19
19
Judul: Respirasi
KAJIAN PUSTAKA
Definisi Respirasi
Respirasi adalah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi, baik menggunakan oksigen maupun tidak dari senyawa organik kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam proses tersebut dibebaskan sejumlah energi. Tenaga yang dibebaskan dalam respirasi berasal dari tenaga potensial kimia yang berupa ikatan kimia. (Sembiring, 2009: 24)
Jadi, respirasi adalah proses penguraian bahan makanan yang menghasilkan energi. Respirasi dilakukan oleh semua penyusun tubuh, baik sel-sel tumbuhan maupun sel hewan dan manusia. Respirasi dilakukan baik pada siang maupun malam hari. Respirasi terjadi pada seluruh bagian tubuh tumbuhan, pada tumbuhan tingkat tinggi respirasi terjadi baik pada akar, batang maupun daun dan secara kimia pada respirasi aerobik pada karbohidrat (glukosa) adalah kebalikan fotosintesis. Campbell (2002: 48) menyatakan bahwa "Pada respirasi pembakaran glukosa oleh oksigen akan menghasilkan energi karena semua bagian tumbuhan tersusun atas jaringan dan jaringan tersusun atas sel, maka respirasi terjadi pada sel".
Macam-macam Respirasi
Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, respirasi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu :
Respirasi Aerobik (Aerob)
Respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen-oksigen bebas untuk mendapatkan energi. Persamaan reaksi pada proses respirasi aerob secara sederhana dapat dituliskan: C6H12O6 + 6H2O –>>6H2O + 6CO2 + 675 kal
Dalam kenyataan reaksi yang terjadi tidak sesederhana itu. Banyak tahapan yang terjadi dari awal hingga terbentuknya energi.
Respirasi Anaerobik (Anaerob)
Respirasi anaerobik adalah reaksi pemecahan karbohidrat untuk mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Respirasi anaerobik menggunakan senyawa tertentu misalnya asam fosfoenol piruvat atau asetal dehida, sehingga pengikat hidrogen dan membentuk asam laktat atau alkohol. Respirasi anaerobik terjadi pada jaringan yang kekurangan oksigen contohnya, akan tumbuhan yang terendam air, biji-biji yang kulit tebal yang sulit ditembus oksigen, sel-sel ragi dan bakteri anaerobik. Pada respirasi anaerobik energi yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan respirasi aerobik. Reaksinya: C6H12O6 Ragi >> 2C2H5OH + 2CO2 + 21 Kal
Dari persamaan reaksi tersebut terlihat bahwa oksigen tidak diperlukan. Bahkan bakteri anaerobik seperti Klostidriium tetani (penyebab tetanus) tidak dapat hidup jika berhubungan dengan udara bebas.
Alat Respirasi
Alat respirasi adalah alat atau bagian tubuh tempat O2 yang dapat berdifusi masuk dan sebaliknya CO2 yang dapat berdifusi keluar. Alat respirasi pada tumbuhan berbeda dengan alat respirasi pada tumbuhan.
Alat Respirasi pada Tumbuhan
Respirasi terjadi pada seluruh bagian tubuh tumbuhan, pada tumbuhan tingkat tinggi respirasi terjadi baik pada akar, batang maupun daun dan secara kimia pada respirasi aerobik pada karbohidrat (glukosa) adalah kebalikan fotosintesis.
Alat Respirasi pada Hewan
Alat respirasi pada hewan bervariasi antara hewan yang satu dengan hewan yang lain, bahkan ada beberapa organisme yang belum mempunyai alat khusus sehingga oksigen berdifusi langsung dari lingkungan ke dalam tubuh, contohnya pada hewan bersel satu seperti porifera, dan coelenterata. Sedangkan alat respirasi pada hewan bersel banyak atau organisme multiseluler ada yang berupa paru-paru, insang, kulit, trakea, dan paru paru buku.
Proses Respirasi
Proses respirasi yang terjadi pada tumbuhan dan hewan tidaklah sama, hal ini karena keduanya memiliki alat pernapasan yang berbeda.
Proses Respirasi pada Tumbuhan
Respirasi pada tumbuhan menyangkut proses pembebasan energi kimiawi menjadi energi yang diperlukan untuk aktivitas hidup tumbuhan. Pada siang hari, laju proses fotosintesis yang dilakukan tumbuhan sepuluh kali lebih besar dari laju respirasi. Hal itu menyebabkan seluruh karbondioksida yang dihasilkan dari respirasi akan digunakan untuk melakukan proses fotosintesis. Respirasi yang dilakukan tumbuhan menggunakan sebagian oksigen yang dihasilkan dari proses fotosintesis, sisanya akan berdifusi ke udara melalui daun.
