Mekanisme Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida

Di halaman sebelumnya kita telah mempelajari tentang sistem pernapasan pada manusia, di halaman ini kita akan membahas tentang Mekanisme Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida pada proses pernapasan manusia.

Masih ingat? dalam pembahasan sebelumnya, kita telah mengetahui bersama bahwa pernapasan dapat dibedakan dalam tiga macam yaitu pernapasan eksternal (external respiration), pernapasan internal (internal respiration) dan pernapasan seluler (cellular respiration). Nah, agar pembahasan terkait mekanisme pertukaran oksigen dan karbondioksida dapat lebih mudah dipahami, kita akan membahasnya secara terpisah sesuai pembagian di atas. Setuju?.

1. Pernapasan Eksternal

Ketika kita menghirup udara dari lingkungan, maka udara akan masuk ke dalam paru-paru kita. Nah, disini akan terjadi pertukaran oksigen dan karbondioksida di dalam paru-paru (lebih tepatnya di alveolus) yang terjadi secara difusi yang disebabkan karena adanya perbedaan tekanan. Udara yang sampai di dalam alveoli memiliki tekanan O2 yang lebih tinggi daripada tekanan O2 di kapiler-kapiler darah alveoli. Akibatnya, O2 akan mengalir masuk ke dalam darah yang kemudian diikat oleh hemoglobin darah. Selain itu di dalam udara yang sampai di alveoli, tekanan CO2 memiliki nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan tekanan CO2 di dalam darah. Akibatnya, karbondioksida akan mengalir dari darah menuju menuju kapiler paru-paru.

Peredaran darah manusia

Gambar. Peredaran darah manusia (Sumber: qqsmily.blogspot.com)

Mungkin sebagian dari kita bertanya, mengapa tekanan CO2 di dalam darah bisa lebih besar daripada tekanan tekanan CO2 dalam udara yang ada di alveoli?

Hal ini disebabkan karena terjadi penumpukan CO2 sebagai akibat dari metabolisme sel. 

Hemoglobin adalah protein yang terdiri atas hemin dan globin. Hemin memiliki unsur besi (Fe) yang menjadi pusat dari molekul hemoglobin itu sendiri. Dalam unsur besi ini terjadi pengikatan oksigen (proses oksigenasi) sehingga terbentuk oksihemoglobin (HbO2) dimana setiap molekul hemoglobin dapat mengikat sampai 4 molekul O2. Banyaknya pengikatan ini dipengaruhi juga oleh tekanan udara lingkungan.

Disaat yang sama ketika sel darah merah masuk ke dalam kapiler paru-paru, sebagian besar yakni sekitar 65%, karbondioksida akan diangkut oleh darah dalam bentuk ion bikarbonat (HCO3) melalui proses berantai yang disebut dengan proses pertukaran klorida. Sedangkan 30% nya akan berikatan dengan salah satu protein dalam hemoglobin.

Pembentukan asam bikarbonat (HCO3) terjadi karena adanya enzim karbonat anhidrase di dalam darah yang membantu mereaksikan CO2 dengan H2O sehingga membentuk asam karbonat (H2CO3). Asam karbonat ini, nantinya dapat mengalami ionisasi atau disosiasi dengan mengeluarkan atom hidrogen (H+) sehingga asam karbonat akan menjadi asam bikarbonat (HCO3). Atom hidrogen tersebut kemudian akan ditangkap oleh hemoglobin. Reaksinya sebagai berikut.

H2O + CO2 → H2CO3 → HCO3 + H+

Di dalam paru-paru, akan terjadi reaksi serupa hanya saja arahnya terbalik dimana terjadi reaksi antara ion bikarbonat (HCO3) dan H+ sehingga terbentuklah CO2 dan H2O yang kemudian akan dikeluarkan melalui hidung. Reaksinya dapat ditulis sebagai berikut.

HCO3 + H+ → H2CO3 → H2O + CO2

Mekanisme pertukaran oksigen dan karbondioksida

Gambar. Mekanisme pertukaran oksigen dan karbondioksida (Sumber: Biology Concepts & Connections, 2006)

2. Pernapasan Internal

Pada pernapasan internal, proses pertukaran gas terjadi di dalam jaringan tubuh. Setelah terbentuk oksihemoglobin (HbO2) di dalam paru-paru, jantung akan melakukan pemompaan darah kaya O2 dan miskin CO2 dari paru-paru ke seluruh tubuh. Nah, oksigen yang terikat dalam darah tadi akan dilepas dan menuju ke dalam jaringan tubuh melalui proses difusi. Oksigen ini nantinya akan digunakan untuk metabolisme sel.

Lantas bagaimana oksigen dan karbondioksida bisa berdifusi?

Oksigen dapat bergerak karena ada perbedaan tekanan oksigen pada darah dan jaringan. Tekanan parsial oksigen di dalam darah lebih besar daripada tekanan oksigen pada jaringan sel. Oleh karena itulah kemudian oksigen akan mengalir menuju ke jaringan sel. Dilain sisi, tekanan karbondioksida pada darah lebih kecil daripada tekanan karbondioksida pada jaringan sel. Hal ini mengakibatkan karbondioksida akan mengalir dari jaringan sel menuju darah.

Sebagian besar karbondioksida akan masuk ke dalam plasma darah dan bergabung dengan air membentuk asam karbonat (H2CO3) sedangkan sebagian lainnya akan berikatan dengan hemoglobin membentuk karboksi hemoglobin (HbCO2). Asam karbonat ini kemudian akan diurai menjadi dua ion oleh enzim anhidrase yaitu menjadi ion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO3).

Karbondioksida yang diangkut oleh darah tidak semuanya dibuang keluar tubuh, akan tetapi ada sekitar 10% nya masih terkandung di dalam darah sebagai ion-ion bikarbonat. Ion-ion ini berfungsi sebagai larutan penyangga yang berfungsi menjaga kestabilan keasaman dalam darah (pH darah).

3. Pernapasan Seluler

Setelah sampai di jaringan, O2 akan berdifusi masuk ke sel-sel tubuh. Nah, di dalam sel O2 ini nantinya digunakan untuk proses oksidasi sel. Gas sisa yang dihasilkan dari proses oksidasi sel adalah CO2. Jika O2 digunakan makin banyak, maka CO2 yang dihasilkan akan semakin banyak pula. CO2 yang menumpuk kemudian akan mengalir keluar dari sel menuju darah namun setidaknya sekitar kurang dari 5%, CO2 tetap berada di dalam sel.

Ferdinand, Fictor P dan Moekti Ariebowo.2009.Praktis Belajar Biologi 2 untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Visindo Media Persada.
Sri, Lestari Endang.2009.Biologi 2 Makhluk Hidup Dan Lingkungannya Untuk SMA/MA Kelas XI. Solo: CV Putra Nugraha.
Rachmawati, Faidah dkk.2009.Biologi Untuk SMA/MA Kelas XI Program IPA. Jakarta: CV Ricardo.

Tim Siswapedia

"Kami mendukung pendidikan gratis di Indonesia"

Mungkin Anda juga menyukai

Tinggalkan Balasan