89

13/14 Mei 2013

Tatap Muka 9: Animal Form and Function III

XIV. Osmoregulasi dan Ekskresi (Osmoregulation and Excretion) (Diambil dari Campbell et al., 2011, Biology 9

th Ed)

Kompetensi:

1. Mahasiswa mampu membedakan pengeluaran sampah nitrogen pada hewan air, mamlia,

dan burung

2. Mahasiswa mampu menerangkan empat tahap proses eksresi

3. Mahasiswa mampu mendeskripsikan sistem exkresi mamalia

4. Mahasiswa mampu mendeskripsikan struktur ginjal dan organisasi nefron

Konsep dasar 1. Thermoregulasi melibatkan bentuk atau struktur, fungsi dan tingkah laku hewan

2. Sampah nitrogen hewan merefleksikan filogeni dan habitatnya

3. Nefron tersusun bagi kebijaksanaan tahapan pemrosesan penyaringan darah

Key concept1. Thermoregulasi melibatkan bentuk atau struktur, fungsi dan tingkah

laku hewan

Temperatur internal tubuh dijaga senantiasa mencapai kondisi homeostasis dalam kondisi

eksternal apapun dan lingkungan internal kegiatan apapun suatu hewan. Dengan kata lain

thermoregulasi adalah bagaimana tubuh hewan menjaga temperatur internal tubuhnya senantiasa

dalam kisaran temperatur optimum yang dapat ditoleransi tubuh. Oleh karena itu sistem

thermoregulasi sangat penting bagi survival hewan, karena proses biokimiawi dan proses-proses

fisiologi hewan sangat sensitif terhadap perubahan temperatur. Artinya dibutuhkan temperatur

optimum bagi katalisator proses fisiologi atau biokimia enzim dapat melaksanakan kerjanya.

Misalnya dalam temperatur tinggi atau rendah (tidak dalam kisaran homeostasis), membran biologi

menjadi lebih fluid (cair) atau rigid (kaku), juga molekul pembawa oxygen, haemoglobin, tidak

efektif bekerja bila temperatur internal tubuh tinggi.

Strategi thermoregulasi dibedakan dua endotermi atau ektotermi atau eksotermi.

Endotermi artinya, panas (internal) tubuhnya diperoleh dari dalam tubuhnya sendiri yaitu panas

akibat aktivitas metabolismenya. Contoh endotermi mamalia, burung, mereka kemudian dikenal

sebagai hewan endoterm. Eksotermi artinya panas internal tubuhnya berasal atau diperoleh dari luar

atau sumber eksternal. Contoh eksotermi hewan ampibi, kadal, ular, kura-kura, berbagai jenis ikan,

sebagian besar invertebrata, mereka kemudian disebut hewan eksoterm. Baik hewan endoterm

maupun eksoterm, untuk menjaga homeostasis temperatur tubuhnya melibatkan baik struktur,

fungsi atau fisiologis yang dilaksanakaan maupun dengan pelibatan tingkah laku hewan dalam

upaya memelihara homeostasis temperatur yang dibutuhkan dalam homestasisnya. Apa contoh

peranan struktur hewan dalam memelihara homeostasis temperatur ? Contoh tingkah laku hewan

apa dalam rangka thermoregulasi ? ada kan hewan yang sengaja berpanas-panas atau beretduh dari

panas pada suatu saat ?

Hubungan termoregulasi dengan kecepatan metabolisme tentu sangat erat, karena proses

metabolisme butuh enzim, enzim bekerja butuh temperatur optimum (termoregulasi berepran), hasil

kerja metabolisme adalah energi. Jadi energi yang kebutuhannya ditentukan oleh ukuran hewan,

lingkungan hewan dan tentu saja aktivitas (metabolisme) hewan berhubungan dengan

thermoregulasi juga. Ada hewan yang kondisinya memaksa harus berhemat energi sehingga harus

melakukan torpor atau melakukan hibernasi atau aestivasi. Torpor adalah kondisi hewan

