Sains notesnota, bab 2
Respirasi
Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), pageshalaman 44–77
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh melakar dan melabelkan struktur dalam sistem respirasi manusia serta memerihalkan mekanisme pernafasan (2.1.1)
- Saya boleh menjalankan eksperimen untuk mengkaji perbezaan kandungan gas dalam udara sedutan dan udara hembusan (2.1.2)
- Saya boleh memerihalkan pergerakan dan pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida di dalam badan manusia (2.2.1)
- Saya boleh mewajarkan kepentingan adaptasi struktur alveolus untuk meningkatkan kecekapan pertukaran gas (2.2.2)
- Saya boleh berkomunikasi dengan contoh bahan yang memudaratkan sistem respirasi, simptom dan penyakit respiratori yang terlibat (2.3.1)
- Saya boleh menjalankan eksperimen untuk menunjukkan kesan merokok terhadap peparu (2.3.2)
- Saya boleh mewajarkan bagaimana sistem respirasi beradaptasi dalam situasi berbeza, iaitu kulit luar lembap katak, insang ikan dan trakea serangga (2.4.1)
- Saya boleh menerangkan mekanisme pertukaran gas dalam tumbuhan melalui liang stoma dan sel pengawal (2.5.1)
- Saya boleh mewajarkan kepentingan persekitaran yang tidak tercemar untuk tumbesaran dan kemandirian tumbuhan (2.5.2)
2.1Sistem respirasi
Pernafasan ialah proses menyedut udara (menarik nafas) dan menghembus udara (menghembus nafas) oleh peparu. Sistem respirasi manusia membekalkan oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida daripada sel badan.
Struktur sistem respirasi manusia
Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), Rajah 2.1, m.s. 46.
Laluan udara semasa menarik nafas (Rajah 2.2)
Lubang hidung → rongga hidung → farinks → larinks → trakea → bronkus → bronkiol → alveolusSemasa menghembus nafas, udara melalui laluan yang sama dalam arah bertentangan (alveolus → bronkiol → bronkus → trakea → larinks → farinks → rongga hidung → lubang hidung).
| Bahagian | Perkara penting |
|---|---|
| Epiglotis | Struktur yang menutup trakea (jatuh ke bawah) semasa bolus ditelan masuk ke esofagus dan naik ke atas supaya trakea terbuka semasa bernafas |
| Trakea, bronkus, bronkiol | Saluran udara; trakea bercabang kepada bronkus, bronkus bercabang kepada bronkiol |
| Alveolus (jamak: alveoli) | Kantung udara kecil di hujung bronkiol; tempat pertukaran gas dengan kapilari darah |
| Otot interkostal | Otot di antara tulang rusuk; menggerakkan sangkar rusuk |
| Diafragma | Otot berbentuk lembaran di bawah peparu; bergerak ke bawah dan ke atas |
Pertukaran gas dengan darah berlaku di alveolus, bukan di trakea, bronkus atau bronkiol. Saluran udara hanya mengalirkan udara.
Mekanisme pernafasan
Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), Rajah 2.3 dan 2.4, m.s. 48 dan 49.
| Menarik nafas | Menghembus nafas | |
|---|---|---|
| Otot interkostal | Mengecut | Mengendur |
| Sangkar rusuk | Bergerak ke atas dan ke luar | Bergerak ke bawah dan ke dalam |
| Diafragma | Mengecut dan bergerak ke bawah | Mengendur dan melengkung ke atas |
| Isi padu rongga toraks | Bertambah | Berkurang |
| Tekanan udara dalam rongga toraks | Berkurang | Bertambah |
| Arah udara | Tekanan udara yang lebih tinggi di luar memaksa udara masuk ke dalam peparu | Tekanan udara yang lebih tinggi di dalam peparu menolak udara keluar |
Udara sentiasa bergerak dari kawasan bertekanan tinggi ke kawasan bertekanan rendah. Otot mengubah isi padu, isi padu mengubah tekanan, dan perbezaan tekanan menggerakkan udara. Peparu tidak mempunyai otot sendiri.
Kenyataan "diafragma bergerak ke atas apabila menarik nafas" adalah salah. Semasa menarik nafas diafragma mengecut dan bergerak ke bawah; diafragma mengendur dan melengkung ke atas semasa menghembus nafas.
Model mekanisme pernafasan
Dalam model yang menggunakan balang kaca (Praktis Formatif 2.1): balang kaca mewakili sangkar rusuk dan rongga toraks, tiub kaca berbentuk Y mewakili trakea dan bronkus, belon mewakili peparu dan kepingan getah nipis mewakili diafragma. Menarik kepingan getah ke bawah menunjukkan menarik nafas (belon mengembang); menolaknya ke atas menunjukkan menghembus nafas. Kelemahan model: balang kaca tegar dan tidak dapat bergerak ke atas dan ke luar seperti sangkar rusuk.
