8/18/2019 4. Pertukaran Gas
1/62
PERTUKARANGAS
JURUSAN BIOLOGI UIN SGD BANDUNG2016
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
2/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
3/62
Overview: Trading Places
Insang merupakan contohsistem pertukaran yang khusus
pada hewan
Transpor internal danpertukaran gas sangatberkaitan erat pada sebagian
besar hewan
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
4/62
People cannot survive for long in the air at theworld’s highest peaks in the Himalayan Mountains.
Yet twice a year, flocks of geese migrate over the
Himalayas.
How can geese fly where people cannot breathe?
Geese have more efficient lungs than humans, and
their hemoglobin has a very high affinity for oxygen.
© 2012 Pearson Education, Inc.
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
5/62
Figure 22.0_1 Chapter 22: Big Ideas
Mechanisms of Gas
Exchange
The Human
Respiratory System
Transport of Gases in the
Human Body
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
6/62
Figure 22.0_2
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
7/62
Fungsi sistem respirasi
Menyiapkan permukaan yang luas untuk pertukarangas antara udara dan peredaran darah
Menggerakkan lalu lintas pertukaran udara dari dan
ke permukaan paru-paru Melindungi permukaan membran respirasi dari
dehidrasi, perubahan temperatur dan perubahanlingkungan lainnya, serta menjaga sistem respirasi
dari invasi patogen
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
8/62
Fungsi sistem respirasi
Menghasilkan bunyi termasuk bicara, nyanyi dankomunikasi nonverbal
Memberikan sensasi olfaktori
(pembauan/penciuman) ke sistem saraf pusat
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
9/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
10/62
Proses respirasi
Respirasi eksternal
Pengambilan oksigen dari lingkungan – dan – melepaskan karbondioksida ke lingkunganmelalui membran respirasi secara difusi
Respirasi internal
Proses berlangsung di dalam sel (mitokondria) terjadi reaksi oksidasi untuk menghasilkanenergi
Transportasi gas
Pengangkutan O2 dan CO2 melalui sirkulasi darah kedan dari sel, sera dari dan ke membran respirasi
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
11/62
Pertukaran gas berkaitan dengan respirasipada permukaan
Pertukaran gas mensuplai oksigen untuk respirasi seluler danmengeluarkan karbondioksifa
Gas berdifusi menurunkan gradien tekanan pada paru-parudan organ lainnya sebagai hasil dari perbedaan padatekanan parsial
Tekanan parsial merupakan tekanan oleh gas tertentu.
Gas berdifusi dari tekanan parsial tinggi ke tekanan parsial
rendah Dalam paru-paru dan jaringan, O2 dan CO2 berdifusi dari
tempat dimana tekanan parsialnya tinggi ke tekanan parsialrendah
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
12/62
Difusi gas
Kecepatan difusi gas berbanding terbalik dengan akar beratmolekulnya (1/BM)
Kecepatan difusi bergantung pada:
• Tekanan partial gas
• Permeabilitas membran respirasi
• Luas permukaan membran respirasi• Kecepatan sirkulasi darah
• Reaksi kimia yang terjadi dalam darah
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
13/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
14/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
15/62
Respiratory Media
Hewan dapat menggunakan udara atau air
sebagai sumber O2, atau medium respiratori
Dalam penambahan volume, ketersediaan
O2 di air lebih sedikit dibandingkan di udara
Pengambilan O2 dari air membutuhkan
efisiensi lebih besar dibandingkan bernafas
dengan udara
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
16/62
Respiratory Surfaces
Hewan membutuhkan permukaan respiratoriyang luas dan lembab untuk pertukaran gas
antar sel-selnya dan media respiratori, baik air atau udara
Pertukaran gas melewati permukaanrespiratori dilakukan dengan difusi
Permukaan respiratori bermacam-macam,seperti permukaan luar, kulit, insang, trakeadan paru-paru
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
17/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
18/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
19/62
Manusia tidak bisa hidup padaketinggian 6000 meter dari permukaanlaut.
MENGAPA?
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
20/62
Karena …
walaupun udara pada ketinggian 6000
meter tetap mengandung 20,95%oksigen, tetapi tekanan atmosfir hanya380 mmHg. Jadi P O2 hanya 80 mmHg(380 x 20,95%), hanya setengah dari
jumlah oksigen tersedia pada levelpermukaan laut.
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
21/62
MECHANISMSOF GAS
EXCHANGE
© 2012 Pearson Education, Inc.
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
22/62
Overview: Gas exchange in humans involves
breathing, transport of gases, and exchange with
body cells
The process of gas exchange is sometimes called
respiration, the interchange of
O2 and the waste product CO2
between an organism and its environment.
© 2012 Pearson Education, Inc.