90

menurunkan aktivitas dimana temperatur tubuh dan kecepatan metabolisme menurun dan sistem

jantung dan sistem respirasi menurun. Beberapa endoterm memiliki periode torpor yang pendek,

biasanya pada waktu ketika mereka tidak dapat makan. Contohnya kelelawar mengalami torpor

pada siang hari, pada saat mereka tidak aktif. Hibernasi (hibernus bahasa Latin yang berarti

musim dingin) adalah tipe torpor pada periode yang panjang ketika hewan memasuki musim

dingin. Ada hewan yang mengalami torpor selama musim panas disebut aestivasi (aestas bahasa

Latin berarti musim panas). Aestivasi memungkinkan hewan bertahan untuk jangka waktu panjang

terhadap temperatur tinggi lingkungan dan kekurangan makanan dan air.

Pengaturan lingkungan internal menjaga homeostasis berikutnya adalah berhubungan

dengan kehilangan dan perolehan air beserta yang terlarut di dalamnya. Hewan harus menjaga

komposisi cairan internal di dalam dan di luar sel-selnya agar dapat berfungsi optimal baik dalam

jaringan, organ dan sistem. Proses Osmoregulasi tersebut tergantung pada pengaturan pergerakan

larutan antara cairan internal tubuh dengan eksternal lingkungan hewan. Jadi membahas bagaimana

hewan mengatur keseimbangan air dan pelarut-pelarut lain masuk dan keluar tubuh hewan. Air

keluar masuk sel prosesnya disebut osmosis, difusi khusus air melalui membran biologi, ingat

sudah dibahas di Biodas 1 bukan?.

Semua hewan menseimbangkan perolehan dan kehilangan air dan pelarut-pelarut larut air.

Hewan dari cara memelihara keseimbangan cairan yang masuk dan keluar tubuh dibedakan ke

dalam dua, hewan osmoconformer dan hewan osmoregulator. Organisme yang disebut

osmoconformer adalah hewan yang tidak mengalami perolehan atau kehilangan air karena jumlah

yang sama antara air yang bergerak ke dan dari antara dua larutan dengan konsentrasi pelarut sama.

Beberapa hewan akuatik yang hidup di laut memiliki cairan tubuh dengan konsentrasi pelarut sama

dengan yang ada di laut. Semua organisme air tawar, air laut, hewan darat, memiliki cairan tubuh

yang konsentrasi pelarut berbeda dari lingkungan mereka. Oleh karenanya mereka harus

menggunakan energi mereka untuk mengatur air hilang dan air masuk. Hewan yang demikian

disebut osmoregulator. Reaksi metabolisme dimana kehidupan bergantung, membutuhkan

keseimbangan yang tepat antara air dan yang telarut dalam air. Apa yang memelihara organisme

akuatik dari memiliki kehilangan atau perolehan air ? Berkeringat dapat menghasilkan kehilangan

air yang serius. Beberapa hewan air tawar menghadapi dehidrasi musiman.

Key concept 2. An animal’s nitrogenous wastes reflect its phylogeny and habitat

Hewan harus membuang sampah yang mengandung nitrogen. Ikan dan sebagian besar

organisme akuatik menghasilkan sampah amoniak (NH3). Mamalia, amphibi, hiu, dan beberapa

ikan bertulang sejati menghasilkan sampah nitrogen dalam bentuk urea. Burung, serangga,

beberapa reptil, keong darat menghasilkan sampah nitrogen berupa asam urat. Semua sampah

nitrogen harus dibuang tubuh (Figure 44.8).

91

Key concept 3. Diverse excretory systems are variations on a tubular theme

Sistem ekskresi memegang peranan utama dalam homeostasis. Sistem ekskresi kita

berperanan penting dalam homeostasis, yaitu membentuk dan mengeluarkan urin sementara pada

waktu bersamaan mengatur jumlah air dan garam dalam cairan tubuh. Kedua ginjal kitalah yang

menjadi pusat utama proses sistem ekskresi. Setiap hari, ginjal kita menyaring sekitar 180 liter

cairan atau disebut filtrat yang mengandung air, urea, Na+, K+, Cl-, HCO-, glukosa, asam amino.

