Permukaan respirasi adalah bercabang, berlipat atau banyak untuk menambahkan jumlah luas permukaan bagi resapan.

(ii) Permukaan respirasi adalah bersaiz kedl untuk menambahkan nisbah jumlah luas permukaan kepada isi padu (nisbah TSA/V), seterusnya meningkatkan kadar resapan bagi pertukaran gas.

(b) Permukaan respirasi yang lembap. Permukaan respirasi mempunyai satu lapisan lembap untuk membantu resapan oksigen dan karbon dioksida merentasi permukaan.

(c) Dinding permukaan respirasi yang nipis. Permukaan respirasi mempunyai din ding yang sangat nipis (setebal satu sel) untuk membantu resapan gas merentasi permukaan. (d) Jaringan kapilari darah pada permukaan respirasi. Jaringan kapilari darah meningkatkan kadar resapan dan pengangkutan oksigen dan karbon dioksida.

PROTOZOA

1 Organisma unisel seperti Amoeba sp.

2 Tiada struktur respirasi yang khusus diperlukan kerana pertukaran gas berlaku melalui resapan ringkas merentasi membran plasma yang nipis.

3. Penyesuaian untuk pertukaran gas adalah:

(a) Nisbah TSA/V yang besar kerana saiznya yang kedl (b) Membran plasma yang nipis (c) Permukaan lembap

4 Mekanisme pernafasan

Oksigen meresap ke dalam sel dan karbon dioksida meresap keluar daripada sel melalui membran plasma menuruni kecerunan kepekatan (Rajah 7.2).

IKAN

1 Struktur respirasi ikan adalah insang. 2 Ikan mempunyai empat pasang insang yang ditutupi oleh operkulum. 3 Setiap in sang mempunyai lengkung insang dengan dua baris mamen insang. Setiap filamen insang mempunyai banyak lamela (Rajah 7.3).

4 Pertukaran gas berlaku di filamen insang. 5 Penyesuaian filamen insang untuk pertukaran gas adalah: (a) Banyak filamen insang dan lamela untuk menambahkan jumlah luas permukaan (b) Dinding epitelium filamen insang yang nipis (c) Mempunyai permukaan yang lembap (d) Jaringan kapilari darah (e) Aliran lawan arus antara air dan darah pada filamen insang

6 Mekanisme pernafasan (a) Tarikan nafas - aliran air ke dalam mulut

Mulut terbuka → lantai mulut direndahkan → isi padu rongga farinks bertambah →tekanan dalam rongga mulut berkurang →tekanan di luar lebih tinggi daripada tekanan di dalam mulut →menekan operkulum → operkulum tertutup → air memasuki mulut

(b) Hemhusan nafas - aliran air melalui insang

Mulut tertutup →lantai mulut dinaikkan → isi padu rongga farinks berkurang → tekanan di dalam rongga mulut bertambah →operkulum terbuka → air mengalir melalui liang insang melepasi lamela insang →pertukaran gas berlaku →air mengalir keluar melalui operkulum

SERANGGA

1 Struktur respirasi adalah sistem trakea yang terdiri daripada:

(a) trakea (b) trakeol (c) spirakel (rongga)

2 Setiap trakea bercabang ke seluruh badan untuk membentuk jaringan trakea (Rajah 7.5).

3 Setiap trakea disokong oleh gelang kitin untuk menghalangnya daripada runtuh,

4 Setiap trakea berakhir dengan trakeol yang dikelilingi oleh cecair dan terbuka di luar melalui spirakel.

5 Penyesuaian trakeol untuk pertukaran gas adalah:

(a) Banyak trakeol halus

(b) Dinding trakeollemhap (c) Dinding epitelium trakeol nipis

6 Mekanisme pernafasan Mekanisme pernafasan melibatkan pergerakan heritma hadan disebabkan pengecutan dan pengenduran otot dalam abdomen.

