Mekanisme Pertukaran Gas O 2 dan CO 2

2. Mekanisme Pertukaran Gas O 2 dan CO 2

  Bernapas merupakan kegiatan mengambil dan mengeluar- kan udara pernapasan melalui paru-paru. Arti yang lebih khusus yaitu pertukaran gas yang terjadi di dalam sel dengan ”lingkungannya”. Pada pernapasan langsung, pengambilan udara pernapasan dilakukan secara langsung oleh permukaan tubuh dan pada pernapasan tidak langsung melalui saluran per- napasan.

  Manusia bernapas secara tidak langsung, artinya udara per- napasan tidak berdifusi langsung melalui seluruh permukaan kulit. Selaput tipis tempat berlangsungnya difusi gas tersebut terlindung di bagian dalam tubuh, berupa gelembung paru-paru (alveolus). Pernapasan atau pertukaran gas pada manusia berlangsung melalui dua tahap yaitu pernapasan luar (eksternal) dan pernapasan dalam (internal). Perhatikan Gambar 7.3.

  a. Bernapas Pernapasan Luar (Eksternal)

  Pernapasan luar merupakan pertukaran gas di dalam

  Inspirasi

  paru-paru. Oleh karena itu, berlangsung difusi gas dari luar masuk ke dalam aliran darah. Dengan kata lain, pernapasan

  CO 2

  luar merupakan pertukaran gas (O 2 dan CO 2 ) antara udara

  dan darah.

  O Pada pernapasan luar, darah akan masuk ke dalam 2 kapiler paru-paru yang mengangkut sebagian besar karbon

  Ekspirasi

  dioksida sebagai ion bikarbonat (HCO – 3 ) dengan persamaan

  reaksi seperti berikut.

  H Pernapasan eksternal + + HCO –

  3 ⎯→ H 2 CO 3

  Sisa karbon dioksida berdifusi keluar dari dalam darah Pernapasan internal dan melakukan reaksi sebagai berikut.

  Enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalam sel-sel

  O 2

  darah merah dapat mempercepat reaksi. Ketika reaksi berlangsung, hemoglobin melepaskan ion-ion hidrogen yang

  CO 2

  telah diangkut; HHb menjadi Hb. Hb merupakan singkatan dari haemoglobin, yaitu jenis protein dalam sel darah merah.

  Pertukaran gas

  Selanjutnya, hemoglobin mengikat oksigen dan menjadi Sumber: Biology, Mader S.S.

  oksihemoglobin (HbO 2 ).

  Gambar 7.3 Hb + O 2 ⎯→ HbO 2 Proses pernapasan internal dan

  Selama pernapasan luar, di dalam paru-paru akan terjadi eksternal pada manusia pertukaran gas yaitu CO 2 meninggalkan darah dan O 2 masuk ke dalam darah secara difusi. Terjadinya difusi O 2 dan CO 2

  ini karena adanya perbedaan tekanan parsial. Tekanan udara luar sebesar 1 atm (760 mmHg), sedangkan tekanan parsial

  O 2 di paru-paru sebesar ± 160 mmHg. Tekanan parsial pada kapiler darah arteri ± 100 mmHg, dan di vena ± 40 mmHg.

  Hal ini menyebabkan O 2 dari udara berdifusi ke dalam darah. Sementara itu, tekanan parsial CO dalam vena 2 ± 47 mmHg, tekanan parsial CO 2 dalam arteri ± 41 mmHg, dan tekanan parsial CO 2 dalam alveolus ± 40 mmHg. Adanya perbedaan

  tekanan parsial tersebut menyebabkan CO 2 dapat berdifusi

  dari darah ke alveolus.

  Biologi Kelas XI

  Pada pernapasan dalam (pertukaran gas di dalam jaringan tubuh) darah masuk ke dalam jaringan tubuh, oksigen meninggalkan hemoglobin dan berdifusi masuk ke dalam cairan jaringan tubuh. Reaksinya sebagai berikut.

  HbO 2 ⎯→ Hb + O 2

  Difusi oksigen keluar dari darah dan masuk ke dalam cairan jaringan dapat terjadi, karena tekanan oksigen di dalam cairan jaringan lebih rendah dibandingkan di dalam darah. Hal ini disebabkan karena sel-sel secara terus- menerus menggunakan oksigen dalam respirasi selular.