Respirasi Aerob
"Reaksi yang terjadi pada proses respirasi aerob yaitu, reaksi penguraian glukosa sampai menjadi H2O, CO2 dan energi melalui tiga tahap, yaitu glikolisis, daur Krebs, dan transpor elektron respirasi". (Rochmah, 2009: 47)
Glikolisis
Glikolisis adalah rangkaian reaksi kimia penguraian glukosa (yang memiliki 6 atom C) menjadi asam piruvat (senyawa yang memiliki 3 atom C), NADH, dan ATP. NADH (Nikotinamida Adenina Dinukleotida Hidrogen) adalah koenzim yang mengikat elektron (H),
sehingga disebut sumber elektron berenergi tinggi. ATP (adenosin trifosfat) merupakan senyawa berenergi tinggi. Setiap pelepasan gugus fosfatnya menghasilkan energi. Pada proses glikolisis, setiap 1 molekul glukosa diubah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 NADH, dan 2 ATP.
Dekarboksilasi Oksidatif dan Siklus Krebs
Dekarboksilasi Oksidatif
Senyawa hasil dari tahapan glikolisis akan masuk ke tahapan dekarboksilasi oksidatif, yaitu tahapan pembentukan CO2 melalui reaksi oksidasi reduksi (redoks) dengan O2 sebagai penerima elektronnya. Dekarboksilasi oksidatif ini terjadi di dalam mitokondria sebelum masuk ke tahapan siklus Krebs. Oleh karena itu, tahapan ini disebut sebagai tahapan sambungan (junction) antara glikolisis dengan siklus Krebs.
Pada tahapan ini, asam piruvat (3 atom C) hasil glikolisis dari sitosol diubah menjadi asetil koenzim A (2 atom C) di dalam mitokondria. Pada tahap 1, molekul piruvat (3 atom C) melepaskan elektron (oksidasi) membentuk CO2 (piruvat dipecah menjadi CO2 dan molekul berkarbon 2). Pada tahap 2, NAD+ direduksi (menerima elektron) menjadi NADH + H+. Pada tahap 3, molekul berkarbon 2 dioksidasi dan mengikat Ko-A (koenzim A) sehingga terbentuk asetil Ko-A. Hasil akhir tahapan ini adalah asetil koenzim A, CO2, dan 2NADH.
Siklus Krebs
Asetil-KoA yang telah terbentuk akan menjadi bahan baku pada siklus selanjutnya, yaitu siklus Krebs. Oleh karena itu, Asetil Ko-A disebut senyawa intemediate atau senyawa antara. Siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria dan disebut juga siklus asam trikarboksilat. Hal ini disebabkan siklus Krebs tersebut menghasilkan senyawa yang mempunyai 3 gugus karboksil, seperti asam sitrat dan asam isositrat. Asetil koenzim A hasil dekarboksilasi oksidatif memasuki matriks mitokondria untuk bergabung dengan asam oksaloasetat dalam siklus Krebs, membentuk asam sitrat. Demikian seterusnya, asam sitrat membentuk bermacam-macam zat dan akhirnya membentuk asam oksaloasetat lagi. Hasil akhir pada tahapan ini adalah 6 NADH, 2FADH2 dan 2ATP
Sistem Transportasi Elektron
Sistem transportasi elektron terjadi di membran dalam mitokondria. Pada tahap ini, elektron-elektron yang dibawa oleh produk glikolisis dan siklus Krebs (NADH dan FADH2) dipindahkan melewati beberapa molekul yang sebagian besar berupa protein. Transportasi elektron menghasilkan 90% ATP dari keseluruhan ATP hasil respirasi aerobik sel. Pada sistem transportasi elektron, NADH dan FADH2 masing-masing menghasilkan rata-rata 3 ATP dan 2 ATP. Sebanyak 2 NADH hasil glikolisis dan 2 NADH hasil dekarboksilasi oksidatif masing-masing menghasilkan 6 ATP. Sementara itu, 6 NADH dan 2 FADH2 hasil siklus Krebs masing-masing menghasilkan 18 ATP dan 4 ATP. Jadi, sistem transportasi elektron menghasilkan 34 ATP.