Eksperimen 2.1: udara sedutan dan udara hembusan
| Peratus komposisi | Udara sedutan | Udara hembusan | Cara mengujinya |
|---|---|---|---|
| Oksigen | Lebih tinggi | Lebih rendah | Lilin menyala di bawah balang gas yang dibahagikan kepada lima bahagian seragam; aras akhir air dalam balang gas lebih tinggi bagi udara sedutan. Satu bahagian daripada lima bahagian ialah 20%. |
| Karbon dioksida | Lebih rendah | Lebih tinggi | Air kapur menjadi keruh dengan lebih cepat dan lebih keruh apabila udara hembusan dilalukan ke dalamnya |
Pemboleh ubah dalam Eksperimen 2.1
Eksperimen A: dimanipulasikan: jenis udara; bergerak balas: aras akhir air dalam balang gas; dimalarkan: suhu dan tekanan udara.Eksperimen B: dimanipulasikan: jenis udara yang dilalukan ke dalam air kapur; bergerak balas: keadaan air kapur; dimalarkan: kepekatan air kapur.
Dalam Rajah 2.8, air kapur dalam dua kelalang kon mula-mula jernih. Selepas seseorang menyedut udara melalui satu kelalang dan menghembus udara melalui kelalang yang satu lagi, kelalang manakah menjadi lebih keruh dan apakah yang ditunjukkan?
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Kelalang yang dilalui udara hembusan. Udara hembusan mengandungi kepekatan karbon dioksida yang lebih tinggi daripada udara sedutan.
2.2Pergerakan dan pertukaran gas di dalam badan manusia
Resapan ialah proses pergerakan zarah dari kawasan yang berkepekatan tinggi ke kawasan yang berkepekatan rendah. Oksigen dan karbon dioksida bergerak masuk dan keluar daripada darah melalui resapan.
Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), Rajah 2.9, m.s. 54.
Enam langkah (Aktiviti 2.3)
1. Udara yang disedut ke dalam alveolus mempunyai kepekatan oksigen yang lebih tinggi daripada kepekatan oksigen dalam darah, maka oksigen meresap melalui dinding alveolus dan dinding kapilari darah ke dalam darah.2. Dalam sel darah merah, hemoglobin (sebatian berwarna merah gelap) bergabung dengan oksigen membentuk oksihemoglobin (sebatian tidak stabil berwarna merah cerah).
3. Darah yang mengandungi oksihemoglobin diangkut dari peparu ke jantung dan dipam ke bahagian lain dalam badan.
4. Apabila darah sampai ke sel badan yang kepekatan oksigennya rendah, oksihemoglobin terurai membebaskan oksigen dan menjadi hemoglobin semula.
5. Oksigen meresap ke dalam sel badan dan mengoksidakan glukosa dalam respirasi sel untuk menghasilkan tenaga.
6. Karbon dioksida yang dibebaskan oleh sel meresap ke dalam kapilari darah, diangkut ke alveolus dan dihembus keluar.
| Proses | Persamaan |
|---|---|
| Oksigen diserap (di peparu) | Hemoglobin + oksigen → oksihemoglobin |
| Oksigen dibebaskan (di sel badan) | Oksihemoglobin → hemoglobin + oksigen |
| Respirasi sel | Glukosa + oksigen → karbon dioksida + air + tenaga |
Oksihemoglobin ialah sebatian yang tidak stabil. Sifat ini membolehkannya terbentuk di peparu (banyak oksigen) dan mudah terurai di sel badan (kurang oksigen) supaya oksigen sampai ke sel yang memerlukannya.
Kepentingan adaptasi struktur alveolus
| Adaptasi | Kepentingan |
|---|---|
| Dinding alveolus dan kapilari darah nipis (setebal satu sel) | Memudahkan dan meningkatkan kadar resapan gas merentasi dinding |
| Dinding alveolus yang lembap | Gas respirasi melarut dan seterusnya meresap ke dalam kapilari darah |
| Berjuta-juta alveolus | Menyediakan luas permukaan yang besar untuk pertukaran gas |
| Jaringan kapilari darah yang padat meliputi alveolus | Meningkatkan kadar pertukaran gas antara alveolus dengan kapilari darah |
Faktor lain: semakin besar perbezaan kepekatan gas dalam alveolus dan kapilari darah, semakin tinggi kadar resapan gas. Pada altitud yang tinggi, kepekatan oksigen dalam udara lebih rendah, maka perbezaan kepekatan oksigen mengecil dan kadar resapan oksigen berkurang. Badan bergerak balas dengan membebaskan sel darah merah yang tersimpan dalam limpa, meningkatkan kadar penghasilan sel darah merah dan memudahkan penguraian oksihemoglobin (Galeri Sains, m.s. 45).