(a) Tarikan nafas

Otot abdomen mengendur →injap spirakel terbuka →tekanan dalam trakea berkurang → udara ditolak masuk ke dalam badan melalui spirakel

(b) Hembusan nafas

Otot abdomen mengecut → tekanan di dalam trakea bertambah →air ditolak keluar melalui spirakel

AMFIBIA

1 Amfibia bernafas melalui kulit, mulut dan peparu (Rajah 7.6).

2 Penyesuaian kulit untuk pertukaran gas:

(a) Kulit nipis (b) Kulit lembap

(c) Kulit dibekalkan dengan banyak kapilari darah

3 Penyesuaian mulut untuk pertukaran gas:

(a) Pergerakan lantai rongga mulut untuk membenarkan udara mengalir masuk melalui lubang hidung

(b) Lapisan mulut mempunyai banyak kapilari darah

4 Penyesuaian peparu untuk pertukaran gas:

(a) Dinding dalam peparu berlipat-lipat (b) Dinding peparu adalah nipis (c) Lapisan yang lembap pada dinding peparu (d) Jaringan kapilari darah pada dinding peparu

5 Mekanisme pernafasan

Mekanisme pernafasan melalui peparu:

(a) Tarikan Nafas

lantai mulut direndahkan → isipadu dalam rongga mulut bertambah → tekanan dalam rongga mulut berkurang →udara memasuki lubang hidung ke dalam mulut →lubang hidung tertutup → lantai mulut dinaikkan → tekanan bertambah →glotis terbuka → udara mengalir ke dalam peparu →pertukaran gas berlaku

(b) Hembusan Nafas

lubang hidung terbuka → udara mengalir keluar dari mulut peparu membonjol ke atas →glotis terbuka → peparu mengecut disebabkan kekenyalannya →udara mengalir keluar

MANUSIA

1 Sistem respirasi manusia terdiri daripada rongga hidung, farinks, trakea, bronkus, bronkiol dan peparu (Rajah 7.7).

2 Trakea dan bronkus disokong oleh gelang rawan berbentuk C.

3 Penyesuaian alveolus untuk pertukaran gas: (a) Bilangan alveolus yang banyak untuk meningkatkan jumlah luas kawasan (b) Dinding alveolus yang nipis (c) Dinding alveolus yang lembap

(d) Jaringan kapilari darah pada dinding alveolus

4 Mekanisme pernafasan

(a) Mekanisme pernafasan melibatkan: (i) tindakan otot interkosta (ii) tindakan otot diafragma (Rajah 7.8)

Perbandingan antara Sistem Respirasi Manusia dengan Organisma Lain

PERSAMAAN

1. Semuanya mempunyai nisbah jumlah luas permukaan kepada isi padu yang besar bagi resapan gas yang pantas.

2 Semuanya mempunyai lapisan dinding yang nipis pada per mukaan respirasi bagi memudahkan resapan gas.

3 Semuanya mempunyai lapisan lembap pada din ding permukaan respirasi untuk membantu resapan.

TARIK NAFAS HEMBUS NAFAS

Perbezaan

Jadual 7.2 menunjukkan ciri sistem respirasi antara organisma yang berbeza.

PERTUKARAN GAS MERENTASI PERMUKAAN RESPIRASI DAN PENGANGKUTAN GAS DALAM MANUSIA

1 Pertukaran gas berlaku merentasi permukaan alveolus dan sel badan dengan kapilari darah mengelilinginya.

2 Pertukaran gas pada alveolus:

(a) Udara yang disedut ke dalam alveolus mempunyai lebih banyak oksigen dan kurang karbon dioksida berbanding kandungan dalam kapilari darah di sekeliling alveolus. (b) Tekanan separa oksigen adalah lebih tinggi dalam alveolus berbanding dalam kapilari darah.

(c) Oksigen dalam alveolus meresap keluar daripada alveolus ke dalam kapilari darah (Rajah 7.9) dan diangkut ke sel badan.