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
23/62
Overview: Gas exchange in humans involves
breathing, transport of gases, and exchange with
body cells
Three phases of gas exchange occur in humans
and other animals with lungs:
1. breathing,
2. transport of oxygen and carbon dioxide in blood, and
3. exchange of gases with body cells.
Body tissues take up oxygen and
release carbon dioxide.
Cellular respiration requires a continuous supply of
oxygen and the disposal of carbon dioxide.
© 2012 Pearson Education, Inc.
Figure 22 1
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
24/62
Figure 22.1
Lung
Breathing
Heart
O2
CO2
Blood
vessels
1
2
Circulatory
System
Transport
of gases by
the circulatorysystem
Mitochondria
Cell
CO2
O2
Capillary
Exchange of
gases with
body cells
3
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
25/62
Animals exchange O2 and CO2 acrossmoist body surfaces
Most animals have specialized body parts thatpromote gas exchange:
gills in fish and amphibians,
tracheal systems in arthropods, and lungs in tetrapods that live on land, such as
amphibians,
reptiles including birds, and mammals.
© 2012 Pearson Education, Inc.
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
26/62
Insang pada hewan akuatik
Insang merupakan lipatan luar dari tubuh yangmembentuk permukaan luas untuk pertukarangas
Fig. 42-21a
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
27/62
g
Parapodium (functions as gill)
(a) Marine worm
Fig. 42-21b
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
28/62
g
Gills
(b) Crayfish
Fig. 42-21c
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
29/62
(c) Sea star
Tube foot
Coelom
Gills
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
30/62
Ventilasi, merupakan suatu proses penting yang
membantu insang untuk mengambil oksigen dariair. Proses ventilasi menggerakkan mediumrespiratori pada permukaan respiratori.
Hewan akuatik menggerakkan air pada insang
untuk ventilasi
Insang pada ikan menggunakan sistemcountercurrent exchange (pertukaran arus bolak-balik ), dimana darah mengalir pada arah yangberlawanan dari arah pergerakan air dalaminsang melintasi; hal ini memungkinkan oksigenbergerak dari air ke dalam darah dengan sangatefisien.
Fig. 42-22
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
31/62
Anatomy of gills
Gill
arch
Water
flowOperculum
Gill
archGill filament
organization
Blood
vessels
Oxygen-poor blood
Oxygen-rich blood
Fluid flow
through
gill filament
Lamella
Blood flow through
capillaries in lamella
Water flow
between
lamellae
Countercurrent exchange
PO2(mm Hg) in water
PO2(mm Hg) in blood
Net diffu-
sion of O2from water
to blood
150 120 90 60 30
110 80 20Gill filaments
50140
2
/ 1 7 / 2 0 1 6
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
32/62
Sistem trakea pada serangga Sistem trakea pada serangga terdiri atas
tabung bercabang berukuran kecil yang
ada di dalam tubuh Tabung trakea mensuplai O2 secara
langsung ke sel-sel tubuh
Sistem respirasi dan sirkulasi terpisah
Serangga yang berukuran lebih besar harusmenventilasi sistem trakeanya agarkebutuhan O2 terpenuhi
Fig. 42-23
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
33/62
Air sacs
Tracheae
External
opening
Body
cell
Air
sacTracheole
Tracheoles Mitochondria Muscle fiber
2.5 µmBody wall
Trachea
Air
2/17/2016
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
34/62
Paru-paru
Pada sistem sirkulasi (terbuka dan
tertutup) gas diangkut antara pari-parudan bagian tubuh lainnya
Ukuran dan sistem yang kompleks dari
paru-paru berkolerasi dengan lajumetabolisme hewan tersebut
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
35/62
Sistem respirasi pada mamalia
Suatu sistem saluran percabanganmengangkut udara ke paru-paru
Udara dihirup melalui hidng menuju pharink melalu larynx, trachea, bronchi, bronchioles,dan alveoli, dimana terjadi pertukaran gas
Udara dilepaskan melewati pita suaramenghasilkan suara
Sekresi (pengeluaran) disebut surfactantsmelapisi permukaan alveoli
Fig. 42-24
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
36/62
Pharynx
Larynx
(Esophagus)
Trachea
Right lung
Bronchus
Bronchiole
DiaphragmHeart SEM
Leftlung
Nasalcavity
Terminalbronchiole
Branch of pulmonaryvein(oxygen-richblood)
