Organisasi Tubuh Manusia Level Kimia

Mempelajari Anatomi fisiologi tubuh manusia mirip seperti mempelajari bahasa asing. Terdapat kosakata, tata bahasa, dan konsep baru yang harus dipelajari dan dipahami. Pada artikel ini kami akan memperkenalkan pada istilah-istilah ini untuk memahami fisiologi berbagai bagian tubuh yang dibahas di artikel-artikel selanjutnya.

Pertama-tama terdapat dua istilah yang perlu dipelajari dan dipahami yaitu “Anatomi” adalah ilmu yang mempelajari tentang struktur tubuh manusia. Sedangkan “Fisiologi” adalah ilmu yang mempelajari bagaimana tubuh tersebut berfungsi.

Struktur selalu berkaitan dengan fungsi karena struktur akan menentukan bagaimana bagian tersebut berfungsi, yang pada gilirannya menentukan bagaimana organ tubuh dan seterusnya saling berkaitan.

Level Organisasi Tubuh Manusia

Manusia adalah organisme yang sangat kompleks, terdiri dari berbagai komponen, dimulai dari yang terkecil yaitu atom, hingga mencapai tingkat akhir yang paling kompleks yaitu organisme itu sendiri. Susunan organisme berkembang dari komponen terkecil ke komponen terbesar, melibatkan beberapa tingkatan, antara lain:

Atom, seperti hidrogen dan karbon.
Molekul, contohnya air dan glukosa.
Makromolekul, seperti protein dan DNA.
Organel, seperti nukleus dan mitokondria.
Jaringan, contohnya tulang dan otot.
Organ, seperti jantung dan ginjal.
Sistem Organ, termasuk sistem kardiovaskuler, sistem respirasi, dan sistem perkemihan.
Organisme, sebagai contoh manusia.

Baca: Tingkatan Organisasi Tubuh Manusia

Ciri-ciri Kehidupan

Setiap organisme hidup memiliki ciri-ciri khas yang secara umum mirip. Meskipun beberapa karakteristik dapat sedikit berbeda antara satu organisme dengan organisme lainnya sesuai dengan adaptasinya terhadap lingkungan. Beberapa ciri tersebut meliputi:

Reproduksi: Baik pada tingkat mikro maupun makro, reproduksi merupakan proses yang sangat penting. Pada tingkat makro, proses ini melibatkan reproduksi organisme, sementara pada tingkat mikro melibatkan reproduksi sel-sel baru untuk menjaga efisiensi dan pertumbuhan organisme.

Pertumbuhan: Penting untuk pertumbuhan dan perkembangan suatu organisme.

Gerakan: Perubahan posisi dan gerak merupakan bagian integral dari kehidupan. Karakteristik ini penting agar organisme dapat mencari nutrisi, pasangan reproduksi, menghindari bahaya, dan kegiatan lainnya.

Respirasi: Respirasi eksternal penting untuk mendapatkan oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida , sementara respirasi internal melepaskan energi dari makanan.

Respon: Organisme harus mampu merespons perubahan lingkungan, misalnya suhu, kelembaban, dan lain-lain.

Pencernaan: Melibatkan pemecahan zat-zat makanan agar organisme dapat menghasilkan energi yang dibutuhkan untuk kehidupannya.

Penyerapan: Gerakan zat, seperti makanan yang dicerna, melalui membran dan masuk ke dalam cairan tubuh, termasuk darah dan getah bening yang kemudian membawa zat tersebut ke bagian tubuh yang memerlukannya.

Sirkulasi: Pergerakan zat-zat ke seluruh tubuh melalui cairan tubuh.

Asimilasi: Perubahan zat-zat yang diserap menjadi zat-zat lain yang kemudian dapat dimanfaatkan oleh jaringan-jaringan tubuh.

Ekskresi: Pengeluaran zat-zat sisa dari tubuh, baik karena tidak bermanfaat bagi tubuh maupun karena berbahaya bagi tubuh.