  Dari proses pernapasan yang terjadi di dalam jaringan menyebabkan terjadinya perbedaan komposisi udara yang masuk dan yang keluar paru-paru.

  Perlu diketahui bahwa tekanan parsial O 2 pada kapiler darah nadi ± 100 mmHg dan tekanan parsial O 2 dalam

  jaringan tubuh kurang dari 40 mmHg. Sebaliknya tekanan karbon dioksida tinggi, karena karbon dioksida secara terus- menerus dihasilkan oleh sel-sel tubuh. Tekanan parsial CO 2 dalam jaringan ± 60 mmHg dan dalam kapiler darah

  ± 41 mmHg. Hal inilah yang menyebabkan O 2 dapat ber-

  Komposisi Udara Keluar Masuk

  difusi ke dalam jaringan dan CO 2 berdifusi ke luar jaringan.

  Paru-Paru

  Dalam keadaan biasa, tubuh kita menghasilkan 200 ml

  Udara yang

  Udara yang di-

  karbon dioksida per hari. Pengangkutan CO 2 di dalam darah

  diisap (mmHg) embuskan (mmHg)

  dapat dilakukan dengan tiga cara berikut.

  1) Sekitar 60–70 CO 2 diangkut dalam bentuk ion

  Oksigen 158,0 (20,79)

  bikarbonat (HCO (O – 2 ) 3 ) oleh plasma darah, setelah asam

  karbonat yang terbentuk dalam darah terurai menjadi

  dioksida

  ion hidrogen (H + ) dan ion bikarbonat (HCO – 3 ).

  Ion H bersifat racun, oleh sebab itu ion ini segera diikat Hb, sedangkan ion HCO – 3 meninggalkan eritrosit masuk ke plasma darah. Kedudukan ion HCO – 3 dalam eritrosit

  (H 2 O)

  diganti oleh ion klorit. Persamaan reaksinya sebagai berikut.

  H 2 O + CO 2 →H 2 – CO 3 →H + + HCO 3

  2) Lebih kurang 25 CO 2 diikat oleh hemoglobin membentuk karboksihemoglobin. Secara sederhana, reaksi CO 2 dengan Hb ditulis sebagai berikut.

  CO 2 + Hb → HbCO 2 Karboksihemoglobin disebut juga karbominohemoglobin

  karena bagian dari hemoblogin yang mengikat CO 2 adalah gugus asam amino.

  Reaksinya sebagai berikut. CO 2 + RNH 2 → RNHCOOH

  3) Sekitar 6–10 CO 2 diangkut plasma darah dalam bentuk

  senyawa asam karbonat (H 2 CO 3 ).

  Anda dapat lebih mengetahui mengenai kandungan karbon dioksida di dalam pernapasan dengan melakukan kegiatan berikut.

  224 Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewan

  Mengidentifikasi Kandungan Karbon

  untuk mengembuskan napas ke dalam botol soda

  Dioksida dalam Napas yang Diembuskan

  yang berisi air. Hidupkanlah stop-watch ketika

  Sediakan 2 botol bekas soda yang terbuat dari

  Anda mulai mengembuskan napas ke dalam air.

  kaca, air, spidol, kertas label, indikator brom timol

  Lanjutkanlah untuk mengembuskan napas dengan total waktu yang sama dengan yang Anda butuh-

  biru (brom thymol blue), 2 buah sedotan, dan

  kan untuk mengembuskan napas ke dalam brom

  stopwatch. Sediakan pula bahan dan alat untuk

  timol biru.

  membuat larutan brom timol biru yaitu stoples berkapasitas 1 liter, 1 liter air suling, 0,1 gram brom timol biru, dan amonia cair atau NH OH (jika

  Sedotan

  diperlukan). Cara membuat larutan brom timol biru sebagai berikut.

  1. Isi stoples dengan air suling.

  2. Tambahkan brom timol biru ke dalam stoples.

  KONTROL

  BROM TIMOL BIRU

  3. Tutup stoples dan kocoklah supaya tercampur.

  4. Jika larutan yang dihasilkan berwarna hijau atau kuning tambahkanlah amonia cair setetes demi setetes sehingga larutan berwarna biru.

