Energi bagi manusia untuk kehidupan
LEARNING OBJECTIVES Setelah mempelajari, maka mahasiswa mampu : 1. Mengetahui hubungan antara energi mekanik, kimia dan panas dan juga mengetahui cara mengkonversi secara matematika diantar bentuk energi tersebut 2. Mengidentifikasi 3 sistem energi utama manusia, 3 sumber energi utama tersimpan dalam tubuhnya dan berbagai hara yang diperlukan manusia 3. Menyebutkan komponen dari pemakaian energi sehari-hari (TDEE) dan bgmn cara saling berkontribusi untuk total penggunaan energi sepanjang hari 4. Menerangkan berbagai faktor yang akan mempengaruhi penggunaan energi 5. Menerangkan peran 3 sistem energi selama melakukan latihan.
Measures of Energy What is energy? For our purposes, energy represents the capacity to do work. Work is one form of energy, often called mechanical energy. When we throw a ball or run a mile, we have done work; we have produced mechanical energy. Energy exists in a variety of other forms in nature : - light energy of the sun, - nuclear energy in uranium, - electrical energy in lighthing storms, - heat energy in fires, - chemical energy in oil. The six forms of energy: mechanical, chemical, heat, electrical, light, and nuclear— are interchangeable according to various laws of thermodynamics. We take advantage of these laws every day. One such example is the use of the chemical energy in gasoline to produce mechanical energy—the movement of our cars.
In the human body, four of these types of energy are important. Our bodies possess stores of chemical energy that can be used produce electrical energy for creation of electrical nerve impulses, to produce heat to help keep our body temperature at 37°C (98.6°F) even on cold days, and to produce mechanical work through muscle shortening so that we may move about. The sun is the ultimate source of energy
Solar energy is harnessed by plants, through photosynthesis, to produce either plant carbohydrates, fats, or proteins, all forms of stored chemical energy.
How do we measure work and energy? Energy has been defined as the ability to do work. According to the physicist’s definition, work is simply the product of force times vertical distance, or in formula format, Work = Force × Distance. When we speak of how fast work is done, the term power is used. Power is simply work divided by time, or Power = Work/Time.
What is the most commonly used measure of energy? Although there are a number of different ways to express energy, the most common term used in the past and still most prevalent and understood in the United States by most people is Calorie. A calorie is a measure of heat. One gram calorie represents the amount of heat needed to raise the temperature of one gram of water one degree Celsius; it is sometimes called the gram calorie. A kilocalorie is equal to 1,000 small calories. It is the amount of heat needed to raise 1 kg of water (1 L) one degree Celsius. In human nutrition, because the gram calorie is so small, the kilo- calorie is the main expression of energy. It is usually abbreviated as kcal, kc, or C, or capitalized as Calorie. Throughout this book, Calorie or C will refer to the kilocalorie.
The following represents some equivalent energy values for the Calorie in terms of mechanical work and oxygen utilization. Some examples illustrating several of the interrelationships will be used in later chapters.
1 C = 3,086 foot-pounds 1 C = 427 kgm 1 C = 4.2 kilojoules (kJ) or 4,200 joules 1 C = 200 ml oxygen (approximately) Energy may be derived from the three major foodstuffs—carbohydrate, fat, and protein— plus alcohol. The caloric value of each of these three nutrients may vary somewhat, depending on the particular structure of the different forms. For example, carbohydrate may exist in several forms—as glucose, sucrose, or starch—and the caloric value of
Energi di Sekitar Kita
Zat Makanan dan Sistem Pencernaan Metabolisme
Respirasi
Fotosintesis
1 1
Energi di Sekitar Kita
Fungsi makanan: - sebagai sumber tenaga, - bahan untuk pertumbuhan, - mengganti sel-sel yang rusak, - mengatur proses-proses dalam tubuh Zat makanan yang menjadi sumber energi bagi tubuh: - karbohidrat - protein - lemak
1 2
Energi di Sekitar Kita
Karbohidrat Karbohidrat berperan dalam: - penyedia energi, - metabolisme, - keseimbangan asam basa, - pembentukan struktur sel, jaringan, dan organ. Makanan sumber karbohidrat: - nasi, - roti gandum, - kentang goreng, - sagu.
1 3
Bab 12 Energi di Sekitar Kita
Protein Fungsi protein: - untuk pertumbuhan dan perbaikan sel - sumber energi, - mengatur keseimbangan pH dan cairan dalam darah, - membentuk antibodi dan vitamin. Makanan sumber protein: - protein hewani: susu, daging, ikan. - protein nabati: tempe, tahu.