Branch of pulmonaryartery(oxygen-poor blood)
Alveoli
ColorizedSEM50 µm
50 µm
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
37/62
Bernafas, pertukaran udara dalam paru-paru Suatu proses pertukaran udara dalam paru-paru
disebut dengan bernafas, terjadi menghirup udara(inhalation) dan mengeluarkan udara (exhalation)secara bergantian
Suatu amphibi, seperti katak, akan melakukan
pertukaran udara pada paru-parunya denganpositive pressure breathing, yang memaksa udaraturun ke trakea
Mamalia melakukan pertukaran udara pada paru-
parunya dengan cara negative pressurebreathing, dimana mendorong udara menujuparu-paru
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
38/62
Bernafas, pertukaran udara dalam paru-paru Volume paru-paru meningkat sejalan dengam
adanya kontraksi otot dada dan diafragma
Volume tidal merupakan volume udara dihiruppada setiap bernafas
Maksikum volume tidal merupakan kapasitas vital
Setelah melepaskan udara, residual volume dariudara tertinggal dalam paru-paru
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
39/62
Fig. 42-25
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
40/62
Lung
Diaphragm
Air
inhaled
Rib cage
expands as
rib musclescontract
Rib cage gets
smaller as
rib muscles
relax
Air
exhaled
EXHALATION
Diaphragm relaxes
(moves up)
INHALATION
Diaphragm contracts
(moves down)
2
/ 1 7 / 2 0 1 6
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
41/62
Burung memiliki delapan atau sembilankantung udara yang menjaga udara
mengalir melalui paru-paru
Udara melewati paru-paru hanya satuarah
Fig. 42-26
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
42/62
Anterior air sacs
Posterior air sacs Lungs
Air
Lungs
Air
1 mm
Trachea
Air tubes(parabronchi)in lung
EXHALATIONAir sacs empty; lungs fill
INHALATIONAir sacs fill
2
/ 1 7 / 2 0 1 6
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
43/62
Fig. 42-27
Breathingcontrolcenters
Cerebrospinalfluid
Pons
Medullaoblongata
Carotidarteries
Aorta
Diaphragm
Rib muscles
Pada manusia, pusan
pengendali bernafas adalah
pada dua daerah di otak,medulla oblongata dan pons
Pusat kontrol pernafasan di
dalam medulla menetapkan
ritme dasar.
Pusat kontrol di dalam pons
mengatur ritme, memuluskan
transisi antara inhalasi dan
ekshalasi
Pengendalian
sistem pernafasanpada manusia
2
/ 1 7 / 2 0 1 6
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
44/62
Pengendalian sistem pernafasan padamanusiaMedulla mengatur laju dam kedalaman
bernafas yang merespon perubahanpH dalam cairan cerebrospinal
Medulla mengatur laju dan kedalamanbernafas untuk menyesuaikankeperluan metabolisme
Pons mengatur kecepatan (tempo)
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
45/62
Fig. 42-27
Breathingcontrolcenters
Cerebrospinalfluid
Pons
Medullaoblongata
Carotidarteries
Aorta
Diaphragm
Rib muscles
Sensor pada pembuluh
darah utama mendeteksi
perubahan pH darah danmengirimkan impuls saraf ke
medulla. Sebagai responnya,
medulla mengubah laju dan
kedalaman pernafasan;
keduanya ditingkatkan ketika
kadar CO2 naik dan
dikurangi jika kadar CO2
turun
Pengendalian
sistem pernafasanpada manusia
2 / 1 7 / 2 0 1 6
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
46/62
Fig. 42-27
Breathingcontrolcenters
Cerebrospinalfluid
Pons
Medullaoblongata
Carotidarteries
Aorta
Diaphragm
Rib muscles
Sensor lainnya di dalam
aorta dan arteri carotid,
memberikan sinyal kemedulla untuk meningkatkan
laju pernafasan saat kadar
O2 di dalam darah menjadi
sangat rendah
Pengendalian
sistem pernafasanpada manusia
2 / 1 7 / 2 0 1 6
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
47/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
48/62
Ng
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
49/62
Sensor pada aorta dan arteri carotid
memonitor konsentrasi O2 and CO2 dalamdarah
Sensor ini merupakan pengatur kedua
pada bernafas
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
50/62
Adaptations for gas exchange includepigments that bind and transport gases
Pertahanan metabolisme pada sebagian
organisme membutuhkan darah yangmengangkut O2 dan CO2 dalam jumlah besar
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
51/62
Coordination of Circulation and GasExchangeDarah yang sampai pada paru-paru
memiliki tekanan parsial O2 rendah dan