Nyatakan empat adaptasi struktur alveolus yang membolehkan pertukaran gas yang cekap.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Dinding nipis (setebal satu sel), dinding lembap, luas permukaan besar (berjuta-juta alveolus) dan jaringan kapilari darah yang padat.
2.3Kesihatan sistem respirasi manusia
Bahan yang memudaratkan sistem respirasi
| Bahan | Sumber | Kesan |
|---|---|---|
| Tar rokok | Asap rokok | Melekat dan membunuh sel dalam saluran pernafasan; menambah pengeluaran mukus (perokok kerap batuk); mengandungi karsinogen yang menyebabkan kanser peparu |
| Karbon monoksida (gas tanpa warna dan tidak berbau) | Asap rokok dan asap ekzos kenderaan bermotor | Bergabung dengan hemoglobin membentuk karboksihemoglobin yang stabil; pengurangan oksihemoglobin menyebabkan sel kekurangan oksigen dan tidak dapat menghasilkan tenaga yang cukup |
| Sulfur dioksida (gas tanpa warna, bau menyesakkan) | Pembakaran arang batu di stesen jana kuasa | Merengsa laluan pernafasan: batuk, sukar bernafas, bronkitis, kanser peparu |
| Nitrogen dioksida (gas berwarna perang, bau menyesakkan) | Pembakaran bahan api (petrol dan diesel) dalam kenderaan bermotor | Merengsa laluan pernafasan: batuk, sukar bernafas, asma |
| Jerebu, debu dan debunga (zarah pepejal halus) | Asap ekzos, pembakaran terbuka, kebakaran hutan; debunga daripada tumbuhan | Merengsa sistem respirasi dan menyebabkan penyakit seperti asma |
Tar rokok bukan sama dengan tar yang digunakan untuk membuat jalan raya. Tar rokok ialah bahan toksik berwarna perang dalam asap rokok.
Penyakit respiratori dan simptom
| Penyakit | Sebab | Simptom |
|---|---|---|
| Asma | Dirangsang oleh debu, debunga, jerebu, asap rokok, asap ekzos, pembakaran terbuka dan kebakaran hutan | Sesak nafas, semput, batuk |
| Bronkitis | Radang bronkus yang disebabkan oleh tar dan bahan perengsa dalam asap rokok | Batuk berterusan, tercungap-cungap, tidak dapat tidur |
| Emfisema | Alveolus dalam peparu dirosakkan oleh bahan yang berbahaya dalam udara seperti perengsa dalam asap rokok; tidak dapat dirawat tetapi simptom boleh dikawal | Sesak nafas, sakit ketika bernafas, rasa letih hanya melakukan kerja ringan |
| Kanser peparu | Karsinogen yang disedut semasa bernafas, misalnya tar dalam asap rokok | Batuk berterusan, kahak berdarah, sakit semasa bernafas |
Kesan merokok terhadap peparu (Eksperimen 2.2, demonstrasi oleh guru)
Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), Rajah 2.13(b), m.s. 63.
| Kehadiran asap rokok | Kapas | Larutan litmus | Inferens |
|---|---|---|---|
| Tidak | Kekal putih | Kekal ungu | Udara biasa tidak mengubah warna kapas dan litmus |
| Ya | Menjadi perang | Menjadi merah | Tar (bahan perang) terenap pada kapas, seperti pada peparu; asap rokok mengandungi gas yang bersifat asid |
Seseorang yang tidak merokok tetapi menyedut asap rokok orang lain dikenali sebagai perokok pasif. Asap rokok memudaratkan sistem respirasi perokok dan orang di sekitarnya.
Amalan menjaga kesihatan sistem respirasi: tidak merokok, menjauhi tempat yang dicemari asap rokok supaya tidak menjadi perokok pasif, bersenam dan memilih gaya hidup yang sihat.
Mengapakah menyedut karbon monoksida mengurangkan tenaga yang dihasilkan oleh sel badan?
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Karbon monoksida bergabung dengan hemoglobin membentuk karboksihemoglobin yang stabil, maka kurang oksihemoglobin terbentuk. Kurang oksigen sampai ke sel, jadi respirasi sel menghasilkan kurang tenaga.