Sehari-hari kita mengeluarkan sekitar 1,5 liter urin. Urin keluar ginjal melalui saluran ureter masuk

ke kantung urin dan kantung urin yang dikosongkan pada waktu kita kencing, air kencing keluar

tubuh lewat saluran yang disebut uretra.

Proses utama atau kunci sistem ekskresi adalah penyaringan, reabsorpsi, sekresi dan

ekskresi (Figure 44.10). Empat proses utama dalam sistem ekskresi dimulai dengan penyaringan

atau filtrasi. Air dan molekul kecil lainnya yang bisa masuk menembus dinding kapiler masuk ke

tubulus nepron dari glomerulus. Nepron adalah unit fungsional pada ginjal yang melakukan

fungsi penyaringan (filtrasi). Glomerulus adalah kapiler berbentuk bola yang bersama nepron

menjadi unit yang berfungsi menyaring. Setelah proses penyaringan dua proses berjalan berurutan

untuk melakukan proses yang lebih halus lagi pada filtrat hasil filtrasi nepron. Dua proses itu

adalah reabsorpsi dan sekresi. Dalam reabsorpsi, air dan pelarut lainnya termasuk glukosa, garam

dan asam amino diambil dari filtrat dan dikembalikan ke darah. Selama sekresi, beberapa substansi

dipindahkan dari darah dan ditambahkan ke dalam filtrat. Bila ada kelebihan K+ atau H+ dalam

darah, misalnya, ion-ion tersebut ditransport ke dalam sel dari tubulus nepron, yang mensekresi

mereka ke dalam filtrat. Dalam memindahkan kelebihan H+ dari darah, sekresi menjaga darah

untuk menjadi asam. Sekresi juga menghilangkan obat-obat tertentu (bila ada) dan substansi racun

dari darah. Proses terakhir adalah ekskresi, urin dan hasil-hasil penyaringan, reabsorpsi dan sekresi

lewat dari ginjal ke luar tubuh melalui ureter, kantung urin dan uretra (Figure 44.14).

92

93

Dialysis ginjal dapat menyelamatkan nyawa. Dyalisis berarti pemisahan dan seperti nepron

ginjal, mesin dialysis menyaring molekul-molekul kecil darah, mempertahankan beberapa molekul

dan membuang beberapa molekul yang tidak diperlukan. Mesin ini sangat bermanfaat pada orang

yang mengalami gagal ginjal dan atau ginjalnya rusak tidak dapat melakukan fungsinya. Memang

tidak selalu mesin dialysa tersedia pada saat dibutuhkan dan atau tidak semua orang mampu

membayar biaya penggunaan mesin dialisa, walaupun mereka membutuhkannya.

Liver atau hati sangat vital dalam homeostasis. Homeostasis tidak lengkap dibahas tanpa

melibatkan liver atau hati. Hatilah sesungguhnya organ yang memiliki paling banyak fungsi. Hati

membantu dalam pencernaan, membantu aktivitas vital ginjal yaitu dalam menyiapkan sampah

nitrogen, hatilah yang mensintesa urea dari amonia untuk kemudian diberikan ke ginjal untuk

ekskresi. Hati membantu menghilangkan zat-zat racun seperti obat, alkohol dll dengan jalan

merubah zat-zat racun itu menjadi produk inaktif sehingga ginjal dapat menyaringnya dari darah

dan membuangnya.

94

XV. Hormon dan Sistem Endokrin (Hormones and the endocrine system) (Diambil dari Campbell et al., 2011, Biology 9

th Ed)

Kompetensi:

1. Mahasiswa mampu menerangkan lima jenis komunikasi sel melalui signal kimiawi

2. Mahasiswa mampu membedakan terminologi hormon dan regulator lokal, signal

parakrin dan autokrin

3. Mahasiswa mampu membedakan dua model pengaturan hormon

Konsep Dasar

1. Hormon dan molekul signal kimiawi lain mengikat reseptor target, mentriger jalur respon

khusus

2. Umpan balik negatif dan pasangan hormon antagonis adalah gambaran umum sistem

endokrin

Key concept 1. Hormones and other signaling molecules bind to target receptors,

triggering specific response pathways

Kita telah mengetahui bahwa ada substansi kimia tertentu yang menjadi pemberi signal

bagi mulainya suatu proses fisiologi dalam hewan. Contohnya substansi kimia yang disebut

hormon. Banyak hewan yang menggantungkan aktivitas tubuhnya diatur oleh signal kimiawi.

