1. Pengertian Sistem Respirasi

Sebelum mengenal sistem respirasi,hendaknya kita mengenal terlebih dahulu apa yang dimaksud dengan respirasi. Respirasi merupakan pembebasan energi yang tersimpan pada sumber energi dengan suatu proses kimia yang menggunakan oksigen. Proses tersebut melibatkan hidung, faring, laring, trakea, bronkus, bronkiolus dan alveoli. Dan itu merupakan sistem respirasi. Sistem respirasi adalah sistem organ yang digunakan untuk pertukaran gas.

Terdapat dua jenis pernafasan berdasarkan tempat berlangsungnya, yaitu pernafasan ekternal danpernafasan internal. Pernafasan ekstrnal adalahpernafasan yang terjadi di antara paru-paru dan darah. Pernafasan eksternal adalah pernafasan yang terjadi di antara darah dan jaringan.

Skema Proses Terjadinya Respirasi

Anatomi Sistem Pernafasan Manusia

a. Pleura

Pleura merupakan membran yang membungkus paru-paru. Pleura ada yang menempel pada paru paru disebut pleura visceral.dan pleura yang menempel pada rongga dalam paru paru disebut pleura parietal. Di antara pleura visceral dan parietal terdapat cairan pleura yang berfungsi untuk mengurangi gesekan antara pleura dan paru-paru sehingga tetap fleksibel.

Pleura

b. Rongga Dada

Rongga dada tediri dari tulang-tulang yang membentuk rangka dada yang terdiri dati costae (tulang iga), sternum (tulang dada), dan vertebrae torakal (tulang belakang tempat menempelnya tulang penyusun rangka dada.

Rongga Dada

c. Otot Pernafasan

Terdapat otot otot yang berfungsi dalam pernafasan, yaitu :

1) interkostalis eksterrnus (antar iga luar) yang mengangkat masing-masing iga.

2) sternokleidomastoid yang mengangkat sternum (tulang dada).

3) skalenus yang mengangkat 2 iga teratas.

Otot Pernafasan

4) interkostalis internus (antar iga dalam) yang menurunkan iga-iga.

5) Otot perut yang menarik iga ke bawah sekaligus membuat isi perut mendorong diafragma ke atas.

6) Otot dalam diafragma yang dapat menurunkan diafragma.

d. Percabangan Paru paru

Percabangna padaparu paru dari trakea. Trakea bercabang menjadi dua bagian, kanan dan kiri membentuk bronkus. Bronkus dilapisi tulang rawan yang berbentuk cincin yang disebut kolaps sehingga udara menjadi lancar. Bronkus kemudian bercabang lagi sebanyak 20-25 kali dan berakhir di alveoli. Di dalam paru paru, terdapat sekitar 300 juta alveoli dengan diameter + 0,2mm. Di sinilah terjadi interaksi antara pembuluh kapiler dengan udara.

Alveoli

2. Proses Pernafasan pada Manusia

1) Pertama, udara melewati lubang hidung (nostrils ). Udara ini disaring dengan meenggunakan bulu hidung (nasal hairs) dan dihangatkan serta diatur kelembabannya di rongga hidung (nasal cavity) dan sinus.

2) Dari sana, udara melewati faring.

3) Udara kemudian melewati laring (disebut juga the the Adam’s apple, voice box, atau vocal cords).

4) Laring terletak di atas pada ujung trakea. Pada permukaan trakea terdapat pseudostratified ciliated columnar epithelium yang mengangkat kotoran keluar. Jaringan epitelium ini bisa rusak karena merokok, tapi akan regenerasi setelah orang itu berhenti merokok.

5) Kemudian udara akan melewati bronkus yang bercabang dan bercabang lagi ke dalam. Cabang itu disebut bronkus. Terakhir, udara akan berakhir di alveoli, kemudian kembali lagi ke atmosfer.

Dalam melakukan respirasi atau pernafasan, ada dua cara yang biasa dilakukan.