1 4
Bab 12 Energi di Sekitar Kita
Lemak Fungsi lemak: - sumber energi , - cadangan energi , - mempertahankan suhu tubuh, - pelindung organ vital, - pelarut vitamin A, D, E, dan K. Makanan sumber lemak: - Lemak hewani: daging, keju, susu, telur, ikan. - Lemak nabati: minyak kelapa, kacang tanah, kedelai, alpukat.
1 5
Image makanan sumber lemak (hewani & nabati) Voice: Fungsi lemak bagi tubuh antara lain: sebagai sumber energi setelah karbohidrat, sebagai cadangan energi berupa jaringan lemak, lapisan lemak di bawah kulit dapat dijadikan sebagai isolator sehingga tubuh dapat mempertahankan suhu normal, menjadi bantalan atau pelindung bagi organ vital, seperti ginjal dan bola mata, pelarut vitamin A, D, E, dan K, untuk mempermudah penyerapannya dalam tubuh. Image makanan sumber lemak hewani Voice: Lemak dapat diperoleh dari tumbuhan dan hewan. Sumber lemak hewani adalah daging, keju, susu, telur, dan ikan, Image makanan sumber lemak nabati Voice: sedangkan sumber lemak nabati adalah minyak kelapa, kacang tanah, kedelai, kemiri, alpukat, minyak kelapa sawit, dan mentega.
Energi di Sekitar Kita
Pencernaan Makanan Sistem pencernaan makanan pada manusia tersusun atas: •saluran pencernaan •kelenjar pencernaan Saluran pencernaan: rongga mulut – kerongkongan – lambung – usus halus – usus besar – anus. Kelenjar pencernaan terdiri dari: -Kelenjar ludah -Kelenjar lambung -Pankreas -Hati -Kelenjar usus 16
Image alat pencernaan manusia Voice: • Proses pencernaan makanan adalah proses untuk mengubah makanan dari bentuk yang kasar (kompleks) menjadi bentuk yang halus (sederhana) sehingga dapat diserap oleh tubuh. • Sistem pencernaan makanan pada manusia tersusun atas alat-alat pencernaan, yang meliputi saluran pencernaan dan kelenjar pencernaan. •
Saluran pencernaan dimulai dari rongga mulut, kerongkongan, lambung, usus halus, usus besar, dan berakhir pada poros usus (anus).
•
Kelenjar pencernaan terdiri dari: a. Kelenjar ludah b. Kelenjar lambung c. Pankreas d. Hati e. Kelenjar usus
Teks kiri (alinea 1, 2, 3, muncul sesuai voice)
Energi di Sekitar Kita
Pencernaan Karbohidrat Molekul Karbohidrat dipecah
Monosakarida
Disakarida
Diserap oleh usus halus dan dialirkan oleh darah
Monosakarida dalam organ Dioksidasi oleh sel dalam organ
CO2, H2O, Energi
17
Image bagan di samping Voice: (kotak di samping blinking saat kata yang di dalamnya disebutkan) Pada pencernaan karbohidrat, molekul karbohidrat yang berbentuk rangkaian panjang molekul-molekul gula (polisakarida) dipecah menjadi disakarida dan monosakarida. Disakardia yang terbentuk dapat dipecah kembali menjadi monosakarida. Pemecahan ini dibantu oleh enzim. monosakarida yang hanya terdiri dari satu unit gula dapat diserap melalui dinding usus halus dan dibawa oleh aliran darah ke berbagai organ tubuh. Sel-sel yang terdapat di dalam organ tubuh dapat mengoksidasi glukosa menjadi CO2 dan H2O dan menghasilkan energi.
Karbohidrat yang dicerna juga dapat tersimpan sebagai cadangan energi dalam bentuk glikogen di dalam otot dan hati, serta dalam bentuk lemak yang disimpan di jaringan lemak.
Bab 12 Energi di Sekitar Kita
Pencernaan Protein Molekul Protein dipecah
dipecah
Asam amino
Senyawa mengandung N
Diserap oleh usus halus dan dialirkan oleh darah
Asam Amino dalam organ
18
Senyawa tidak mengandung N diproses
Karbohidrat dan lemak
Image bagan di samping Voice: (kotak di samping blinking saat kata yang di dalamnya disebutkan) Pada pencernaan protein, molekul protein akan dipecah oleh enzim protease menjadi asam amino. Asam amino kemudian diangkut melalui dinding usus halus masuk ke dalam pembuluh darah menuju organ yang membutuhkan. Apabila tubuh kelebihan protein, maka protein tersebut akan dipecah menjadi senyawa yang mengandung unsur N dan senyawa yang tidak mengandung N. Senyawa protein yang mengandung N akan dibuang melalui urin karena bersifat racun bagi tubuh, sedangkan senyawa protein yang tidak mengandung N akan dibentuk menjadi bahan baku karbohidrat dan lemak. Sehingga protein juga bertindak sebagai sumber energi.