(d) Tekanan separa karbon dioksida adalah lebih tinggi dalam kapilari darah berbanding dalam alveolus.

(d) Karbon dioksida meresap keluar daripada kapilari darah ke dalam alveolus dan keluar semasa hembusan nafas.

3 Pengangkutan gas respirasi:

(a) Dalam kapilari darah, oksigen meresap ke dalam sel darah merah dan bergabung dengan hemoglobin untuk membentuk oksihemoglobin.

b) Oksigen diangkut ke sel badan dalam bentuk oksihemoglobin.

( c) Di sel badan, oksihemoglobin yang tak stabil terurai dan membebaskan oksigen yang kemudian meresap ke dalam sel badan.

(d) Karbon dioksida meresap keluar daripada sel badan dan diangkut ke alveolus dalam bentuk ion bikarbonat, asid karbonik dalam plasma darah dan karba-minohemoglobin dalam sel darah merah.

4 Pertukaran gas di sel badan

(a) Di sel badan, tekanan separa oksigen adalah lebih tinggi dalam kapilari darah berbanding dalam sel badan.

(b) Oksigen meresap keluar daripada kapilari darah ke dalam sel badan, untuk digunakan bagi respirasi sel (Rajah 7.10).

(c) Tekanan separa karbon dioksida adalah lebih tinggi dalam sel badan berbanding dalam kapilari darah.

(d) Karbon dioksida meresap keluar daripada sel badan ke dalam kapilari darah untuk diangkut ke alveolus.

5 Komposisi udara sedutan dan udara hembusan ditunjukkan di dalam Jadual 7.3 di bawah.

5 Komposisi udara sedutan dan udara hembusan ditunjukkan di dalam Jadual 7.3 di bawah.

MEKANISME KAWAL ATUR DALAM RESPIRASI

1 Semasa aktiviti cergas, sel memerlukan lebih banyak oksigen dan glukosa bagi membebaskan lebih banyak tenaga untuk respirasi sel. Kadar respirasi meningkat.

2 lni menyebabkan kadar pernafasan meningkat bagi membekalkan lebih banyak oksigen ke otot.

3 Kadar denyutan jantung juga meningkat untuk mengepam lebih banyak darah pada kadar yang lebih laju ke sel otot.

Mekanisme Kawal Atur Kandungan Oksigen dan Karbon Dioksida di dalam Badan

1. Pernafasan adalah suatu proses luar kawal yang dikawal oleh pusat kawalan pernafasan di medula oblongata.

2 Kandungan karbon dioksida dalam darah di kawal atur oleh kemoreseptor pusat yang terletak di pusat kawalan pernafasan.

3 Kandungan oksigen dalam darah di kawal atur oleh kemoreseptor periferi di dasar jasad karotid dan di jasad aorta.

4 Kawal atur kandungan karbon dioksida dalam darah oleh kemoreseptor ditunjukkan dalam Rajah 7.13.

5. Kawal atur kandungan oksigen dalam darah oleh kemoreseptor periferi ditunjukkan dalam Rajah 7.14.

Tindak Balas Respirasi, Kadar Respirasi dan Kadar Degupan Jantung dalam Keadaan Berbeza.

1. Jadual 7.4 menunjukkan kawal atur sistem respirasi dalam keadaan yang berbeza.

KEPENTINGAN MENGEKALKAN SISTEM RESPIRASI YANG SIHAT

1 Gaya hidup yang sihat, bebas daripada bahan kimia yang boleh membahayakan sistem respirasi adalah penting untuk mengekalkan sistem respirasi yang sihat.

2 Asap rokok mengandungi tar, nikotin, karbon monoksida, 3,4-benzo(α)pirena dan bahan merengsa seperti partikel karbon, nitrogen oksida yang boleh merosakkan peparu dan menyebabkan kanser peparu.