1. Pernafasan dada.

Prosesnya :

Inspirsi (Inhalasi)

Ekspirasi (Ekshalasi)

Otot antar tulang rusuk luar berkontraksi

Otot antar tulang rusuk luar berelaksasi,

Tulang rusuk terangkat

Tulang rusuk akan tertarik ke posisi semula

Volume rongga dada membesar

Volume rongga dada mengecil

Paru-paru mengembang

Tekanan udara rongga dada meningkat

Tekanan udara lebih kecil dari udara atmosfer

Tekanan udara dalam paru-paru lebih tinggi dari udara atmosfer

Udara Masuk

Udara Keluar

Pernafasan Dada

2. Pernafasan perut.

Prosesnya

Inspirasi (Inhalasi)

Ekspirasi (Ekshalasi)

Otot diafragma berkontraksi

Diafragma berelaksasi dan otot dinding perut berkontraksi

Diafragma mendatar

Menyebabkan diafragma terangkat dan melengkung menekan rongga dada

Volume rongga dada membesar

Sehingga volume rongga dada mengecil

Tekanan udaranya mengecil

Tekanannya meningkat

Paru-paru yang mengembang

Paru paru memgecil

Udara masuk

Udara keluar

Inspirasi, baik dalam pernafasan dada atau pernafasan perut disebut proses aktif karena melibatkan kontraksi otot. Pada pernafasan dada melibatkan kontraksi otot antar tulang rusuk dan pada pernafasan perut melibatkan kontraksi otot diafragma.

Ekspirasi, baik itu pada pernafasan dada atau perut disebut proses pasif disebabkan karena melibatkan relaksasi otot. Pada pernafasan dada melibatkan relaksasi otot antar tulang rusuk dan pada pernafasan perut melibatkan relaksasi otot diafragma.

Proses Aktif dan Pasif

3. Pernafasan Aerob dan Anaerob

a. Pernafasan Aerob

Pernafasan Aerob adalah pernafasna yang membutuhkan oksigen (O2). Proses pernafasan aerob terjadi pada matriks mitokondria dan digunakan untuk memecah senyawa organik menjadi senyawa anorganik.

Prpses yang berlangsung adalah:

Glukosa + Oksigen Karbon Dioksida+Air+Energi

Pernafasan aerob memiliki empat tahapan, yaitu:

1) Glikolisis

Prosesnya terjadi di sitoplasma.

Enam molekul karbon glukosa diubah menjadi 2,3-molekul karbon

Untuk memulai proses, 2 molekul ATP digunakan. Empat molekul ATP dan 2 molekul NADH diproduksi.

2) Perubaan asetikkoenzim A- (Dekasboksilasi Oksidatif)

· Proses Deyang mana proses ini berlangsung karboksilasi Oksidatif ini di membran luar mitocondria sebagai fase antara sebelum Siklus Krebs ( Pra Siklus Krebs ) sehingga DO sering dimasukkan langsung dalam Siklus krebs . OK

· Reaksi oksidasi piruvat hasil glikolisis menjadi asetil koenzim-A, merupakan tahap reaksi penghubung yang penting antara glikolisis dengan jalur metabolisme lingkar asam trikarboksilat (daur Krebs). 

· Reaksi yang diaktalisis oleh kompleks piruvat dehidrogenase dalam matriks mitokondria melibatkan tiga macam enzim (piruvat dehidrogenase, dihidrolipoil transasetilase, dan dihidrolipoil dehidrogenase), lima macam koenzim (tiaminpirofosfat, asam lipoat, koenzim-A, flavin adenin dinukleotida, dan nikotinamid adenin dinukleotida) dan berlangsung dalam lima tahap reaksi. 

· Keseluruhan reaksi dekarboksilasi ini irreversibel, dengan ∆ G0 = - 80 kkal per mol.

· Reaksi ini merupakan jalan masuk utama karbohidrat kedalam daur Krebs.