Respirasi Anaerob
Pada keadaan anaerob, piruvat diubah menjadi produk lain seperti etanol atau asam laktat melalui fermentasi. Oleh karena itu, fermentasi dikatakan sebagai kelanjutan dari glikolisis. Proses respirasi dan fermentasi tersebut dapat dilakukan pada suatu sel, tergantung pada ada tidaknya oksigen. Fermentasi dibedakan berdasarkan produknya, misalnya fermentasi alkohol (produknya alkohol) dan fermentasi asam laktat (produknya asam laktat). Penerima elektron pada proses fermentasi dapat berupa asam piruvat, yaitu pada fermentasi asam laktat. Sementara itu, penerima elektron pada fermentasi alkohol adalah asetaldehid. Energi yang dihasilkan pada fermentasi lebih kecil dibandingkan energi hasil respirasi aerobik, yaitu 2 ATP, sedangkan energi hasil respirasi aerobik adalah 38 ATP.
Proses Respirasi pada Hewan
Proses respirasi pada hewan berbeda-beda tergantung pada alat respirasinya. Contohnya pada serangga yang alat respirasinya berupa trakea maka proses respirasinya tentu akan berbeda dengan ikan yang alat respirasinya berupa insang. Adapun proses respirasi pada serangga yaitu, udara masuk dan ke luar melalui lubang kecil yang disebut spirakel atau stigma yang terdapat di kanan kiri tubuhnya. Dari spirakel, udara masuk ke pembuluh trakea yang memanjang. Trakea memanjang ini selanjutnya bercabang-cabang menjadi saluran halus yang masuk ke seluruh jaringan tubuh. Oksigen yang masuk melalui saluran ini akan langsung berdifusi ke dalam jaringan. Dengan cara yang sama, CO2 dilepaskan oleh jaringan, dan masuk ke pembuluh trakea, dan dikeluarkan. Oleh sebab itu, pada sistem trakea ini pengangkutan O2 dan CO2 tidak diedarkan oleh darah, karena darah serangga tidak mengandung hemoglobin.
Frekuensi Pernapasan
Gerakan pernapasan diatur oleh pusat pernapasan di otak, sedangkan aktivitas saraf pernapasan dirangsang oleh stimulus (rangsangan) dari karbon dioksida (CO2). Frekuensi pernapasan dipengaruhi oleh beberapa faktor berikut.
Umur
Bayi dan balita memiliki frekuensi bernapas lebih banyak dibanding orang dewasa. Hal itu disebabkan volume paru-paru yang relatif kecil dan sel-sel tubuh sedang berkembang sehingga membutuhkan banyak oksigen. Orang tua juga memiliki frekuensi napas lebih banyak karena kontraksi otot-otot dada dan diafragma tidak sebaik saat masih muda, sehingga udara pernapasan lebih sedikit.
Jenis Kelamin
Frekuensi pernapasan wanita pada umumnya lebih banyak daripada laki-laki. Hal ini disebabkan wanita pada umumnya memiliki volume paru-paru lebih kecil dari laki-laki sehingga frekuensi bernapasnya lebih banyak.
Suhu Tubuh
Semakin tinggi suhu tubuh, semakin cepat frekuensi pernapasannya. Hal ini berhubungan erat dengan peningkatan proses metabolisme tubuh.
Posisi Tubuh
Posisi tubuh sangat berpengaruh terhadap frekuensi pernapasan. Pada tubuh yang berdiri, otot-otot kaki akan berkontraksi sehingga diperlukan tenaga untuk menjaga tubuh tetap tegak berdiri. Untuk itu diperlukan banyak O2 dan diproduksi banyak CO2. Pada posisi tubuh berdiri, frekuensi pernapasannya meningkat. Pada posisi duduk atau tiduran, beban berat tubuh disangga oleh sebagian besar bagian tubuh sehingga terjadi penyebaran beban. Hal ini mengakibatkan jumlah energi yang diperlukan untuk menyangga tubuh tidak terlalu besar sehingga frekuensi pernapasannya juga rendah.
Kegiatan Tubuh
Orang yang banyak melakukan kegiatan memerlukan lebih banyak energi dibandingkan dengan orang yang tidak melakukan kegiatan (santai atau tidur). Oleh karena itu, tubuh memerlukan lebih banyak oksigen untuk oksidasi biologi dan lebih banyak memproduksi zat sisa. Tubuh perlu meningkatkan frukuensi pernapasan agar dapat menyediakan oksigen yang lebih banyak.
