4. Pertukaran Gas

8/18/2019 4. Pertukaran Gas

1/62

PERTUKARANGAS

JURUSAN BIOLOGI UIN SGD BANDUNG2016


2/62


3/62

Overview: Trading Places

Insang merupakan contohsistem pertukaran yang khusus

pada hewan

Transpor internal danpertukaran gas sangatberkaitan erat pada sebagian

besar hewan


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.


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


6/62

Figure 22.0_2


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


8/62

Fungsi sistem respirasi

Menghasilkan bunyi termasuk bicara, nyanyi dankomunikasi nonverbal

Memberikan sensasi olfaktori

(pembauan/penciuman) ke sistem saraf pusat


9/62


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


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


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


13/62


14/62


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


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


17/62


18/62


19/62

Manusia tidak bisa hidup padaketinggian 6000 meter dari permukaanlaut.

MENGAPA?


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.


21/62

MECHANISMSOF GAS

EXCHANGE



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.



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.


Figure 22 1


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


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.



26/62

Insang pada hewan akuatik

Insang merupakan lipatan luar dari tubuh yangmembentuk permukaan luas untuk pertukarangas

Fig. 42-21a


27/62

g

Parapodium (functions as gill)

(a) Marine worm

Fig. 42-21b


28/62

g

Gills

(b) Crayfish

Fig. 42-21c


29/62

(c) Sea star

Tube foot

Coelom

Gills


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


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


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


33/62

Air sacs

Tracheae

External

opening

Body

cell

Air

sacTracheole

Tracheoles Mitochondria Muscle fiber

2.5 µmBody wall

Trachea

Air

2/17/2016


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


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


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


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


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


39/62

Fig. 42-25


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


41/62

Burung memiliki delapan atau sembilankantung udara yang menjaga udara

mengalir melalui paru-paru

Udara melewati paru-paru hanya satuarah

Fig. 42-26


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


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


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)


45/62

Fig. 42-27


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


2 / 1 7 / 2 0 1 6


46/62

Fig. 42-27


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


2 / 1 7 / 2 0 1 6


47/62


48/62

Ng


49/62

Sensor pada aorta dan arteri carotid

memonitor konsentrasi O2 and CO2 dalamdarah

Sensor ini merupakan pengatur kedua

pada bernafas


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


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


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


53/62


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


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


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)


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 –

)


58/62


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


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


61/62

Elite Animal Athletes

Mamalia bermigrasi dan penyelam

memiliki adaptasi evolusi yangmemungkinkan mamalia tersebutmelakukan aktivitas bernafas yang

melebihi kapasitas sistem respirasi


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

4. Pertukaran Gas

Documents