· Tahap reaksi pertama dikatalis oleh piruvat dehidrogenase yang menggunakan tiamin pirofosfat sebagai koenzimnya. 

· Dekarboksilasi piruvat menghasilkan senyawa α-hidroksietil yang terkait pada gugus cincin tiazol dari tiamin pirofosfat. 

· Pada tahap reaksi kedua α-hidroksietil didehidrogenase menjadi asetil yang kemudian dipindahkan dari tiamin pirofosfat ke atom S dari koenzim yang berikutnya, yaitu asam lipoat, yang terikat pada enzim dihidrolipoil transasetilase. 

· Dalam hal ini gugus disulfida dari asam lipoat diubah menjadi bentuk reduksinya, gugus sulfhidril. Pada tahap reaksi ketiga, gugus asetil dipindahkan dengan perantara enzim dari gugus lipoil pada asam dihidrolipoat, kegugus tiol (sulfhidril pada koenzim-A). 

· Kemudian asetil ko-A dibebaskan dari sistem enzim kompleks piruvat dehidrogenase. 

· Pada tahap reaksi keempat gugus tiol pada gugus lipoil yang terikat pada dihidrolipoil transasetilase dioksidasi kembali menjadi bentuk disulfidanya dengan enzim dihidrolipoil dehidrogenase yang berikatan dengan FAD (flavin adenin dinukleotida). 

· Akhirnya (tahap reaksi kelima) FADH+ (bentuk reduksi dari FAD) yang tetap terikat pada enzim, dioksidasi kembali oleh NAD+ (nikotinamid adenin dinukleotida) manjadi FAD, sedangkan NAD+ berubah menjadi NADH (bentuk reduksi dari NAD+).

· Pengaturan Dekarboksilasi Piruvat

· Telah diketahui bahwa di samping mengandung tiga macam enzim tersebut di atas, kompleks enzim piruvat dehidrogenase juga mempunyai dua macam enzim yang terdapat dalam sub unit pengaturnya, yaitu piruvat dehidrogenase kinase dan piruvat dehidrogenase fosfatase. 

· Kedua enzim ini berperan dalam mengatur laju reaksi dekarboksilasi piruvat dengan cara mengendalikan kegiatan subunit katalitiknya pada kompleks enzim piruvat dehidrogenase itu sendiri.

· Untuk lebih jelasnya perhatikan skema ini 

· Bila jumlah ATP yang dihasilkan oleh daur kreb dan fosforilasi bersifat oksidasi terlalu banyak, keseimbangan reaksi akan berjalan kebawah (laju reaksi fosforilasi sub unit katalitik kompleks piruvat dehidrogenase bertambah besar) sehingga kegiatan kompleks piruvat dehidrogenase terhambat dan menjadi tidak aktif. 

· Hal ini menyebabkan terhentinya reaksi pembentukan asetil ko-A dari piruvat. Akibatnya, jumlah asetil ko-A yang diperlukan untuk daur Krebs akan berkurang sehingga laju reaksi daur Krebs terhambat dan produksi ATP terhenti. 

· Sebaliknya jika jumlah ADP banyak (ATP sedikit), keseimbangan reaaksi didorong ke atas (laju reaksi defosforilasi kompleks piruvat dehidrogenase bertambah besar) sehingga kegiatan kompleks piruvat dehidrogenase bertambah. 

· Akibatnya, reaksi dekarboksilasi piruvat menjadi asetil ko-A naik, sehingga laju reaksi daur Krebs bertambah besar dan produksi ATP bertambah banyak. 

3) Siklus Krebs

Masing masing dari kelompok 2 asetil karbon diproduksi darimolekul glukosa murni yang terikat ke molekul yang belum terbentuk untuk ,e,bemtuk sitrat. Dua asam sitrat molekul ini secara berangsur angsur teroksidasi, dan ion hidrogen nya mengikat NAD untuk membentuk NADH dan FAD untuk membentuk FADH2. Oxaloacetate diprosuksi saaat karbon terakhir dihasilkan dalam bentuk karbin dioksida.

