topik 4 respirasi haiwan

SCE 3101 Hidupan dan Proses Kehidupan

TOPIK 4Sinopsis

RESPIRASI HAIWAN

Respirasi merujuk pada proses penghasilan tenaga melalui oksidasi makanan. Respirasi terbahagi kepada dua peringkat iaitu respirasi luar (pernafasan) dan respirasi dalam ataupun respirasi sel. Respirasi luar melibatkan pengambilan gas oksigen dan pembebasan gas karbon dioksida. Respirasi dalam merujuk pada proses penghasilan tenaga dalam sel melalui pengoksidaan glukosa. Topik ini berfokuskan pada proses respirasi luar (pernafasan). Anda akan mempelajari tentang pelbagai jenis organ pernafasan, mekanisme pernafasan manusia dan pengangkutan oksigen. Hasil Pembelajaran Terangkan struktur dan mekanisma pelbagai jenis organ pernafasan. Huraikan mekanisme pernafasan dalam manusia. Huraikan proses pengangkutan oksigen. antara serangga, ikan dan manusia. Ringkasan Keseluruhan Banding dan beza struktur organ pernafasan dan mekanisme pernafasan. di

Respirasi Luar Haiwan

Organ pernafasan

Mekanisme Pernafasan

Pengangkutan oksigen

Rajah 4.1: Ringkasan Keseluruhan Isi Kandungan

41


Pengenalan Organisma memerlukan tenaga untuk semua proses hidup. Tenaga diperolehi melalui proses respirasi. Respirasi di bahagi kepada respirasi luar (pernafasan) dan respirasi dalam (respirasi sel). Respirasi luar merujuk pada pengangkutan oksigen daripada udara luar ke dalam sel badan dan pengangkutan karbon dioksida dari sel badan ke udara luar. Respirasi dalam ialah proses metabolik yang berlaku dalam sel badan. Glukosa ialah substrat utama untuk respirasi sel. Semasa respirasi dalam, oksigen bertindakbalas dengan glukos untuk menghasilkan tenaga, karbon dioksida dan air. Anda akan belajar tentang respirasi dalam (respirasi sel) dalam topik 6. Dalam topik ini anda akan belajar tentang organ-organ pernafasan, mekanisme pernafasan dan pengangkutan oksigen dalam serangga, ikan dan manusia. Pernafasan melibatkan pengambilan oksigen dan penyingkiran karbon dioksida daripada badan hidupan. Dalam organisma unisel seperti Amoeba, pertukaran gas berlaku melalui resapan ringkas. Tetapi dalam organisma multisel, organ pernafasan yang khas diperlukan untuk pertukaran gas. Organ pernafasan terlibat dalam pertukaran gas di antara organisma dan persekitaran. Organ pernafasan hidupan yang berlainan adalah berbeza disesuaikan untuk bernafas dengan cekap. Organ pernafasan yang anda akan belajar dalam topik ini ialah sistem trakea, insang dan paru-paru. Jadual 4.1 menunjukkan organ pernafasan untuk organisma berlainan. Organisma Serangga Ikan Manusia Mamalia Katak Organ Pernafasan Sistem trakea Insang Paru-paru Paru-paru Kulit, paru-paru

Jadual 4.1: Organ Pernafasan Organisma42


4.1

Sistem Pernafasan Serangga

Pemikiran

Perhatikan seekor belalang atau lipas. Bagaimanakah pernafasan berlaku dalam haiwan-haiwan ini? Adakah serangga mempunyai sistem peredaran darah untuk mengangkut gas-gas pernafasan?

Sistem pernafasan bagi serangga seperti lipas dan belalang dikenal sebagai sistem trakea. Rajah 4.2 menunjukkan sistem trakea dalam serangga. Sistem trakea terdiri daripada jaringan tiub kecil yang dipanggil trakea. Trakea disambung pada udara luar melalui pembukaan yang dipanggil spirakel. Udara masuk melalui spirakel ke dalam trakea. Trakea bercabang berulang kali untuk membentuk salursalur halus yang dipanggil trakeol. Dinding trakeol adalah nipis dan lembab. Setiap sel di dalam badan serangga dibekalkan dengan sekurang-kurangnya satu trakeol. Pertukaran gas berlaku di antara trakeol dan sel badan. Oleh itu serangga tidak memerlukan darah untuk mengangkut oksigen.spirakel Kutikel Tiub trakea utama

spirakel

Cabang-cabang trakea (trakeol) membekalkan sel dengan oksigen

Rajah 4.2: Sistem Trakea Serangga.43


Jadual 4.2 menunjukkan ciri-ciri dan penyesuaian sistem respirasi serangga. Bahagian Spirakel Ciri-Ciri dan Penyesuaian Merupakan liang pernafasan yang

membuka ke sistem trakea. Terdapat satu pasang pada satu segmen di kedua-dua belah sisi toraks dan abdomen lipas dan belalang. Pembukaan dan penutupan spirakel dikawal oleh injab semasa udara masuk atau keluar.