PELAKSANAAN PRAKTIKUM
Praktikum I: Respirasi pada Hewan
Alat
1 set respirometer sederhana.
Stopwatch/ jam tangan
Kapas
Suntikan kecil.
Bahan
Vaselin
KOH kristal.
Larutan Eosin.
Kecoa kecil dan kecoa besar.
Langkah Kerja
Menyediakan alat dan bahan yang dibutuhkan.
Mengambil kecoa yang besar.
Membungkus dua butir atau lebih KOH kristal dengan kapas, kemudian memasukkannya ke dalam respirometer.
Memasukkan kecoa ke dalam tabung respirometer yang berisi KOH kristal.
Menutup tabung respirometer dengan penutup yang berhubungan dengan pipa kaca berskala.
Mengolesi vaselin pada sambungan tabung respirometer dengan penutup pipa berskala untuk mencegah udara luar masuk ke dalam tabung.
Meletakkan kembali respirometer yang berisi kecoa pada sandarannya.
Menetesi larutan eosin pada ujung pipa kaca berskala sampai masuk ke dalam saluran pipa respirometer.
Mengamati pergeseran eosin sepanjang saluran pipa kaca berskala, kemudian mencatat pergeserannya setiap satu menit.
Melakukan pengamatan sampai esosin tiba pada skala 10 atau eosin tidak bergeser lagi.
Melakukan pengamatan yang sama pada kecoa kecil.
Membuat tabel hasil pengamatan sesuai dengan kreatifitas.
Praktikum II: Proses Fotosintesis Melalui Uji Ingenhousz
Alat
3 buah gelas beker (1 liter).
3 buah tabung reaksi.
3 buah corong kaca.
9 buah kawat kecil.
Bahan
Air
Tanaman Hydrilla sp.
Langkah Kerja
Menyediakan alat dan bahan yang dibutuhkan.
Merangkai alat dan bahan tersebut sesuai dengan gambar yang telah ada.
Memasukkan corong kaca dan tabung reaksi yang sudah berisi tanaman Hydrilla sp ke dalam gelas beker.
Membuat tiga jenis rakitan. Meletakkan ketiga rakitan di tempat yang berbeda. Tabung A di tempat yang teduh, tabung B di tempat yang terkena sinar matahari, dan tabung C di tempat yang gelap.
Membiarkan selama 20 menit. Kemudian mengamati ada tidaknya gelembung di dalam tabung reaksi tersebut. Membandingkan jumlah gelembung pada ketiga rakitan tersebut.
Membuat tabel hasil pengamatan.
HASIL PENGAMATAN PRAKTIKUM
Hasil Pengamatan Praktikum I: Respirasi pada Hewan
Hasil Pengamatan Praktikum II: Proses Fotosintesis Melalui Uji Ingenhousz
ANALISIS HASIL PENGAMATAN PRAKTIKUM
Analisis Hasil Pengamatan Praktikum I: Respirasi pada Hewan
Pengamat pertama-tama menyiapkan alat berupa satu set respirometer sederhana, stopwatch atau jam tangan, kapas, dan suntikan kecil. Bahan berupa vaselin, KOH kristal, larutan eosin, kecoa kecil dan kecoa besar. Selanjutnya, pengamat mengambil dua butir KOH kristal, membungkusnya dengan kapas, dan memasukkannya ke dalam tabung respirometer. Pengamat kemudian mengambil kecoa besar dan memasukkannya ke dalam tabung respirometer yang sebelumnya telah diisi dengan KOH kristal. Pengamat selanjutnya menutup tabung respirometer dengan penutup yang terhubung dengan pipa kaca skala. Pengamat kemudian mengoleskan vaselin pada sambungan tabung respirometer dengan penutup pipa berskala untuk mencegah udara luar masuk ke dalam tabung. Selanjutnya, pengamat meletakkan kembali respirometer yang berisi kecoa pada sandarannya. Pengamat kemudian menyuntikkan larutan eosin pada ujung pipa kaca berskala sampai masuk ke dalam saluran pipa respirometer. Pengamat selanjutnya mengamati pergeseran eosin sepanjang saluran pipa kaca berskala, kemudian mencatat pergeserannya setiap satu menit. Pengamat kemudian melakukan pengamatan yang kedua menggunakan kecoa yang lebih kecil, dengan memasukkan larutan eosin yang baru ke dalam ujung pipa respirometer yang telah dibersihkan. Selanjutnya, pengamat mengamati pergeseran eosin sepanjang saluran pipa kaca berskala, kemudian mencatat pergeserannya setiap satu menit. Pengamat kemudian membuat tabel hasil pengamatan.