3 Penyakit yang disebabkan oleh asap rokok adalah bronkitis kronik, emfisema, radang peparu, asma dan kanser peparu.

RESPIRASI PADA TUMBUHAN

1 Tumbuhan menjalankan respirasi untuk memperoleh tenaga bagi pelbagai proses hidup.

2 Pertukaran gas berlaku melalui stoma (daun) dan lentisel (batang) secara resapan.

(a) Pada daun,oksigen meresap melalui stoma ke dalam ruang udara antara sel (Rajah 7.15).

(b) Oksigen melarut dalam lapisan lembap dan meresap ke dalam sel bagi respirasi aerob.

(c) Karbon dioksida yang dihasilkan semasa respirasi aerob pada waktu siang digunakan untuk fotosintesis. Lebihan karbon dioksida meresap ke dalam ruang udara dan melalui stoma ke atmosfera.

3 Pada waktu siang, kedua-dua respirasi dan fotosintesis berlaku. Namun begitu, kadar fotosintesis adalah lebih tinggi daripada kadar respirasi. Lebih banyak karbon dioksida diperlukan. Karbon dioksida meresap melalui stoma ke dalam sel.

4 Pada waktu malam, hanya respirasi berlaku. Oksigen meresap dari atmosfera ke dalam sel-sel melalui stoma. Karbon dioksida dibebaskan dan meresap melalui stoma ke atmosfera.

Respirasi Aerob dan Anaerob dalam Tumbuhan

1 Respirasi aerob berlaku dalam semua sel tumbuhan sepanjang siang dan malam.

2 Dalam keadaan kekurangan oksigen, tumbuhan boleh menjalankan respirasi anaerob bagi tempoh yang singkat. Sebagai contoh di kawasan banjir dan pokok padi, akar tumbuhan menjalankan respirasi anaerob bagi tempoh waktu tertentu.

Proses Respirasi dan Fotosintesis dalam Tumbuhan

Hubungan antara Keamatan Cahaya dan Pencapaian Titik Pampasan dalam Tumbuhan

1 Tumbuhan menjalankan keduadua respirasi dan fotosintesis pada waktu siang.

2 Pada keamatan cahaya rendah (dalam gelap), hanya respirasi berlaku. Kuantiti karbon dioksida yang banyak dihasilkan. 3 Semakin bertambah keamatan eahaya, kuantiti karbon dioksida yang dihasilkan berkurang. Kadar fotosintesis meningkat dan proses ini menggunakan sebahagian karbon dioksida yang dihasilkan semasa respirasi.

4 Akhirnya satu titik dicapai di mana semua karbon dioksida yang terhasil semasa respirasi digunakan dalam fotosintesis.

5 Pada titik keamatan eahaya ini, pertukaran gas adalah seimbang. Titik keseimbangan ini dipanggil titik parnpasan. Titik ini merupakan keamatan cahaya di mana .pertukaran bersih gas adalah sifar (Rajah 7.16).

6 Pada titik pampasan, kadar fotosintesis adalah sarna dengan kadar respirasi. Jumlah karbon dioksida yang digunakan untuk fotosintesis adalah sarna dengan karbon dioksida yang terbebas semasa respirasi. 7 Pada kearnatan cahaya yang tinggi (waktu siang), melebihi titik pampasan, kadar fotosintesis adalah lebih tinggi daripada kadar respirasi (Rajah 7.17).

(a) Oksigen yang dihasilkan semasa fotosintesis digunakan untuk respirasi. Oksigen yang berlebihan meresap keluar dari sel ke atmosfera.

(b) Glukosa yang terhasil semasa fotosintesis digunakan untuk respirasi.

(c) Air yang diperlukan untuk fotosintesis diperoleh daripada respirasi.

d) Karbon dioksida yang diperlukan bagi fotosintesis diperoleh daripada respirasi. Namun begitu, semakin tinggi kadar fotosintesis, sernakin banyak karbon dioksida yang diperlukan. Karbon dioksida diperoleh dari atmosfera seeara resapan melalui stoma.