tekanan parsial CO2 relatif tinggi dalamalveoli
Dalam alveoli, O2 berdifusi menuju ke
darah dan CO2 berdifusi menuju keudara
Fig. 42-28
Alveolus Alveolus
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
52/62
eo us
PO2 = 100 mm Hg
PO2 = 40 PO2 = 100
PO2 = 100PO2 = 40
Circulatorysystem
Body tissue
PO2 ≤ 40 mm Hg PCO2 ≥ 46 mm HgBody tissue
PCO2 = 46 PCO2 = 40
PCO2 = 40PCO2 = 46
Circulatorysystem
PCO2 = 40 mm Hg
eo us
(b) Carbon dioxide(a) Oxygen 2/17/2016
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
53/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
54/62
Respiratory Pigments Respiratory pigments, suatu protein yang mengangkut oksigen,
dapat meningkatkan jumlah oksigen yang dibawa
Arthropoda dan beberapa molusa memiliki hemocyanindengan copper (tembaga) sebagai komponen pengikat
oksigen
Sebagian besar vertebrata dan beberapa invertebratamenggunakan hemoglobin yang terkandung dalam eritrosit
β-chain
α- chain
iron
heme
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
55/62
Hemoglobin
Satu molekul hemoglobin dapat mengangkutempat molekul O2
Penguraian bagian hemoglobin menunjukkanbahwa perubahan kecil dalam tekanan parsialdari oksigen dapat menyebabkan perubahanbesar dalam pengangkutan O2
CO2 dihasilkan selama respirasi seluler menurunkan pH darah dan mengurangi afinitashemoglobin bagi O2; hal ini disebut denganBohr shift
Fig. 42-29b
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
56/62
O 2 s a t u r a t i o
n o f h e m o g l o b i n ( % )
40
0
20
60
80
0 40 80 10020 60
100
PO2 (mm Hg)
(b) pH and hemoglobin dissociation
pH 7.4
pH 7.2
Hemoglobin
retains less
O2 at lower pH
(higher CO2concentration)
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
57/62
Carbon Dioxide Transport
Hemoglobin juga membantupengangkutan CO2 dan membantu dalam
penyangga CO2 dari respirasi sel berdifusi ke dalam
darah dan diangkut baik pada plasmadarah, mengikat hemoglobin, atau sebagai
ion bicarbonate (HCO3 –
)
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
58/62
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
59/62
1. Karbondioksida yang dihasilkan oleh
jaringan-jaringan tubuh berdifusi ke
dalam cairan interstisial dan plasma.
2. Lebih dari 90% CO2 berdifusi ke dalam
sel darah merah, menyisakan 7% dalamplasma sebagai CO2 terlarut.
3. Sebagian CO2 diikat dan ditranspor oleh
hemoglobin.
4. Akan tetapi sebagian besar CO2bereaksi dengan air dalam sel darah
merah, membentuk asam karbonat
(H2CO3). Reaksi ini dikatalis olehkarbonat anhydrase dalam sel darah
merah.
5. Asam karbonat berdisosiasi ke dalam
ion bikarbonat (HCO3-) dan ion
hydrogen (H+).
6. Hemoglobin mengikat sebagian besar H+ dari H2CO3, sehingga mencegah H+
mengasamkan darah dan dengan
demikian mencegah pergeseran Bohr.
7. Sebagian besar HCO3- berdifusi ke
dalam plasma, dimana ion tersebut
diangkut dalam aliran darah menuju
parui-paru.
8 Di paru-paru, HCO3- berdifusi
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
60/62
8. Di paru paru, HCO3 berdifusidari plasma kedalam sel darahmerah, berkombinasi denganH+ yang dilepaskan dari
hemoglobin dan membentuk H2CO3.
9. Asam karbonat dikonversi lagimenjadi CO2 dan air. CO2 jugadilepaskan dari hemoglobin.
10. CO2berdifusi ke dalam plasma
dan cairan interstisial.11. CO2 berdifusi ke dalam
ronggaalveoli,dan dari situdibuang saat ekshalasi.Pengurangan kadar CO2dalam plasma mendorongpenguraian H2CO3 menjadiCO2 dan air dalam sel darahmerah (no 9), pembalikanreaksi yang terjadi di dekat
jaringan tubuh
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
61/62
Elite Animal Athletes
Mamalia bermigrasi dan penyelam
memiliki adaptasi evolusi yangmemungkinkan mamalia tersebutmelakukan aktivitas bernafas yang
melebihi kapasitas sistem respirasi
8/18/2019 4. Pertukaran Gas
62/62
Diving Mammals Sistem pernafasan pada hewan yang menyelam, dengan
cara menimbun O2 dan mengosongkan secara perlahan-lahan
Anjing laut Weddell memiliki nilai rasio darah terhadapvolume tubuh yang tinggi dan dapat menyimpan oksigendalam ototnya dalam protein myoglobin
Laju jantung berkurang, metabolisme berkurang
Berenangnya sedikit
Darah dialirkan ke tempat yang penting seperti otak, saraftulang belakang, mata, kelenjar adrenal dan plasentaapabila dalam keadaan hamil
Top Related