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
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
1 1
Zat Makanan dan
Sistem Pencernaan
Metabolisme
Energi di Sekitar Kita
Respirasi
1 2
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
Image MAKANAN
Voice: Makanan merupakan bahan atau zat yang diperlukan oleh tubuh untuk membangun, memperoleh energi, dan mempertahankan kelangsungan hidup. Voice: Jadi, fungsi makanan bagi tubuh adalah: - sebagai sumber tenaga,
- bahan untuk pertumbuhan, - mengganti sel-sel yang rusak, dan
- mengatur proses-proses yang terjadi dalam tubuh kita agar dapat berjalan dengan normal
(teks muncul bertahap sesuai voice)
Voice: Zat makanan yang memegang peranan sebagai sumber energi bagi tubuh, meliputi:
- karbohidrat - protein - dan lemak
1 3
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.
Energi di Sekitar Kita
Image makanan sumber karbohidrat Voice:
• Karbohidrat mempunyai fungsi utama yang tidak dapat digantikan oleh zat makanan lain. Misalnya, sebagai sumber energi bagi sel-sel otak, lensa mata, dan jaringan saraf.
• Karbohidrat juga berperan penting dalam
proses metabolisme,
• menjaga keseimbangan asam basa,
• serta dalam pembentukan struktur sel, jaringan, dan organ tubuh.
(Teks muncul bertahap sesuai voice)
Sumber utama karbohidrat adalah bahan makanan yang berasal dari tumbuhan. Karbohidrat umumnya terdapat pada bahan makanan pokok, seperti nasi, kentang, gandum, sagu, dan sebagainya.
1 4
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.
Bab 12 Energi di Sekitar Kita
Image makanan sumber protein (nabati dan hewani). Voice:
Fungsi utama protein adalah:
• membentuk jaringan untuk pertumbuhan dan memperbaiki sel-sel yang rusak.
• Protein juga berfungsi sebagai sumber energi,
• mengatur keseimbangan pH darah,
• mengatur keseimbangan cairan dalam darah,
• membentuk antibodi dan vitamin.
Voice: Protein dapat dikelompokkan menjadi protein hewani dan protein nabati.
Image protein nabati Voice:
Protein nabati, yaitu protein yang dapat diperoleh dari bahan makanan yang berasal dari tumbuhan, seperti kacang kedelai, kacang merah, dan kacang hijau. Image protein hewani
Voice:
Protein hewani, yaitu protein yang dapat diperoleh dari bahan makanan yang berasal dari hewan, seperti susu, telur, daging, dan ikan.
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.
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.
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)
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
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.
Pencernaan Karbohidrat
Molekul Karbohidrat
Disakarida
Monosakarida
dipecah Diserap oleh usus halus dan dialirkan oleh darahMonosakarida
dalam organ
Dioksidasi oleh sel dalam organ
CO
2, H
2O,
Energi
18
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.
Pencernaan Protein
Molekul Protein
Asam
amino
Senyawa
mengandung
N
dipecahDiserap oleh usus halus dan dialirkan oleh darah
Senyawa tidak
mengandung
N
Karbohidrat
dan lemak
dipecah diprosesAsam Amino
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.
Pencernaan Lemak
Lemak
Asam lemak &
Kolesterol
Diserap oleh usus halus dan dialirkan oleh darah
Lemak dalam
organ
dipecah
20
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.
Kegiatan metabolisme di dalam sel makhluk hidup dibagi menjadi dua sistem, yaitu
katabolisme dan anabolisme.
(panah hijau katabolisme blinking)
Voice:
Katabolisme merupakan proses penguraian molekul-molekul kompleks menjadi molekul sederhana,
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.
Metabolisme: seluruh reaksi
kimiawi dalam sel tubuh untuk
memperoleh energi kimia (ATP)
dari zat-zat makanan.
Metabolisme terdiri dari:
• Katabolisme: proses
pengurai-an molekul-molekul
kompleks menjadi molekul
sederhana.
• Anabolisme: proses
pemben-tukan senyawa sederhana
menjadi senyawa kompleks.
21
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.
Energi di Sekitar Kita
Respirasi:
- proses pertukaran gas O
2dan
CO
2dalam tubuh,
- penggunaan gas oksigen
untuk menghasilkan energi.
Fungsi energi hasil pernapasan:
- menjaga suhu tubuh
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
Respirasi pada Hewan
Contoh alat respirasi hewan:
kulit, insang, trakea, dan
paru-paru.
Respirasi pada hewan:
• respirasi aerob
• anaerob
Respirasi aerob: pemecahan
molekul menggunakan oksigen.
Respirasi anaerob (fermentasi):
pemecahan molekul tanpa
menggunakan oksigen.
23
HOME MATERI BAB 3
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.
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.
24
HOME 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.
Energi di Sekitar Kita
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)
25
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. 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)
menjadi ion hidrogen dan melepaskan oksigen (H+ dan O
2 blinking) serta penyerapan energi
cahaya matahari oleh klorofil (sinar matahari blinking
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.
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