Tiub Trakea

Disusun membujur dan melintang di badan untuk memaksimumkan kitin untuk

seluruh

pengudaraan. Terdapat gelang-gelang menjadikan tiub trakea teguh. Membuka kepada trakeol, iaitu tiub yang lebih kecil.

Trakeol

Tiub antara sel yang menembusi sel-sel Di hujung trakeol, oksigen melarut dalam

badan. cecair sebelum terserap ke dalam sel badan.

Jadual 4.2: Ciri-Ciri dan Penyesuaian Sistem Respirasi Serangga

44


4.1.1 Mekanisme Pernafasan Serangga Serangga menarik dan melepaskan nafas dengan mengembang dan menguncupkan toraks serta abdomennya secara beritma. Pengecutan otot abdomen serangga mampatkan organ dalam dan tindakan ini memaksa udara keluar (lepas nafas). Pengenduran otot abdomen membolehkan udara disedut masuk (tarik nafas).

Latihan 4.2

Jika bahagian kepala seekor belalang dicelup ke dalam air dan meninggalkan toraks serta abdomennya di luar air, belalang itu tidak akan mati lemas. Apakah penerangan bagi pemerhatiannya ini?

Rehat

4.2

Sistem Pernafasan Ikan

Organ pernafasan ikan ialah insang. Insang ialah struktur respirasi yang khusus untuk pernafasan dalam air. Insang di sesuaikan untuk menyerap oksigen terlarut dalam air. Insang terletak di kedua-dua sisi badan ikan dan ditutupi oleh penutup insang atau operkulum. Lihat Rajah 4.3. Operkulum ialah struktur berotot yang menutup dan melindungi insang. Operkulum berkoordinasi dengan mulut dalam mekanisme pernafasan ikan.

45


rongga hidung

mata

operkulum

lengkung insang pertama mulut

Rajah 4.3: Kepala Ikan Kebanyakkan ikan mempunyai empat pasang insang, empat di sebelah kanan ikan dan empat lagi di sebelah kiri ikan. Setiap insang terdiri daripada satu lengkung insang yang keras dan dua baris filamen insang. Setiap filamen insang mempunyai lapisan menegak di permukaan atas dan bawah yang dipanggil lamela gill. Lamela gill merupakan permukaan untuk pertukaran gas berlaku. Kaji Rajah 4.4. yang menunjukkan gambarajah insang. Filamen insang dibekalkan dengan jalinan kapilari yang banyak. Dinding filamen yang halus memudahkan resapan oksigen ke dalam kapilari darah. Sisir insang berbaris pada lengkung insang dan menapis zarah-zarah kecil seperti pasir supaya tidak memasuki bahagian filamen dan merosakkannnya.

46


lengkung insang lamela insang

kedudukan menegak sisir-sisir ikan filamen insang

Rajah 4.4: Insang Ikan

Membuat Nota

Terangkan apa yang anda fahami mengenai istilah-istilah berikut: Insang, lengkung insang, filamen insang, lamela insang dan sisir insang. Sediakan jawapan anda dalam bentuk peta minda

Rehat

47


Eksperimen

Penyiasatan Sistem Respirasi Ikan Tujuan: Bahan dan radas: Prosedur : 1. Ikan bertulang mempunyai operkulum atau penutup insang di kedua-dua sisi badan. Potong operkulum pada satu sisi untuk mendedahkan insang. Berapa pasang insang yang anda perhatikan? Lukiskan pemerhatian anda. 2. Insang disambung pada struktur bertulang yang dipanggil Menyiasat sistem respirasi ikan Ikan, instrumen pembedahan, papan pembedahan, mikroskop, kanta tangan,

lengkung insang. Setiap insang terdiri daripada satu lengkung insang dan dua baris filamen insang. Perhatikan filamen insang di bawah mikroskop. Lukis dan label struktur ini. Namakan saluran darah yang terdapat dalam filamen insang. 3. Pertukaran gas berlaku di filamen insang. Huraikan ciri-ciri

penyesuaian filamen insang yang membolehkan pertukaran gas yang effisien. 4. Terangkan fungsi insang filamen.

48


4.2.1 Mekanisme Pernafasan Ikan Adakah anda perhatikan ikan dalam air? Mulut ikan sentiasa terbuka dan tertutup. Ini ialah cara ikan bernafas. Adakah anda tahu kepekatan oksigen dalam air adalah kurang berbanding dengan udara. Ikan memerlukan sistem pertukaran gas yang efisien untuk memastikan cukup oksigen diperolehi untuk pernafasan. Ikan bernafas dengan membuka dan menutup mulut dan operkulum secara selang seli. Lihat Rajah 4.5 dan baca apa yang berlaku semasa ikan membuka dan menutup mulut. (a) (b) Pembukaan mulut / Air masuk Mulut ikan membuka. Rongga mulut membesar, isipadu bertambah. Tekanan dalam mulut menurun. Operlulum menutup kerana tekanan diluar Air dengan oksigen terlarut masuk. Penutupan mulut / Air keluar Mulut ikan tutup Rongga mulut mengecil, isipadu menurun Tekanan dalam mulut tinggi Operkulum membuka Air dipaksa keluar Rajah 4.5: Pembukaan dan Penutupan Mulut Ikan Operkulum buka Operkulum tutup

lebih tinggi.

49


4.2.2

Pertukaran Dalam Aliran Bertentangan (Countercurrent exchange)

Kecekapan pertukaran gas dalam ikan ditambah lagi dengan mekanisme countercurrent exchange. Ini merujuk pada pengaliran darah pada arah yang bertentangan dengan air. Pengaliran seperti ini memaksimumkan pemindahan oksigen ke dalam insang. Ini ialah kerana darah terdeoksigen dalam kapilari darah akan bertemu dengan air berkepekatan oksigen tinggi. Kecerunan kepekatan ini membolehkan pemindahan oksigen yang banyak ke dalam darah. Lihat Rajah 4.6 dan Rajah 4.7 yang menunjukkan konsep pertukaran dalam aliran bertentangan (countercurrent exchange).

Rajah 4.6 : Countercurrent Exchange

Air dengan oksigen terlarut

Air kurang oksigen

Kecerunan kepekatan dikekalkan

Darah teroksigen

Darah terdeoksigen

Rajah 4.7 : Konsep Countercurrent Exchange50


Latihan 4.2

(a)

Terangkan apa yang anda fahami dengan konsep countercurrent exchange dalam pernafasan ikan.

(b)

Huraikan ciri-ciri penyesuaian insang ikan yang membolehkan pertukaran gas yang cekap.

Rehat

4.3

Sistem Pernafasan Manusia Organ pernafasan manusia ialah paru-paru. Paru-paru ialah tisu berspan yang dapat mengembang dan mengecut mengikut gerakan sedutan dan hembusan nafas. Rajah 4.5 menunjukkan gambarajah paru-paru manusia. laring trakea bronkus kiri

bronkus kanan kumpulan alveolus

bronkiole paru-paru kiri

tulang rusuk

otot interkosta Rajah 4.8: Paru-paru Manusia

51


Trakea ialah struktur berbentuk tiub yang menyalurkan udara ke dalam dan ke luar paru-paru. Dinding trakea terdiri daripada gelang-gelang rawan berbentuk C yang mencegahnya daripada ranap. Trakea bercabang kepada sepasang bronkus. Setiap bronkus membahagi dan membentuk cabang-cabang yang lebih kecil yang dipanggil bronkiol. Bronkiol bercabang dan berkakhir dengan kumpulan pundi udara yang dipanggil alveolus. Pertukaran gas berlaku pada permukaan alveolus. Rajah 4.6. menunjukkan gambarajah alveolus. Pertukaran gas di paru-paru berlaku secara resapan. Di alveolus, udara sedut mengandungi lebih banyak oksigen tetapi sedikit karbon dioksida. Di kapilari darah, kepekatan gas oksigen ialah tinggi tetapi tekanan gas karbon dioksida ialah rendah. Oksigen di alveolus akan meresap ke dalam kapilari darah. Karbon dioksida dalam kapilari darah meresap ke dalam udara alveolus. Darah yang meninggalkan alveolus mempunyai kandungan oksigen yang tinggi dan karbon dioksida yang rendah.

Darah dari arteri pulmonari alveolus Bronkiol Darah dari vena pulmonari Rajah 4.9: Alveolus

52


Latihan 4.2

Kaji istilah-istilah berikut: rongga hidung, epiglottis, glottis, laring, faring, trakea, bronkus, bronkiol, alveolus, diafragma, dan hemoglobin, Tulis dua atau tiga ayat untuk menerangkan dengan jelas struktur dan fungsi setiap istilah yang anda telah kaji.

Perbincangan

Bincang dalam kumpulan ciri ciri penyesuaian alveolus yang membolehkan pertukaran gas yang cekap.

Rehat

4.3.1 Mekanisme pernafasan manusia

Pemikiran

Letak tangan anda di atas dada anda. Tarik nafas dengan kuat. Rasa pergerakan tulang-tulang rusuk. Kemudian lepas nafas dengan kuat. Apakah yang anda dapati?

53


Mekanisme pernafasan memperbaharuhi bekalan oksigen dalam paru-paru dan menyingkirkan karbon dioksida yang berlebihan daripadanya. Peparu adalah tidak berotot jadi tindakan pengembangan dan pengecutannya dilakukan oleh gerakan tulang-tulang rusuk dan diafragma. Diafragma ialah selapis otot yang memisahkan toraks daripada abdomen. Dalam keadaan kendur, diafragma berbentuk kubah dengan puncaknya ke atas. Tulang-tulang rusuk digerakkan oleh otot interkosta luar dan dalam yang bersambung dari tulang ke tulang. Kaji Rajah 4.8 di bawah yang menunjukkan mekanisme pernafasan manusia. Cuba terangkan apa yang berlaku pada diafragma dan sangkar rusuk semasa tarikan dan hembusan nafas. Selepas itu merujuk pada Jadual 4.3 untuk semak jawapan anda.

Tarik nafas

Hembus nafas

Rajah 4.10: Mekanisme Pernafasan Manusia

54


TARIKAN NAFAS

HEMBUSAN NAFAS

Otot interkosta luar mengecut Otot interkosta dalam mengendur Tulang rusuk menaik Diafragma mengecut dan mendatar Isi padu toraks meningkat Tekanan udara di dalam paruparu menurun Udara masuk ke dalam paru-paru

Otot interkosta luar mengendur Otot interkosta dalam mengecut Tulang rusuk menurun dan diafragma mengendur Diafragma melengkung ke atas Isipadu toraks menurun Tekanan udara di dalam paruparu meningkat Udara dipaksa keluar dari paruparu

Jadual 4.3: Mekanisme Pernafasan Manusia

Rest

4.4. Pengangkutan Oksigen Pengangkutan gas dalam manusia melibatkan sistem peredaran darah Darah merupakan medium yang mengangkut oksigen daripada paru-paru ke seluruh badan dan karbon dioksida dari seluruh badan ke paru-paru. Hemoglobin ialah sejenis pigmen respirasi berwarna merah yang terdapat dalam sel darah mearh. Hemoglobin berfungsi sebagai pembawa oksigen. Setiap molekul hemoglobin terikat dengan empat molekul oksigen.55


Di paru-paru, oksigen akan bergabung dengan hemoglobin untuk menghasilkan oksihemoglobin. Di sel-sel badan, oksigen berpisah daripada hemoglobin dan memasuki sel untuk proses respirasi sel. Lihat Rajah 4.1. Di paru-paru Oksigen + hemoglobin Di sel badan Oksihemoglobin Oksigen + hemoglobin oksihemoglobin

Rajah 4.11: Pengangkutan Gas Oksigen Semasa respirasi luar atau pernafasan, oksigen meresap daripada alveolus melalui membran alveolus dan masuk ke dalam plasma darah. Lihat Rajah 4. 11. Kebanyakkan oksigen (98.5%) masuk ke dalam sel darah merah dan bergabung dengan hemoglobin (Hb) untuk membentuk oksihemoglobin. Lebih kurang 1.5% oksigen diangkut sebagai oksigen terlarut dalam oksigen

56


Pengangkutan Gas Karbon Dioksida

Rajah 4.12 : Pengangkutan Gas Karbon Dioksida Karbon dioksida yang terhasil daripada respirasi sel akan meresap dari bendalir tisu ke dalam plasma darah. Lihat Rajah 4.12. Lebih kurang 7% daripada karbon dioksida kekal dalam plasma Lebih kurang 93% yang lain masuk ke dalam sel darah merah 23% bergabung dengan hemoglobin untuk membentuk karbaminohemoglobin 70% karbon dioksida ditukar dalam sel darah merah menjadi ion bikarbonat (HCO- 3) CO2 + H2O H2CO3 (asid karbonik) HCO- 3 + H+

Rehat

57


Eksperimen Pembedahan Sistem Respirasi Mamalia

58


Tujuan: Bahan dan radas: Prosedur:

Menyiasat sistem respirasi mamalia Tikus, instrumen pembedahan, papan pembedahan, mikroskop, kanta tangan,

1. Letak tikus di atas papan pembedahan dengan bahagian ventral ke atas. Gunakan jarum untuk memegang tikus di atas papan pembedahan. 2. Mula potong di bahagian ventral pada garisan tengah dan potong hingga ke bahagian rahang tikus dan selepas itu sehingga bahagian dubur. 3. Dengan memegang kulit dengan forseps, keluarkan tisu perantara. Tarik kulit dan pinkan ke atas papan pembedahan. 4. Potong dinding toraks secara ventral dan sisi untuk mendedahkan rongga toraks. 5. Keluarkan kelenjar timus. 6. Potong otot dan tisu di bahagian leher untuk mendedahkan trakea dan laring. 7. Potong di bahagian atas laring. Keluarkan tisu perantara yang terlekat pada trakea. 8. Dengan hati-hati, keluarkan kesemua jantung, trakea, esofagus dan laring serentak. Pisahkan esofagus dari jantung .Pinkan laring, trakea dan paru-paru di atas papan pembedahan. Lukis gambarajah berlabel struktur-struktur yang anda telah keluarkan.

Pembedahan Sistem Respirasi Mamalia

59


Soalan: 1. (a) (b) 2. (a) (b) Kira bilangan tulang rusuk untuk haiwan ini. Terangkan fungsi sangkar rusuk semasa pernafasan haiwan ini. Huraikan rupa dan ciri-ciri diafragma Apakah kepentingan ciri-ciri diafragma ini dalam pernafasan.

3. Huraikan rupa paru-paru kiri dan kanan. Picit paru-paru and perhatikan teksturnya. Letakkan paru-paru dalam air panas. Udara dalam paru-paru akan mengembang dan paru-paru akan terapung dalam air. 4. Ukur panjang trakea (dari laring ke bahagian cabang bronkus).

60


Latihan

1.

Labelkan struktur A hingga G dalam gambarajah sistem pernafasan manusia di bawah.

A E B F G D

C

2.

Huraikan ciri-ciri penyesuaian paru-paru manusia yang membolehkan pertukaran gas yang cekap.

3.

Terangkan bagaimana gas oksigen dan karbon dioksida diangkut dalam darah.

4.

Dengan menggunakan pengurusan grafik, banding dan beza organ pernafasan dan mekanisme pernafasan ikan, serangga dan manusia. Gunakan gambarajah yang relevan sebagai illustrasi untuk jawapan anda.

Tamat

61


Buku Rujukan Clegg, C.J. with D.G. Mackean. (2007). Advanced Biology-Principles and Applications. London. Hodder Murray. Kaskel, A. & Hummer, P.J. (2003). Biology an everyday experience. New York: Glencoe McGraw Hill Lum H. K.(2000). Biology The Living Science. Singapore: Pearson Education Asia Pte Ltd. Mader, S. S. (2001). Biology, 9th edition. New York: McGraw Hill Raven, P, H., Johnson, G. B., Losos, J.B. dan Singer, S.R.(2005). Biology. (7th ed.). Boston:McGraw Hill

Layari Internet http://www.mcqueens.net/mcqueen-ntl/dis/toc_/Pt20.html http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookRESPSYS.html http://www.zephyrus.co.uk/characteristics.html http://ahobart.net/oldsite/biology/advanced/htmlpages/gas.htm www.unit5.org/biology/PowerPoints/Rat%20Dissection.ppt

62

topik 4 respirasi haiwan

Documents