Figure 45.2 memberikan gambaran komunikasi sel melalui signal kimia.

95

Bermacam signal kimiawi, ada lima jenis signal kimiawi (a,b,c,d,e). Kimiawi dihasilkan sel

tertentu kemudian kimiawi tersebut menjadi pentriger suatu proses fisiologi. Molekul kimiawi

pentriger tersebut harus dapat ditangkap sel. Sel yang dapat menangkap molekul tersebut sehingga

kemudian berespon, melaksanakan suatu proses fisiologi, disebut sel target. Sel target untuk dapat

berespon harus memiliki reseptor untuk molekul kimiawi tersebut. Dengan kata lain sel arget adalah

sel yang memiliki reseptor terhadap molekul kimiawi pensignal. Gabungan reseptor molekul

menjadi triger atau pemicu proses biokimia atau fisiologi hewan berlangsung. Ada lima macam

signal kimiawi (lihat gambar). Signal endokrin atau signal jarak jauh, yaitu molekul kimawinya

disebut hormon, keluar dari sel/kelenjar penghasilnya (yaitu disebut kelenjar endokrin karena

kelenjar penghasil tidak mempunyai saluran atau buntu), beredar dalam darah dan berefek di sel

target yang letaknya jauh dari sel penghasil hormon tersebut, karenanya disebut signal jarak jauh.

Berikutnya adalah signal parakrin, yaitu molekul kimiawi yang dihasilkan sel

penghasilnya ditangkap dan berefek ke sel-sel sekitarnya tersebut. Yang ketiga adalah signal

autokrin, yaitu molekul pensignal dihasilkan sel berdifusi masuk lagi ke sel penghasil dan

berefek. Oleh karena efek ke sel penghasilnya sendiri maka disebut autokrin. Yang keempat

adalah signal synaptik, signal pada synaps, struktur pada system persyarafan yang akan kita

bahas setelah ini. Molekul kimiawi yang dihasilkan synaps disebut neurotransmitter. Seperti

namanya sel penghasil molekul kimiawi neurotransmitter adalah sel syaraf, beredar di synaps

berefek ke sel saraf beikutnya melalui synaps tersebut. Yang kelima adalah signal

neuroendokrin, yaitu sel syaraf (neuro) menghasilkan molekul kimiawi hormon (endokrin)

masuk ke dalam darah ikut beredar bersama darah, sel targetnya bisa jauh dari sel penghasilnya,

jadi bisa dimasukkan juga ke signal jarak jauh seperti signal endokrin, bedanya sel penghasilnya

adalah neuron atau sel syaraf. Jadi membahas pengaturan molekul kimiawi pensignal memang

membahas sistem endokrin, sistem syaraf juga bukan?

Hormon adalah molekul kimiawi pensignal yang struktur kimianya bermacam-macam, ada

yang protein atau polipeptida (mislanya insulin, gonadotropin), ada yang steroid turunan

kolesterol (misal progesteron, aldosteron), ada yang turunan amin (misal adrenalin, noradrenalin).

Tentu saja, tiap hormon memiliki reseptornya sendiri-sendiri. Ada reseptor hormon yang

lokasinya pada sel target pada membrannya, ada yang di dalam sitoplasma sel target, dan

mekanisme kerja atau efeknya juga bermacam-macam.

Hormon adalah pengatur kimiawi yang beredar dalam darah untuk menuju sel atau

jaringan dimana hormon dapat melaksanakan fungsinya. Hormon dihasilkan kelenjar yang tidak

96

memiliki saluran, dan karenanya produknya langsung masuk peredaran darah, kelenjar tak

bersaluran penghasil hormon disebut kelenjar endokrin atau kelenjar buntu. Sel-sel kelenjar

endokrin mensekresi molekul ke dalam sistem sirkulasi, dan molekul selanjutnya ikut peredaran

darah menuju sel atau jaringan target atau sasaran. Sel target adalah sel-sel yang berespon untuk

pengaturan signal. Selain sel endokrin ada tipe sel lain yang menghasilkan molekul signal kimiawi.