2.4Adaptasi dalam sistem respirasi
Struktur respirasi kebanyakan organisma mempunyai tiga ciri untuk memastikan pertukaran gas yang cekap: permukaan yang lembap, struktur yang nipis (contohnya setebal satu sel) dan luas permukaan yang besar.
| Haiwan | Struktur respirasi | Adaptasi |
|---|---|---|
| Katak (amfibia) | Kulit luar lembap (dan peparu) | Kulit nipis dan sangat telap kepada gas; sentiasa lembap kerana diselaputi lapisan mukus yang memudahkan gas melarut dan meresap; jaringan kapilari darah yang padat di bawah kulit |
| Ikan | Insang | Dua baris filamen halus dengan banyak unjuran nipis dan pipih yang dikenali sebagai lamela memberi luas permukaan yang besar; insang dikelilingi air maka gas respirasi mudah melarut dan meresap |
| Serangga (belalang) | Sistem trakea | Udara masuk melalui spirakel ke dalam tiub udara (trakea) yang bercabang kepada trakeol berdinding nipis dan lembap; resapan gas berlaku terus ke sel; kantung udara meningkatkan kadar pertukaran gas dalam aktiviti cergas |
Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), Rajah 2.14 hingga 2.16, m.s. 64 dan 65.
Sistem peredaran darah serangga tidak terlibat dalam pertukaran gas kerana trakeol menghantar udara terus kepada sel.
Senaman mengekalkan sistem respirasi yang sihat. Contoh gaya hidup sihat: tidak merokok dan bersenam secara berkala.
Nyatakan dua adaptasi kulit luar katak yang membantu pertukaran gas.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Mana-mana dua: kulit nipis dan telap kepada gas; kulit lembap kerana lapisan mukus; jaringan kapilari darah yang padat di bawah kulit.
2.5Pertukaran gas dalam tumbuhan
Semua tumbuhan melakukan respirasi: oksigen diambil dan karbon dioksida disingkir. Pada waktu siang, tumbuhan juga melakukan fotosintesis dengan mengambil karbon dioksida dan menyingkir oksigen. Kebanyakan tumbuhan bertukar gas melalui daun, batang dan akar; ketiga-tiga bahagian ini memberi luas permukaan yang besar.
| Waktu siang | Waktu malam | |
|---|---|---|
| Pengambilan | Karbon dioksida dan oksigen | Oksigen |
| Penyingkiran | Oksigen dan karbon dioksida | Karbon dioksida |
Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), Rajah 2.18, m.s. 68.
Semasa fotosintesis, sel menggunakan karbon dioksida, maka kepekatan karbon dioksida dalam sel dan dalam ruang udara antara sel menjadi lebih rendah daripada kepekatan di luar stoma. Karbon dioksida meresap masuk melalui liang stoma yang terbuka ke dalam ruang udara antara sel, kemudian melarut pada permukaan sel yang lembap dan meresap ke dalam sel.
Liang stoma dan sel pengawal
Setiap stoma terdiri daripada satu liang stoma yang dikawal oleh sepasang sel pengawal. Sel pengawal mengandungi kloroplas. Liang stoma terbuka apabila terdapat cahaya dan tertutup apabila gelap atau semasa tumbuhan kehilangan air yang banyak pada hari panas. Osmosis ialah pergerakan molekul air dari kawasan berkepekatan molekul air yang tinggi (larutan berkepekatan zat terlarut yang rendah) ke kawasan berkepekatan molekul air yang rendah (kepekatan zat terlarut yang tinggi) merentasi membran separa telap.
Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), Rajah 2.19 hingga 2.22, m.s. 69 dan 70.
| Siang (ada cahaya) | Malam atau hari panas | |
|---|---|---|
| Sel pengawal | Menjalankan fotosintesis menghasilkan glukosa; kepekatan glukosa meningkat maka air meresap masuk secara osmosis | Air meresap keluar daripada sel pengawal secara osmosis |
| Bentuk | Segah dan membengkok | Flasid dan lurus |
| Liang stoma | Terbuka: karbon dioksida meresap masuk | Tertutup: mengurangkan kehilangan air |
Kepentingan persekitaran yang tidak tercemar untuk kemandirian tumbuhan
- Jerebu, debu dan habuk mengurangkan cahaya matahari yang sampai ke tumbuhan dan kadar fotosintesis. Debu dan habuk yang terenap pada liang stoma juga menghalang pertukaran gas antara tumbuhan dengan persekitaran.
- Hujan asid: sulfur dioksida dan nitrogen dioksida melarut dalam air hujan. Hujan asid membunuh sel tumbuhan dan menyebabkan tanah berasid serta kurang subur, maka hasil pengeluaran pertanian berkurang.
- Langkah pencegahan: mengharamkan pembakaran terbuka, mengehadkan bilangan kenderaan bermotor di bandar dan menggalakkan penggunaan tenaga alternatif seperti tenaga suria.
Terangkan mengapa liang stoma tertutup pada hari yang sangat panas.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Air meresap keluar daripada sel pengawal secara osmosis, maka sel pengawal menjadi flasid dan lurus serta menutup liang stoma. Ini mengurangkan kehilangan air daripada tumbuhan.