4) Sistem Transport Elektron

· Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob.

· Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal.

· Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria.

· Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs.

· Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.

Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q.

Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP.

Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+.

Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c.

Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP.

· Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron.

· Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron.

· Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O).

· Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP.

· Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.

· Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH sebanyak 10 dan FADH2 2 molekul.

· Dalam transpor elektron ini, kesepuluh molekul NADH dan kedua molekul FADH2 tersebut mengalami oksidasi sesuai reaksi berikut.

· Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP

· Dan kira-kira 2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2.

· Jadi, dalam transpor elektron dihasilkan kira-kira 34 ATP.

· Ditambah dari hasil Glikolisis (2ATP) dan siklus Krebs (2 ATP), maka secara keseluruhan reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP

· Jadi dari satu molekul glukosa menghasilkan total 38 ATP.

· Akan tetapi, karena dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP. (lihat gambar)

b. Respirasi anaerob

Respirasi anaerob ialah oksidasi molekul dalam keadaan tidak terdapat oksigen untuk menghasilkan energi. Juga dikenal sebagai fermentasi.

Yang terjadi pada saat respirasi anaerob

1. Di dalam sel otot

Saat melakukan aktivitas, oksigen dalam jaringan otot menurun ke tingkat dimana respirasi aerob tidak terjadi pada kondisi yang cukup. Oleh karena itu, ada penambahan asam laktat yang membuat otot lelah

2. Di dalam Ragi

Fermentasi pada akhirnya menghasilkan etil alkohol dan CO2.

Rumus kimia untuk respirasi anaerob

Energi + Glukosa Etanol + Carbon Dioxida + Energi

c. Perbandingan Respirasi Aerob dan Anaerob

Respirasi Aerob melbih efisien dalam menghasilkan energi daripada fermentasi. Berikut data mengenai efisiensi energi pada respirasi aeob dan anaerob.

Efisiensi Fermentasi (Anaerob) dengan Aerob

Fermentasi (Anaerob)

Aerob

Total Energi yang diubah dalam reaksi

56 kkal

686 kkal

ATP dihasilkan

2

36

Efisiensi energi yang diambil dari energi yang disimpan

25%

37%

Total energi yang disimpan sebagai energi tinggi ikatan fosfat

14kkal

252kkal

Fraksi dari total energi bebas yang tersedia dari molekuk glukosa yang diambil sebagai ATP

2%

37%

DAFTAR PUSTAKA

swam,jim. The Resparatory System.2006.

Makalah Anatomi Sistem Respirasi Oleh MUH. IKHSAN / 1A AKEDEMI KEPERAWATAN PRODI D-III MANOKWARI ANGKATAN IV 2008

Presentasi Elissa Seidman Edwin Yu : Aerobic/Anaerobic Respiration

http://kambing.ui.ac.id/bebas/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Biologi/0117%20Bio%203-1f.htm

http://biologigonz.blogspot.com/

http://id.shvoong.com/

www.cbu.edu/~seisen/AerobicRespiration.htm

http://gurungeblog.wordpress.com/

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/P/Pulmonary.html

http://biology.clc.uc.edu/courses/bio105/respirat.htm

http://www.wikipedia.org/wiki/sistem_pernafasan.html

http://aadesanjaya.blogspot.com/2010/10/sistem-pernafasan.html

http://leavingbio.net/Respiratory%20System/THE%20RESPIRATORY%20SYSTEM.htm

SMAN 2 Kuningan

Pajri aprilio

XI NS 2

The Respiratory System

Sistem Pernafasan

Biologi

ATP

O

H

CO

O

O

H

C

Enzymes

36

6

6

6

2

2

2

6

12

6

+

+

¾

¾

¾

®

¾

+

ATP

CO

OH

CH

CH

O

H

C

ATP

Enzymes

4

2

2

2

2

2

3

6

12

6

+

+

¾

¾

¾

®

¾

+

¾

¾

®

¾

Yeast