Sel itu adalah sel neurosekretoris, yaitu sel syaraf khusus selain menghantarkan signal, sel

neurosekretoris membuat dan mensekresi hormon. Sama seperti sel endokrin, sel neurosekretoris

melepaskan hormon ke dalam peredaran darah untuk ditransport ke sel target.

Key concept 2. Negative feedback and antagonistic hormone pairs are common

features of the endocrine system

Bagaimana jalur pengaturan yang dilakukan hormon ? Dalam endokrinologi pengaturan oleh

hormon dibedakan ke dalam dua model yaitu (1) pengaturan pasangan hormon antagonis dan (2)

pengaturan umpan balik negatif. Bila suatu hormon disekresi untuk membantu tubuh mencapai

kondisi homeostasis, maka kondisi melebihi homeostasis akibat sekresi hormon tersebut akan

memicu sekresi hormon yang fungsinya antagonistik terhadap hormon pertama yang diskeresi,

sehingga berakibat sekresi hormon pertama berhenti (karena tubuh sudah terpenuhi kebutuhannya

bahkan mungkin melebih), yang dibutuhkan ganti sekresi hormon kedua untuk mengembalikan ke

batas homeostasis, demikian gambaran pengaturan pasangan hormon antagonis. Contoh adalah

pasangan hormon antagonis antara hormon insulin dan hormon glukagon dalam pengaturan

homeostasis kadar glukosa darah tubuh melalui mekanisme atau model pasangan hormon antagonis

ini (Figure 45.15). Pengaturan umpan balik negatif adalah bila suatu hormon disekresi tubuh untuk

mencapai kondisi homeostasis, maka sekresinya akan terus hingga tercapai titer atau konsentrasi

hormon tersebut yang tinggi, dan kondisi ini akan menjadi pemicu bagi hormon lain untuk

menghentikan sekresi hormon pertama, Jadi tingginya titer hormon menjadi pemicu sekresi hormon

lain yang berfungsi menghentikannya, makanya disebut umpan balik negatif, artinya bila nanti

sekresi hormon kedua mencapai titer tinggi, atau titer hormon pertama rendah sekali karena tak

disekresi, maka akan memicu sekresi hormon satunya. Makanya dsiebut umpan balik negatif, karena

bila titer dalam darah tinggi, maka sekresi hormon off / berhenti, bila titer dalam darah rendah justru

di-onn-kan atau disekresi, uman balik yang kebalik alias negatif.

97

Sistem endokrin dan sistem persyarafan dapat bertindak sendiri-sendiri atau bersama-sama

dalm penagturan prose fisiologi hewan vertebrata (hewan tingkat tinggi) maupun invertebrata

hewan tingkat rendah). Contohnya perkembangan insekta, proses metamorfosis pada insekta

melibatkan kedua sistem endokrin dan sistem persyarafan. Proses reproduksi hewan juga

melibatkan kolaborasi sistem endokrin dan sistem persyarafan. Sistem endokrin secara sendiri

(tidak berkolaborasi dengan sistem persyarafan) bekerja atau berespon terhadap rangsang dalam

mengatur proses metabolisme, dalam memelihara homeostasis, dalam perkembangan hewan dan

dalam tingkah laku hewan. Memang sistem endokrin luas sekali peranannya pada hewan,

misalnya metabolisme glukosa (misal peran hormon insulin atau hormon glukagon tadi),

metabolisme calcium oleh hormon parathyroid, penanganan stress hewan oleh hormon yang

disekresi kelenjar adrenal, hormon steroid peranannya dalam reproduksi atau libido tingkah laku

hewan, hormon melatonin yang diskeresi kelenjar pineal peranannya dalam tingkah laku hewan

dan lain sebagainya. Khusus untuk fisiologi reproduksi dan perkembangan hewan kita bahas

setelah sistem persyarafan.