Hasil yang diperoleh adalah pernapasan kecoa besar pada menit pertama 0,19 ml; menit kedua 0,28 ml; menit ketiga 0,36 ml; menit keempat 0,43 ml; menit kelima 0,48 ml, menit keenam 0,57 ml; menit ketujuh 0,63 ml; menit kedelapan 0,68 ml; menit kesembilan 0,73 ml; menit ke-10 0,77 ml; menit ke-11 0,82 ml; menit ke-12 0,85 ml; menit ke-13 0,89 ml; dengan rata-rata kecepatan 0,59 ml/menit. Sedangkan pernapasan kecoa kecil pada menit pertama 0,2 ml; menit kedua 0,34 ml; menit ketiga 0,4 ml; menit keempat 0,49 ml; menit kelima 0,55 ml, menit keenam 0,6 ml; menit ketujuh 0,65 ml; menit kedelapan 0,68 ml; menit kesembilan 0,73 ml; menit ke-10 0,77 ml; menit ke-11 0,82 ml; menit ke-12 0,85 ml; menit ke-13 0,89 ml; dengan rata-rata kecepatan 0,54 ml/menit.
Berdasarkan hasil pengamatan di atas diketahui bahwa pernapasan pada kecoa dipengaruhi oleh berat badan, dan banyaknya aktivitas yang dilakukan, semakin banyak gerakan maka semakin cepat pula pernapasan pada kecoa.
Analisis Hasil Pengamatan Praktikum II: Proses Fotosintesis Melalui Uji Ingenhousz
Pengamat pertama-tama menyiapkan alat berupa tiga buah gelas beker (1 liter), tiga buah tabung reaksi, tiga buah corong kaca, dan 9 buah kawat kecil. Bahan berupa air dan tanaman Hydrilla sp. Pengamat kemudian merangkai alat dan bahan sesuai dengan gambar yang telah disediakan dengan catatan tabung reaksi harus dalam keadaan penuh berisi air. Selanjutnya, pengamat memasukkan corong kaca dan tabung reaksi yang sudah berisi tanaman Hydrilla sp ke dalam gelas beker. Pengamat kemudian membuat tiga rakitan dan meletakkannya di tempat yang berbeda-beda. Rakitan pertama yang diberi nama tabung A diletakkan di tempat yang teduh, tabung B diletakkan di tempat yang terkena sinar matahari, dan tabung C ditempatkan di tempat yang gelap. Pengamat selanjutnya mengamati ada tidaknya gelembung di dalam tabung reaksi selama 20 menit. Pengamat kemudian menghitung jumlah gelembung yang terlihat dan membandingkan ketiganya. Pengamat selanjutnya membuat tabel hasil pengamatan.
Hasil yang diperoleh adalah tabung A yang diletakkan di tempat yang redup menghasilkan tujuh gelembung, tabung B yang diletakkan di tempat yang terang menghasilkan 920 gelembung, dan tabung C yang diletakkan di tempat yang gelap tidak menghasilkan gelembung.
Berdasarkan hasil pengamatan di atas diketahui bahwa jumlah gelembung yang berisi O2 merupakan hasil fotosintesis dari tanaman Hydrilla sp. dipengaruhi oleh banyaknya cahaya yang dapat ditangkap oleh tanaman.
KESIMPULAN
Kesimpulan Praktikum I: Respirasi pada Hewan
Kecepatan bernapas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti, besar dan berat badan, posisi tubuh dan kegiatan tubuh.
Kesimpulan Praktikum II: Proses Fotosintesis Melalui Uji Ingenhousz
Tumbuhan yang melakukan respirasi aerob membutuhkan cahaya untuk melakukan fotosintesis.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell. 1999. Biologi, Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga
Hanafi, Ikhsan. 2013. Buku Ajar Biologi Kelas XI. Surakarta: Citra Pustaka.
Muslimin, dkk. 2016. Panduan Pratikum Konsep Dasar IPA 2. Makassar: FIP UNM.
Rohima, Iip dan Diana Puspita. 2009. Alam Sekitar IPA Terpadu Kelas 7. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
Sembiring, Langkah dan Sudjino. 2009. Biologi kelas XII untuk SMA dan MA. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
Siti Nur Rochmah, dkk. 2009. Biologi SMA dan MA Kelas XII. Jakarta: Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
1