Bab 12 Energi di Sekitar Kita
Pencernaan Lemak Lemak dipecah
Asam lemak & Kolesterol Diserap oleh usus halus dan dialirkan oleh darah
Lemak dalam organ
19
Image: bagan di samping Voice: Hampir seluruh pencernaan lemak berlangsung di dalam usus halus. Segera setelah makanan masuk ke dalam usus, kantung empedu berkontraksi hingga mengeluarkan empedu ke dalam usus. Empedu akan memecah lemak menjadi asam lemak dan kolesterol sehingga dapat diserap langsung ke dalam pembuluh kil dan akhirnya masuk ke dalam peredaran darah lalu ke seluruh tubuh untuk digunakan sebagai energi atau disimpan di sel lemak yang disebut dengan adiposit.
Energi di Sekitar Kita
Metabolisme: seluruh reaksi kimiawi dalam sel tubuh untuk memperoleh energi kimia (ATP) dari zat-zat makanan.
Image analogi metabolisme Voice: Metabolisme merupakan seluruh reaksi kimiawi yang terjadi di dalam sel tubuh makhluk hidup untuk memperoleh energi kimia dalam bentuk ATP dari zat-zat makanan yang banyak mengandung energi.
Metabolisme terdiri dari:
(panah hijau katabolisme blinking) Voice: Katabolisme merupakan proses penguraian molekul-molekul kompleks menjadi molekul sederhana,
• Katabolisme: proses pengurai-an molekul-molekul kompleks menjadi molekul sederhana. • Anabolisme: proses pembentukan senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks.
20
Kegiatan metabolisme di dalam sel makhluk hidup dibagi menjadi dua sistem, yaitu katabolisme dan anabolisme.
Muncul Image tulisan reaksi respirasi Voice: contohnya respirasi yang mengubah glukosa dan oksigen menjadi karbondioksida, uap air, dan energi dengan bantuan cahaya matahari. katabolisme memiliki fungsi sebagai penyedia bahan baku untuk sintesis molekul lain dan penyedia energi kimia yang dibutuhkan untuk melakukan berbagai aktivitas. (panah hijau anabolisme blinking) Anabolisme adalah proses pembentukan senyawa yang sederhana menjadi senyawa yang lebih kompleks melalui proses sintesis. Muncul Image tulisan reaksi fotosintesis: (menggantikan reaksi respirasi) contohnya proses fotosintesis pada tumbuhan yang mengubah karbon dioksida dan uap air menjadi glukosa dengan bantuan energi matahari.
Energi di Sekitar Kita
Respirasi: - proses pertukaran gas O2 dan CO2 dalam tubuh, - penggunaan gas oksigen untuk menghasilkan energi. Fungsi energi hasil pernapasan: - menjaga suhu tubuh - tenaga untuk beraktivitas
Image proses respirasi Voice: Respirasi atau pernapasan adalah proses pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida dalam tubuh dan penggunaan gas oksigen untuk menghasilkan energi. Muncul image:
Voice: (ket gbr di atas blinking saat kata dibold disebutkan) Oksigen yang masuk ke dalam tubuh dalam proses pernapasan, digunakan untuk menghasilkan energi dengan cara pembakaran zat makanan, seperti gula dan lemak. Zat makanan yang siap dioksidasi biasanya berada dalam bentuk glukosa, yaitu gula sederhana hasil pemecahan karbohidrat. Karbon dioksida dan uap air (H2O) yang dihasilkan dari reaksi tersebut dilepaskan ke udara bersama embusan napas.
Teks alinea 2 muncul Energi yang dihasilkan, sebagian berupa panas dan berfungsi memelihara suhu badan, sedangkan sebagian lagi berupa energi yang berguna untuk melakukan kegiatan seperti berlari, menulis, berpikir, dan sebagainya. 21
Bab 12 Energi di Sekitar Kita
Respirasi pada Hewan Contoh alat respirasi hewan: kulit, insang, trakea, dan paruparu.
Respirasi pada hewan: • respirasi aerob • anaerob Respirasi aerob: pemecahan molekul menggunakan oksigen. Respirasi anaerob (fermentasi): pemecahan molekul tanpa menggunakan oksigen.
22
Image beberapa alat respirasi hewan. Voice: Alat respirasi hewan beragam, ada yang berupa kulit, insang, trakea, dan paru-paru. Voice: Berdasarkan kebutuhan terhadap oksigen, respirasi pada hewan dibedakan menjadi dua, yaitu respirasi aerob dan anaerob
Image: Voice: Respirasi aerob merupakan pemecahan molekul dengan menggunakan oksigen. Image: Voice: Respirasi anaerob merupakan pemecahan molekul tanpa menggunakan oksigen. Respirasi anaerob disebut juga fermentasi. Sebagian besar makhluk hidup melakukan respirasi aerob, tetapi beberapa mikrooganisme melakukan respirasi dengan anaerob.
Bab 12 Energi di Sekitar Kita HOME
MATERI
BAB 3
Respirasi pada Tumbuhan Pada proses pernapasannya, tumbuhan memecah senyawa hasil fotosintesisnya (amilum dan glukosa) menjadi energi. Respirasi tumbuhan dipengaruhi: - ketersediaan substrat, - ketersediaan oksigen, - suhu, - jenis dan umur.
23
Image tumbuhan bernapas Voice: Tumbuhan juga bernapas seperti kita.
Muncul Image:
Voice: Pada proses pernapasan atau respirasi ini, tumbuhan memecah senyawa kompleks hasil fotosintesis, seperti amilum dan glukosa untuk mendapatkan energi. (teks pada gambar blinking saat kata dibold dibacakan. Image reaksi hilang. Teks di samping, alinea kedua, muncul. Voice: Respirasi tumbuhan dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu ketersediaan substrat, ketersediaan oksigen, suhu, serta jenis dan umur tumbuhan.
Energi di Sekitar Kita HOME
Fotosintesis: proses pengubahan senyawa anorganik (air dan karbon dioksida) menjadi senyawa organik (gula atau glukosa) dengan bantuan cahaya matahari. Organel tumbuhan yang berperan dalam fotosintesis: kloroplast (yang banyak mengandung klorofil)
MATERI
BAB 3
Image diagram fotosintesis Voice: Teks di gambar blinking saat disebutkan Fotosintesis adalah proses pengubahan senyawa anorganik seperti air dan karbon dioksida menjadi senyawa organik, yaitu karbohidrat dan oksigen dengan bantuan cahaya matahari. Image fotosinbtesi pada daun (Teks kloroplast blinking) Voice: Organel tumbuhan yang berperan dalam proses fotosintesis adalah kloroplast, yang di dalamnya banyak terkandung klorofil (zat hijau daun). Klorofil lah mengubah energi matahari (panah kuning blinking), karbon dioksida (panah pink blinking), dan air ... (panah biru blinking) (jadi ada 3 panah yang nyala)
menjadi energi kimia (hanya panah ungu yang blinking), yaitu dalam bentuk senyawa-senyawa organik, seperti gula, oksigen, dan air.
24
Energi di Sekitar Kita
Jenis klorofil: - klorofil a (berwarna hijau) - klorofil b (berwarna biru)
Reaksi fotosintesis:
Umumnya, terdapat dua macam klorofil, yaitu klorofil a dan klorofil b. Klorofil a mengandung warna hijau dan klorofil b mengandung warna biru. Klorofil berfungsi untuk menyerap energi cahaya matahari selain warna hijau atau biru. Energi inilah yang akan digunakan dalam proses fotosintesis. Persamaan reaksi fotosintesis secara umum dapat digambarkan sebagai berikut.
Image rex terang & gelap Voice: Fotosintesis berlangsung melalui dua tahap reaksi, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.
Tahapan reaksi fotosintesis: - reaksi terang - reaksi gelap
Reaksi terang memerlukan cahaya dan terjadi dalam grana (elips hijau dilingkari, diberi keterangan : grana) yang mengandung klorofil. Dalam tahap ini, terjadi proses pemecahan molekul air (H2O blinking)
Fungsi fotosintesis: - menyediakan O2 untuk bernapas - mendaur ulang CO2 hasil pernapasan - menghasilkan zat makanan (glukosa dan karbohidrat)
Reaksi gelap dapat berlangsung tanpa cahaya matahari dan terjadi dalam stroma. (stroma blinking). Dalam tahap ini, Karbon dioksida (panah CO2blinking) akan diubah menjadi glukosa (panah G3P blinking) dan karbohidrat dengan menggunakan ion hidrogen dan energi yang dibentuk saat reaksi terang (panah kiri siklus kalvin blinking). Reaksi gelap sering disebut Siklus Kalvin.
25
menjadi ion hidrogen dan melepaskan oksigen (H+ dan O2 blinking) serta penyerapan energi cahaya matahari oleh klorofil (sinar matahari blinking
Fotosintesis berperan penting bagi kehidupan organisme karena menyediakan oksigen yang diperlukan untuk proses pernapasan, mendaur ulang karbon dioksida yang dihasilkan dari proses pernapasan, dan menghasilkan zat makanan, berupa glukosa maupun karbohidrat