  Air suling

  Larutan indikator

  Setelah membuat larutan brom timol biru,

  Pertanyaan:

  lakukanlah kegiatan inti. Pertama-tama, isilah satu

  1. Apa yang akan terjadi pada larutan indikator

  botol soda dengan air setengahnya, tempelkanlah

  yang berisi brom timol biru setelah Anda me-

  kertas label pada sisi botol dan tulislah ”Kontrol”.

  ngembuskan napas ke dalamnya? Mengapa?

  Isilah botol soda yang kedua dengan indikator

  2. Apa yang terjadi pada larutan kontrol yang

  brom timbol biru, berilah label ”Brom Timol Biru”.

  berisi air setelah Anda mengembuskan napas

  Gunakan sedotan untuk mengembuskan napas

  ke dalamnya?

  ke dalam brom timol biru, berhati-hatilah jangan

  3. Berapa waktu yang diperlukan brom timol biru

  sampai menghirup larutannya. Hidupkanlah

  untuk berubah menjadi kuning? Bandingkan

  stopwatch ketika Anda mulai mengembuskan

  dengan kelompok lain.

  napas ke dalam brom timol biru. Matikanlah

  4. Apa kesimpulan Anda dari kegiatan di atas?

  stop-watch ketika larutan berubah menjadi kuning.

  Tulislah hasil laporan Anda dan kumpulkan kepada

  Catatlah total waktu ketika Anda mengembuskan

  bapak atau ibu guru Anda.

  napas. Setelah itu, gunakan sedotan yang kedua

  Tidak semua CO 2 yang diangkut darah melalui paru-paru

  dibebaskan ke udara bebas. Darah yang melewati paru-paru

  hanya membebaskan 10 CO 2 . Sisanya sebesar 90 tetap

  bertahan di dalam darah dalam bentuk ion-ion bikarbonat. Ion-ion bikarbonat dalam darah ini sebagai buffer atau penyangga karena mempunyai peran penting dalam menjaga stabilitas pH darah.

  Apabila terjadi gangguan pengangkutan CO 2 dalam darah, kadar asam karbonat (H 2 CO 3 ) akan meningkat

  sehingga akan menyebabkan turunnya kadar alkali darah yang berperan sebagai larutan buffer. Hal ini akan menyebabkan terjadinya gangguan fisiologis yang disebut asidosis.

  Biologi Kelas XI

  Anda dapat lebih memahami proses berlangsungnya per- napasan luar dan pernapasan dalam pada manusia dengan mengamati Gambar 7.4 di bawah ini.

  Kapiler darah

  Dalam paru-paru:

  Vena cava

  HC O 3 Arteri pulmonari – +H + →H 2 CO 3 →H 2 O + CO 2

  superior

  CO 2 O 2 Vena pulmonari

  Kapiler darah

  paru-paru

  Atrium kiri

  Atrium kanan Ventrikel kanan

  Ventrikel kiri Aorta

  Vena cava inferior

  CO 2 O 2 Sel jaringan

  Dalam jaringan: Hb O 2 → Hb + O 2 CO 2 +H 2 O →H 2 CO 3 → HCO 3 – +H +

  Sumber: Biology, Mader S.S. Gambar 7.4

  Skema pernapasan dalam dan pernapasan luar manusia

  Setelah sampai dalam jaringan, gas O 2 dipergunakan

  untuk respirasi sel, yaitu untuk mengoksidasi zat makanan

  (glukosa) sehingga dapat dihasilkan energi, gas CO 2 , dan

  uap air. Anda akan membahas lebih lanjut mengenai respirasi selular di kelas XII pada bab II tentang Metabolisme Sel.

  Anda telah mempelajari proses pertukaran oksigen dan karbon dioksida saat pernapasan melalui difusi. Lakukanlah kegiatan diskusi berikut agar Anda lebih memahami proses terjadinya difusi.

  Selama ini, mungkin kita sering mendengar atau bahkan melihat peristiwa orang tenggelam. Banyak sekali orang tenggelam yang meninggal dunia. Mengapa orang yang tenggelam dapat meninggal

  dunia dan apa kaitannya dengan difusi O 2 dan CO 2 ? Diskusikanlah

  jawabannya bersama teman-teman Anda dan bahaslah bersama bapak atau ibu guru Anda di kelas.

  Dari uraian di atas, tentu Anda telah mengetahui proses

  pengangkutan O 2 dan CO 2 dalam tubuh kita yang lebih dikenal

  dengan sistem pernapasan. Mekanisme pernapasan dapat kita pelajari dalam uraian materi berikut.

  226 Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewan