BAB 1

1.1. Latar Belakang Masalah

Sistem pernapasan yang lazim digunakan mencakup 2 proses; pernapasan luar

(eksternal), yaitu penyerapan O2 dan pengeluaran CO2 dari tubuh secara

keseluruhan ;serta pernapasan dalam (internal), yaitu penggunaan O2 dan pembentukan

CO2 oleh sel-sel serta pertukaran gas antara sel-sel tubuh dengan media cair sekitarnya.

Sistem pernapasan terdiri dari organ pertukaran gas (paru-paru) dan sebuah

pompa ventilasi paru. Pompa ventilasi ini terdiri atas dinding dada; otot-otot pernapasan,

yang meningkatkan dan menurunkan ukuran rongga dada; pusat pernapasan di otak yang

mengendalikan otot pernapasan; serta saraf yang menghubungkan pusat pernapasan

dengan otot-otot pernapasan. Pada keadaan istirahat, frekuensi pernapasan manusia

normal berkisar antara 12-15 kali per menit. Satu kali bernapas 500 ml udara, atau 6-8 L

udara per menit dimasukkan dan dikeluarkan dari paru-paru. Udara ini akan bercampur

dengan gas yang terdapat dalam alveoli, dan selanjutnya O2 masuk ke dalam darah di

kapiler paru, sedangkan CO2 masuk ke dalam alveoli, melalui proses difusi sederhana.

Dengan cara ini, 250 ml O2 per menit masuk ke dalam tubuh dan 200 ml CO2 akan

dikeluarkan.

Berbagai gas lain, seperti gas metana dari usus halus dapat dijumpai di udara

ekspirasi dalam jumlah kecil. Alkohol dan aseton akan dikeluarkan melalui udara

ekspirasi apabila kadarnya dalam tubuh cukup memadai. Pada kenyataannya, lebih dari

250 jenis senyawa yang mudah menguap telah diidentifikasi dalam udara pernapasan

manusia.

1.2. Rumusan Masalah

a. Apa pengertian dari sistem respirasi dalam tinjauan biologi dan fisika?

b. Apa yang dimaksud dengan komponen udara?

c. Apa yang dimaksud dengan mekanika paru-paru?

d. Apa yang dimaksud dengan hukum yang berlaku dalam pernapasan?

e. Apa yang dimaksud dengan hukum Dalton?

f. Apa yang dimaksud dengan hukum Boyle?

1

g. Apa yang dimaksud dengan hukum Laplace?

h. Apa yang dimaksud dengan pengaruh ketinggian tekanan barometik?

i. Apa yang dimaksud dengan alat-alat ukur volume paru-paru?

j. Apa yang dimaksud dengan rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif?

1.3. Tujuan

a. Menjelaskan pengertian dari sistem respirasi dalam tinjauan biologi dan fisika.

b. Menjelaskan yang dimaksud dengan komponen udara.

c. Menjelaskan yang dimaksud dengan mekanika paru-paru.

d. Menjelaskan yang dimaksud dengan hukum yang berlaku dalam pernapasan.

e. Menjelaskan yang dimaksud dengan hukum Dalton.

f. Menjelaskan yang dimaksud dengan hukum Boyle.

g. Menjelaskan yang dimaksud dengan hukum Laplace.

h. Menjelaskan yang dimaksud dengan pengaruh ketinggian tekanan barometik.

i. Menjelaskan yang dimaksud dengan alat-alat ukur volume paru-paru.

j. Menjelaskan yang dimaksud dengan rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.

2

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1. Gas

Gas merupakan bagian dari zat alir yang akan di bahas di sini adalah udara,

oleh karena udara sangat di perlukan dalam kehidupan makhluk. Berbeda dengan zat cair,

gas akan mengembang untuk mengisi ruang yang tersedia baginya, dan volume yang

ditempati oleh sejumlah molekul gas tertentu, pada suhu dan tekanan tertentu akan tetap

sama, bagaimanapun komposisi campuran gas tersebut (Tekanan Parsial).

P = dengan P = Tekanan

n = Jumlah Molekul

R = Konstanta Gas

T = Suhu Absolut

V = Volume

2.2. Komponen Udara

Udara terdiri dari gas N2, O2, H2O. udara yang dihirup pada waktu inspirasi kira-

kira 80% N2, 19% 02 dan 0,04% CO2 (kadar CO2 ini bisa diabaikan), sedangkan pada

waktu ekspirasi/udara yang di keluarkan lewat pernapasan 80% N2, 16% O2 dan 4% CO2.

Setiap hari udara yang dihirup sebanyak 10kg (22 lb), sedangkan absorbsi O2 lewat paru-

paru sebanyak 400 liter (0,5kg) dan sedikit CO2. Telah kita ketahui pula 22,4 liter udara

terkandung 6 x 1023 molekul udara yang masuk ke dalam paru-paru.

3

2.3. Mekanika Paru-Paru

Paru-paru diliputi selaput yang disebut pleura viseralis yang tumbuh menjadi

satu dengan jaringan paru-paru. Di luar pleura viseralis terdapat selaput pleura parietalis.

Ruang antara pleura visceralis dan parietalis disebut ruang intrapleural. Ruang ini berisi

lapisan cairan yang tipis. Apabila ruang dada berkembang (pada waktu tarik nafas) ikut

berkembang pula pleura parietalis dan pleura viseralis pada penyakit paru-paru yang

menyebabkan kekakuan paru-paru, pleura viseralis tidak ikut berkembang sehingga akan

mengakibatkan penurunan yang tajam tekanan intrapleura. Hal ini dapat disamakan

dengan suatu pengasap dimana lapisan itu terikat dengan pir yang kaku, sedangkan yang

lain bergerak bebas.

Apabila piston ditarik, ruang antara pleura viseralis. Dan pleura parietalis akan

bertambah besar, dengan demikian volume antara kedua pleura akan meningkat,

sedangkan tekanan dalam ruang tersebut akan mengalami penurunan secaras drastis.)

Kalau pernya lemah maka ketika piston ditarik, plat A akan tertarik juga, sehingga

tampak penambahan volume ( ) hanya sedikit saja yang terjadi penurunan tekanan

sangat kecil sekali (terlukis gambar b). ini merupakan keikutsertaan paru-paru yang

disebut kompliansi.

Pada penyakit paru-paru misalnya fibrosis paru-paru (pembentukan jaringan

pada paru-paru) maka kompliansi akan tampak mengecil.pada waktu pernafasan normal

akan tampak seperti pada gambar di bawah ini, yaitu gambaran semacam elips. Jadi

kompliansi merupakan suatu perubahan yang kecil dari tekanan. Nilai kompliansi ini

tergantung umur dan penyakit paru-paru, pada usia lanjut kompliansi rendah. Penderita

usia muda nilai kompliansi sangat berarti. Oleh karena itu nilai kompliansi itu dbagi

dengan volume paru-paru yaitu K (kapasitas), R (residu) dan F (fungsional), yaitru

volume paru-paru yang mengeluarkan nafas secara normal.di klinik nilai kompliansi

dinyatakan dalam liter per cm H20.

4

Pada orang dewasa kompliansi mempunyai nilai antara 0,18-0,27 liter/cm H2O.

secara umum pada laki-laki umur di atas 60thn, 25% lebih tinggi bila dibandingkan

dengan anak muda dan hanya sedikit sekali ada perubahan pada wanita serta berkaitan

dengan umur. Pada penyakit paru-paru yang mempunyai kompliansi yang rendah dimana

terlihat sedikit sekali perubahan volume untuk perubahan tekanan yang besar, misalnya

fibrosis paru-paru. Penyakit paru-paru dengan kompliansi yang tinggi yaitu perubahan

volume yang besar untuk terjadi suatu perubahan tekanan yang kecil. Misalnya:

a. Respiratory distress syndrome (RDS).

b. Emfisema pulmonum.

2.4 Hukum-Hukum yang Berlaku Dalam Pernafasan

a. Hukum Dalton, mengenai tekanan partial

b. Hukum Boyle, PV = Konstan

c. Hukum Laplace.

2.5 Hukum Dalton

Hukum ini menyatakan bahwa suatu campuran dari beberapa gas, tiap – tiap

membentuk kontribusi tekanan total seakan – akan gas iotu berada sendiri. Misalnya

dalam suatu rangsangan terdapat udara dengan tekanan 1 atsmosfir (760 mm Hg). Jika

kita memindahkan seluruh molekul kecuali O2 maka O2 dalam udara tersebut 20% berarti

O2 mempunyai tekanan 20 x 760 mm hg =150 mm Hg. Demikian pula N2 = 610 mm Hg

(80% dari 760 mm Hg). Tetapi tekana partial uap air tergantung pada kelembaban. Suatu

contoh udara ruangan mempunyai tekanan parsial 15 – 20 mm Hg. Sedangkan didalam

paru – paru mempunyai tekanan 47 mm Hg pada temperatur 37 Cdengan 100%

kelembaban. Dengan mempergunakan tekanan parsial dari hokum Dalton bisa dibuat

daftar dibawah ini:

Table % dan tekanan parsial O2 dan CO2 pada inspirasi, alveolus dan ekspirasi

dimana tekanan parsial paru – paru pH2O = 47 mm Hg.

5

% O2 Ρ O2 %CO2 Ρ CO2

(mm Hg)

Udara inspirasi

Alveoli paru-

paru

Udara ekspirasi

20,9

14,0

16,3

150

100

116

0,04

5,6

4,5

0,3

40

32

Pada waktu ekspirasi terakhir di dalam paru – paru selalu terdapat 30% volume

udara ini, disebut “Fungsional Residual Capasity”.

2.6 Hukum Boyle

Membahas gas ideal, di mana gas bermassa m pada temperatur konstan dapat

disimpulkan bahwa hubungan P – V = konstan. Apabila terjadi peningkatan volume akan

diikuti dengan penurunan tekanan, demikian sebaliknya.

Untuk mengetahui hubungan P – V dapat kita lihat grafik dibawah ini.

Tekanan intrapleura (cm H2O)

5

0

-5

Gb. 66. Dikutip dari John R. Cameron and James G. Skrofonick “Medical Physics” John Wiley & Sons 1978, hlm. 133.

6

Pada saat inspirasi (menarik nafas) volume paru – paru meningkat, sedangkan tekanan intrapleura mengalami penurunan.

Flow rate (liter/menit)

10`

0

-10

Dikutip dari John R. Cameron and James G. Skrofonick “Medical Physics” John Wiley & Sons, 1978, hlm. 133.

Pada saat inspirasi, jumlah volume udara dalam paru – paru meningkat; pada waktu ekspirasi jumlah volume udara paru – paru akan menurun.

Volume paru – paru (liter)

3

2 t

Inspirasi Ekspirasi

Time

Dikutip dari John R. Cameron and James G. Skrofonick “Medical Physics” John Willey & Sons, 1978, hlm. 133.

Volume paru – paru bertambah pada waktu tarik nafas sedangkan pada waktu ekspirasi volume udara paru – paru akan menurun. Pada waktu inspirasi / menarik nafas akan terlihat flow rate meningkat sedangkan tekanan intrapleura menurun. Sedangkan

7

pada waktu ekspirasi, terjadi peningkatan tekanan sedangkan flow rate menurun. Kalau grafik diatas digabungkan akan terlihat jelas hubungan P – V.

Tekanan intrapleura cm H2O

(Tekanan intratorax)

3

2

0 -5 - 10 - 15

Dikutip dari John R. Cameron and James G. Skofronick “Medical Phy sics” John & Sons, 1978, hlm. 134.

2.7 Hukum laplace

Laplace mengatakan bahwa tekanan pada gelembung alveoli berbanding terbalik

terhadap radius dan berbanding lurus terhadap teganggan permukaan . secara eksakta

hubungan ini ditulis

P =

P= tekanan

= teganggan permukaan(dyne/ cm)

R= jari-jari

8

tidak ada udara yang mengalir

Ekspirasi

Ekspirasiinsp

Inspirasi

Tidak ada udara yang mengalir

2.8. Pengaruh Ketinggian Terhadap Tekanan Barometer

Banyak prinsip fisika yang dipakai dalam pernafasan terutama bagi penerbangan

dan penyelamatan. Pada atmosfer tinggi, dengan temperature 20o sampai 50oC atau

dibawah 0o C dan pada kedalaman di bawah permukaan laut , tekanan yang terjadi di luar

tubuh kadang-kadang dapat meyebabkan penderita dalam keadaan kollaps. Untuk

menghindari bahaya-bahaya yang timbul perlu diketahui tekanan barometrik terhadap

tekanan O2 dan saturasi tekanan oksigen dalam arteri.

2.8.1 Efek Tekanan Barometrik Terhadap Oksigen

Pada suatu ketinggian diatas permukaan air laut maka tekanan barometric akan

menurun. Penurunan tekanan barometric diikuti dengan tekanan O2 dalam udara. Untuk

jelasnya lihat table yang disajikan dibawah ini.

Ketinggian

(feet)

Tekanan

Barometrik

(mm Hg)

PO2 dalam

Udara

Udara Pernafasan

PO2 dalam

Alveoli

(mm Hg)

Satuan

Oksigen

dalam Darah

Arteri

0

(Pada permukaan

air laut)

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

760

523

349

226

141

87

150

110

73

47

29

18

104

67

40

21

8

1

97

90

70

20

5

1

9

2.8.2 Efek Tekanan Barometrik Terhadap Udara

Sama halnya tekanan Barometrik terhadap oksigen yaitu dengan menurunnya

tekanan Barometrik akan nampak penurunan tekanan Partial N2 , CO2 tabel ini

Ketinggian

(feet)

Tekanan barometik

(mm Hg)

Tekanan pada gas pada

alveoli

(mm hg)

Permukaan laut 760 PN2 = 569

PO2 = 104

PCO2= 40

PH2O= 47

20.000 349 PN2 = 238

PO2= 40

PCO2= 24

PH2O = 47

50.000 87 PN2= 15

PO2= 1

PCO2= 24

PH2O=47

2.8.3 Efek Tekanan Barometrik Terhadap Kesehatan10

Efek yang ditimbulkan oleh perubahan barometrik akan lebih luas dalam mata

kuliah faal. Disini hanya disinggung sepintas. Pada suatu ketinggian, tekanan barometrik

akan rendah dan diikuti penurunan tekanan partikel O2. Pada ketinggian 23.000 feet hanya

sebagian hemoglobin saturasi atau jenuh dengan oksigen, menyebabkan transport oksigen

kejaringan mencapai 50% dengan akibat jaringan mengalami anoksia atau kekurangan

oksigen. Pada ketinggian 20.000 feet, penderita belum masuk koma (tidak sadarkan diri)

tetapi pada 10 menit sesudahnya penderita akan mengalami kollaps seperti lemah mental

hariness. Pada 20.000 sampai 24.000 feet penderita akan masuk kedalam keadaan kritis.

Pada ketinggian diatas 50.000 feet dalam tempo satu menit seseorang normal akan jadi

koma.

2.9 Alat Ukur Volume Paru-Paru

Alat pengukur paru-paru antara lain:

1. Spirometer

2. Peak flow rate

2.9.1 Spirometer

Alat ini dipakai untuk mengukur aliran udara yang masuk dan ke luar paru-paru dan

dicatat dalam grafik volume perwaktu.

Spirometer ini terlihat pada gambar:

11

Si penderita disuruh bernafas (menarik nafas dan menghembuskan nafas) di

mana hidung penderita ditutup. Botol A akan bergerak naik turun, sementara itu botol

pencatat bergerak putar (sesuai dengan jarum jam) sehingga pen pencatat akan mencatat

sesuai dengan gerak botol A.

12

Hasil pencatatan terlihat seperti gambar dibawah ini.

Pada waktu istirahat menunjukkan volume udara paru-paru 500 ml. Keadaan ini

disebut tidal volume. Pada permulaan dan akhir pernapasan terdapat keadaan reserve;

akhir dari suatu inspirasi dengan suatu usaha agar mengisi paru-paru dengan udara, udara

tambahan ini disebut inspiratory reserve volume jumlahnya sebanyak 3000 ml. Demikian

pula akhir dari suatu ekspirasi, usaha dengan tenaga untuk mengeluarkan udara dari paru-

paru, udara ini disebut ekpiratory reserve volume yang jumlahnya kira-kira 1100 ml.

Udara yang tertinggal setelah ekspirasi secara normal disebut Fungtional Residual

Capacity (FRC). Seorang yang bernapas dalam keadaan baik inspirasi maupun ekspirasi,

kedua keadaan yang ekstrim ini disebut keadaan Vital Capacity. Dalam keadaan normal

Vital Capacity sebanyak 4500 ml. Dalam keadaan apapun paru-paru tetap mengandung

udara, udara ini disebut residual volume kira-kira 1000 ml untuk orang dewasa.

Untuk membuktikan adanya residual volume, penderita (subjek) disuruh

bernafas dengan mencampuri udara dengan helium, kemudian dilakukan pengukuran

frajsi helium pada waktu ekspirasi. Di klinik biasanya menggunakan Spirometer.

Penderita disuruh bernafas udara dalam 1 menit yang disebut respiratory minute volume.

Maksimum volume udara yang dapat dihirup selama 15 menit disebut Maximum

Voluntary Ventilation. Maksimum ekspirasi setelah maksimum inspirasi sangat berguna

13

untuk test penderita emphysema dan penyakit obstruksi jalan pernafasan. Penderita

normal dapat mengeluarkan udara kira-kira 70% dari vital capacity dalam 0,5 detik; 85%

dalam satu detik; 94% dalam 2 detik; 97% dalam 3 detik. Normal peak flow rate 350-500

liter/menit.

2.9.2 Mini Peak Flow Meter

Penderita disuruh meniup sekuat-kuatnya. Udara akan mendorong piston A dan

kemudian dapat membaca skala yang ditunjukkan oleh piston tersebut. Alat flow meter

ini dipergunakan untuk mengetahui udara ekspirasi maksimum (liter/menit). Hasil studi

Ian Gregg A.J Nunn (Brithish Medical Journal 1973, 3282) menunjukkan flow rate sangat

tergantung akan usia dan jenis kelamin. Usia berkisar 25- 45 tahun menunjukkan flow

rate yang tinggi sedangkan kurang dari 25 tahun dan lebih dari 50 tahun menunjukkan

flow rate yang rendah. Demikian pula antara laki-laki dan wanita sangat berbeda. Wanita

berkisar 380 – 480 liter/menit sedangkan laki-laki 520-650 liter/menit.

2.10 Rantai Pernapasan dan Fosforilasi Oksidatif

NADH dan FADH2 yang terbentuk pada reaksi oksidasi dalam glikolisis, reaksi

oksidasi asam lemak dan reaksi-reaksi oksidasi dalam siklus asam sitrat merupakan

molekul tinggi energi karena masing-masing molekul tersebut mengandung sepasang

elektron yang mempunyai potensial transfer tinggi. Bila elektron-elektron ini diberikan

pada oksigen molekuler, sejumlah besar energi bebas akan dilepaskan dan dapat

digunakan untuk menghasilkan ATP. Adanya perbedaan potensial oksidasi reduksi (E0’)

atau potensial transfer elektron memungkinkan elektron mengalir dari unsur yang

potensial redoks lebih negatif (afinitas elektronnya lebih rendah) ke unsur yang potensial

redoksnya lebih positif (afinitas elektronnya lebih tinggi).

Aliran elektron ini akan melalui komplek-komplek protein yang terdapat pada

membran dalam mitokondria dan menyebabkan proton terpompa keluar dari matriks

mitokondria. Akibatnya terbentuk kekuatan daya gerak proton yang terdiri dari gradien

pH dan potensial listrik transmembran yang kemudian mendorong proton mengalir

kembali kedalam matriks melalui suatu kompleks enzym sintesa ATP. Jadi, oksidasi dan

fosforilasi terangkai melalui gradien proton pada membran dalam mitokondria.

Fosforilasi oksidatif merupakan proses pembentukan ATP akibat transfer

elektron dari NADH atau FADH2 kepada oksigen melalui serangkaian pengemban

14

elektron. Proses ini adalah sumber utama pembentukan ATP pada organisme aerob.

Pembentukan ATP dalam glikolisis sempurna glukosa menjadi CO2 dan H2O, dari 30 ATP

yang terbentuk 26 ATP berasal dari proses fosforilasi oksidatif. Komplek-komplek enzim

yang terangkai pada membran dalam mitokondria untuk pengangkutan elektron dari

molekul NADH atau FADH2 ke oksigen molekuler dimana terbentuk sejumlah ATP dan

molekul air dikenal dengan rantai pernapasan.

Komplek enzim tersebut adalah NADH-Q reduktase, suksinat-Q reduktase,

sitokrom reduktase dan sitokrom oksidase. Suksinat-Q reduktase, berbeda dengan ketiga

komplek yang lain, tidak memompa proton. Dalam fosforilasi oksidatif, daya gerak

elektron diubah menjadi daya gerak proton dan kemudian menjadi potensial fosforilasi.

Fase pertama adalah peran komplek enzym sebagai pompa proton yaitu NADH-Q

reduktase, sitokrom reduktase dan sitokrom oksidase. Komplek-komplek transmembran

ini mengandung banyak pusat oksidasi reduksi seperti flavin, kuinon, besi-belerang, heme

dan ion tembaga. Fase kedua dilaksanakan oleh ATP sintase, suatu susunan pembentuk

ATP yang digerakkan melalui aliran balik proton kedalam matriks mitokondria.

Elektron potensial tinggi dari NADH masuk rantai pernapasan pada NADH-Q

reduktase atau disebut juga dengan NADH dehidrogenase atau komplek I. Langkah awal

adalah pengikatan NADH dan transfer dua elektronnya ke flavin mononukleotida (FMN),

gugus prostetik komplek ini, menjadi bentuk tereduksi, FMNH2. Elektron kemudian

ditransfer dari FMNH2 keserangkaian rumpun belerang besi (4Fe-4S), jenis kedua gugus

prostetik dalam NADH-Q reduktase. Elektron dalam rumpun belerang-besi kemudian

diangkut ke ko-enzym Q, dikenal juga sebagai ubiquinon. Ubiquinon mengalami reduksi

menjadi radikal bebas anion semiquinon dan reduksi kedua terjadi dengan pengambilan

elektron kedua membentuk ubiquinol (QH2) yang terikat enzym. Pasangan elektron pada

QH2 dipindahkan ke rumpun belerang besi (2Fe-2S) kedua yang ada pada NADH-Q

reduktase, dan akhirnya ke Q yang bersifat mobil dalam inti hidrofobik membran dalam

mitokondria. Aliran dua elektron ini menyebabkan terpompanya empat H+ dari matriks ke

sisi sitosol membran dalam mitokondria, dengan mekanisme yang belum diketahui.

Ubiquinol ( QH2 ) juga merupakan tempat masuk elektron dari FADH2 enzym-

enzym flavoprotein kerantai pernapasan. Suksinat dehidrogenase merupakan bagian dari

komplek suksinat-Q reduktase atau disebut juga komplek II, suatu protein integral

membran dalam mitokondria. FADH2 tidak meninggalkan komplek, elektronnya

15

ditransfer kerumpun belerang-besi dan kemudian ke Q untuk masuk dalam rantai

pernapasan. Enzym-enzym flavoprotein lain seperti gliserol fosfat dehidrogenase dan asil-

ko-A dehidrogenase yang membentuk gugus prostetik tereduksi FADH2, elektronnya

dipindahkan ke flavoprotein kedua yang disebut flavoprotein pemindah elektron atau ETF

(electron transferring flavoprotein). Selanjutnya ETF memberikan elektronnya kerumpun

belerang besi dan Q untuk masuk rantai pernapasan dalam bentuk QH2. Berbeda dengan

komplek I, komplek II dan enzym lain yang mentransfer elektron dari FADH2 ke Q tidak

memompa proton karena perubahan energi bebas dari reaksi yang dikatalisanya terlalu

kecil. Itulah sebabnya, ATP yang terbentuk pada oksidasi FADH2 lebih sedikit dari pada

melalui NADH.

Pompa proton kedua dalam rantai pernapasan adalah sitokrom reduktase atau

ubiquinol-sitokrom c reduktase atau komplek sitokrom bc1 atau disebut juga komplek III.

Sitokrom merupakan protein pemindah elektron yang mengandung heme sebagai gugus

prostetik.

Komplek III ini berfungsi mengkatalisir transfer elektron dari QH2 kesitokrom c dan

secara bersamaan memompa proton sebanyak dua H+ melewati membran dalam

mitokondria. Ada dua sitokrom yaitu b dan c1 dalam komplek ini, juga mengandung

protein Fe-S dan beberapa rantai polipeptida lain. Heme pada sitokrom b berbeda dari

heme yang ada pada sitokrom c dan c1 yang terikat secara kovalen berupa ikatan tioester

pada proteinnya.

Sitokrom oksidase, komponen terakhir dari tiga pompa proton dalam rantai

pernapasan, mengkatalisis transfer elektron dari ferositokrom c kemolekul oksigen

sebagai akseptor terakhir. Sitokrom oksidase mengandung dua gugus heme yang berbeda

dari heme pada sitokrom c dan c1 karena gugus rantai samping hemenya dan ikatannya

pada enzym secara non kovalen. Heme komplek ini dikenali sebagai heme a dan heme a3,

karenanya komplek ini juga disebut sitokrom aa3. Selain heme komplek ini juga

mengandung dua ion tembaga, dikenal dengan CuA dan CuB.

Ferositokrom c memberikan satu elektronnya kerumpun heme a- CuA dan satu

lagi kerumpun heme a3- CuB dimana oksigen direduksi melalui serangkaian langkah

menjadi dua molekul H2O. Molekul oksigen merupakan ekseptor elektron terminal yang

ideal. Afinitasnya yang tinggi terhadap elektron memberi daya gerak termodinamik yang

besar untuk fosforilasi oksidatif. Terjadi pemompaan proton empat H+ kesisi sitosol dari

membran.

16

Dalam inti hidrofobik membran dalam mitokondria. Aliran dua elektron ini

menyebabkan terpompanya empat H+ dari matriks kesisi sitosol membran dalam

mitokondria, dengan mekanisme yang belum diketahui.

Ubiquinol ( QH2 ) juga merupakan tempat masuk elektron dari FADH2 enzym-

enzym flavoprotein kerantai pernapasan. Suksinat dehidrogenase merupakan bagian dari

komplek suksinat-Q reduktase atau disebut juga komplek II, suatu protein integral

membran dalam mitokondria. FADH2 tidak meninggalkan komplek, elektronnya

ditransfer kerumpun belerang-besi dan kemudian ke Q untuk masuk dalam rantai

pernapasan. Enzym-enzym flavoprotein lain seperti gliserol fosfat dehidrogenase dan asil-

ko-A dehidrogenase yang membentuk gugus prostetik tereduksi FADH2, elektronnya

dipindahkan ke flavoprotein kedua yang disebut flavoprotein pemindah elektron atau ETF

(electron transferring flavoprotein).

Selanjutnya ETF memberikan elektronnya kerumpun belerang besi dan Q untuk

masuk rantai pernapasan dalam bentuk QH2. Berbeda dengan komplek I, komplek II dan

enzym lain yang mentransfer elektron dari FADH2 ke Q tidak memompa proton karena

perubahan energi bebas dari reaksi yang dikatalisanya terlalu kecil. Itulah sebabnya, ATP

yang terbentuk pada oksidasi FADH2 lebih sedikit dari pada melalui NADH.

Pompa proton kedua dalam rantai pernapasan adalah sitokrom reduktase atau

ubiquinol-sitokrom c reduktase atau komplek sitokrom bc1 atau disebut juga komplek III.

Sitokrom merupakan protein pemindah elektron yang mengandung heme sebagai gugus

prostetik. Komplek III ini berfungsi mengkatalisir transfer elektron dari QH2 kesitokrom c

dan secara bersamaan memompa proton sebanyak dua H+ melewati membran dalam

mitokondria.

Ada dua sitokrom yaitu b dan c1 dalam komplek ini, juga mengandung protein

Fe-S dan beberapa rantai polipeptida lain. Heme pada sitokrom b berbeda dari heme yang

ada pada sitokrom c dan c1 yang terikat secara kovalen berupa ikatan tioester pada

proteinnya. Sitokrom oksidase, komponen terakhir dari tiga pompa proton dalam rantai

pernapasan, mengkatalisis transfer elektron dari ferositokrom c kemolekul oksigen

sebagai akseptor terakhir.

Sitokrom oksidase mengandung dua gugus heme yang berbeda dari heme pada

sitokrom c dan c1 karena gugus rantai samping hemenya dan ikatannya pada enzym secara

non kovalen. Heme komplek ini dikenali sebagai heme a dan heme a3, karenanya

17

komplek ini juga disebut sitokrom aa3. Selain heme komplek ini juga mengandung dua

ion tembaga, dikenal dengan CuA dan CuB. Ferositokrom c memberikan satu elektronnya

kerumpun heme a- CuA dan satu lagi kerumpun heme a3- CuB dimana oksigen direduksi

melalui serangkaian langkah menjadi dua molekul H2O. Molekul oksigen merupakan

ekseptor elektron terminal yang ideal. Afinitasnya yang tinggi terhadap elektron memberi

daya gerak termodinamik yang besar untuk fosforilasi oksidatif. Terjadi pemompaan

proton empat H+ kesisi sitosol dari membran.

Sejumlah ATP yang dibentuk pada peristiwa fosforilasi oksidatif dirantai

pernapasan tidak begitu pasti karena stoikiometri pompa proton, sintesa ATP dan proses

transport metabolite tidak harus dalam jumlah bulat atau bernilai tetap. Menurut perkiraan

saat ini, jumlah H+ yang dipompa dari matriks kesisi sitosol membran oleh Komplek

enzym I, III dan IV per pasangan elektron, masing-masing adalah 4, 2 dan 4. Sintesa ATP

digerakkan oleh aliran kira-kira tiga H+ melalui ATP sintase. Sedangkan untuk

mengangkut ATP dari matriks kesitosol memerlukan satu H+ tambahan. Dengan demikian

terbentuk kira-kira 2,5 ATP sitosol akibat aliran sepasang elektron dari NADH ke

oksigen. Untuk elektron yang masuk pada tahap komplek III, misalnya yang berasal dari

oksidasi suksinat, hasilnya adalah kira-kira 1,5 ATP per pasangan elektron.

Kecepatan fosforilasi oksidatif ditentukan oleh kebutuhan ATP. Transport

elektron terangkai erat dengan fosforilasi, elektron tidak mengalir melalui rantai

pernapasan ke oksigen bila ada ADP yang secara simultan mengalami fosforilasi menjadi

ATP. Fosforilasi oksidatif memerlukan suplai NADH atau sumber electron lain dengan

potensial tinggi, oksigen, ADP dan ortofosfat. Faktor terpenting dalam terpenting dalam

menentukan kecepatan fosforilasi kadar ADP.

Kecepatan konsumsi oksigen oleh mitokondria meningkat tajam bila

ditambahkan ADP dan kembali kenilai semula bila ADP yang ditambahkan sudah

difosforilasi menjadi ATP. Pengaturan oleh kadar ADP ini disebut pengaturan respirasi.

Kepentingan fisiologis mekanisme pengaturan ini jelas, kadar ADP meningkat bila ATP

dipakai dan dengan demikian fosforilasi oksidatif terangkai dengan penggunaan ATP.

Elektron tidak mengalir dari molekul bahan bakar kemolekul oksigen bila sintesa ATP

tidak diperlukan.

Transfer elektron dalam rantai pernapasan dapat dihambat oleh banyak inhibitor

spesifik. Inhibitor-inhibitor ini dibagi menjadi tiga golongan yaitu inhibitor rantai

18

pernapasan, inhibitor fosforilasi oksidatif dan pemutus rangkaian (uncoupler) fosforilasi

oksidatif. Amobarbital (barbiturat), pierisidin A (antibiotik), insektisida dan rotenon

(racun ikan) menghambat transfer elektron dalam NADH-Q reduktase dengan menyekat

pemindahan elektron dari Fe-S ke Q. Karboksin dan TTFA menghambat aliran elektron

dalam suksinat-Q reduktase, sedangkan malonat merupakan inhibitor kompetitif dari

enzym suksinat dehidrogenase.

Dimerkaprol dan antimisin A menghambat elektron dari sitokrom b dalam

sitokrom reduktase. Racun klasik seperti H2S, karbon monoksida (CO), sianida (CN-) dan

azida (N3-) menghambat sitokrom oksidase dan dapat menghentikan respirasi secara total.

Oligomisin (antibiotik) menghambat fosforilasi dan dengan begitu juga menghambat

oksidasi sedangkan atraktilosida dan asam bongkrek menghambat pengangkutan ADP

kemitokondria dan ATP keluar mitokondria, sehingga menganggu fosforilasi oksidatif.

Senyawa-senyawa pemutus rangkaian memisahkan proses oksidasi dalam rantai

pernapasan dengan proses fosforilasi. Pemisahan ini menyebabkan respirasi menjadi tak

terkendali, karena konsentrasi ADP dan ortofosfat tidak lagi membatasi laju respirasi .

senyawa-senyawa ini antara lain adalah dinitrofenol, dinitrokresol, pentaklorofenol dan

yang memiliki daya paling kuat sampai seratus kali lebih besar dari yang lain adalah

CCCP (Cloro Carbonil Cianida Phenilhidrazon).

BAB 3

PENUTUP

3.1. Simpulan

Gas merupakan bagian dari zat alir yang akan di bahas di sini adalah udara, oleh

karena udara sangat di perlukan dalam kehidupan makhluk. Berbeda dengan zat cair, gas

akan mengembang untuk mengisi ruang yang tersedia baginya, dan volume yang

ditempati oleh sejumlah molekul gas tertentu, pada suhu dan tekanan tertentu akan tetap

sama, bagaimanapun komposisi campuran gas tersebut (Tekanan Parsial).

Udara terdiri dari gas N2, O2, H2O. udara yang dihirup pada waktu inspirasi

kira-kira 80% N2, 19% 02 dan 0,04% CO2 (kadar CO2 ini bs diabaikan), sedangkan pada

19

waktu ekspirasi/udara yang di keluarkan lewat pernapasan 80% N2, 16% O2 dan 4%

CO2. Setiap hari udara yang di hirup sebanyak 10kg (22 lb), sedangkan absorbsi O2 lewat

paru-paru sebanyak 400 liter (0,5kg) dan sedikit CO2. Telah kita ketahui pula 22,4 liter

udara terkandung 6 x 1023 molekul udara yang masuk ke dalam paru-paru.

Hukum-Hukum yang Berlaku Dalam Pernafasan

1. Hukum Dalton, mengenai tekanan partial

2. Hukum Boyle, PV = Konstan

3. Hukum Laplace.

20