Persyaratan Kelangsungan Hidup

Terdapat lima persyaratan utama yang diperlukan oleh semua organisme termasuk manusia, antara lain:

1. Air

Air merupakan zat yang paling banyak dalam tubuh manusia. Pada saat lahir sekitar 78% tubuh bayi terdiri dari air, pada usia satu tahun persentasenya turun menjadi 65%. Pada laki-laki dewasa, jumlahnya turun menjadi 60%, sedangkan pada perempuan dewasa menjadi 55%.

Air diperlukan untuk berbagai proses metabolisme yang mendukung kelangsungan hidup.

Fungsi transportasi air penting untuk mengangkut zat-zat penting ke seluruh tubuh.

Air membantu dalam pengaturan suhu tubuh, hal ini dangat penting karena manusia beroperasi dalam rentang suhu yang sangat sempit. Berkeringat adalah contoh bagaimana air membantu menurunkan suhu tubuh melalui pendinginan evaporatif.

2. Makanan

Makanan menyediakan energi yang diperlukan oleh organisme untuk memenuhi semua fungsi penting seperti yang telah disebutkan. Selain itu, makanan juga menyediakan bahan mentah yang diperlukan, terutama untuk pertumbuhan.

3. Oksigen

Oksigen yang membentuk sekitar 20% dari udara, digunakan dalam proses pelepasan energi dari nutrisi yang telah diserap.

4. Panas

Panas merupakan bentuk energi yang sebagian mengontrol laju reaksi metabolisme.

5. Tekanan

Terdapat dua jenis tekanan yang diperlukan oleh organisme yaitu Tekanan atmosfer yang penting dalam proses pernapasan. Dan tekanan hidrostatik, yang menjaga aliran darah ke seluruh tubuh.

Atom

Kata 'atom' berasal dari bahasa Yunani yang berarti "tidak dapat dibagi". Meskipun demikian, saat ini kita mengetahui bahwa atom terdiri dari tiga komponen utama, yaitu elektron, neutron, dan proton.

Atom terdiri dari komponen-komponen yang lebih kecil, termasuk proton, neutron, dan elektron. Proton membawa muatan listrik positif, sementara elektron membawa muatan listrik negatif. Sebagai perbedaan, neutron tidak membawa muatan listrik dan bersifat netral.

Meskipun terdapat berbagai jenis atom, mereka memiliki susunan yang sama, hanya berbeda dalam jumlah lintasan orbit, elektron, neutron, dan proton. Atom dari unsur yang berbeda seperti besi, karbon, atau natrium, memiliki jumlah yang berbeda pada elektron, proton, dan neutron.

Beberapa karakteristik atom secara umum meliputi:

Nukleus selalu berada di pusat.
Lapisan bagian dalam selalu dapat menampung maksimal dua elektron.
lapisan kedua dapat menampung maksimal delapan elektron.
Lapisan ketiga dapat menampung maksimal 18 elektron, dan seterusnya.
Lapisan terluar menentukan perilaku atom dalam reaksi kimia dengan atom lain. Lapisan ini dapat menampung maksimal delapan elektron sesuai dengan aturan oktet, dan elektron valensi ini berperan dalam pembentukan ikatan kimia.

Nomor atom adalah nomor yang diberikan pada setiap atom dan setara dengan jumlah proton dalam atom tersebut. Sebagai contoh, nomor atom untuk karbon yang memiliki enam proton adalah 6. Sementara itu, atom natrium dengan 11 proton memiliki nomor atom 11, dan atom klor dengan 17 proton memiliki nomor atom 17.

Karbon, sebuah atom yang sangat vital bagi kehidupan karena merupakan elemen dasar dari semua bentuk kehidupan. Karbon memiliki enam elektron yang mengorbit mengelilingi inti yang terdiri dari enam proton dan enam neutron. Oleh karena itu, karbon memiliki jumlah elektron, proton, dan neutron yang identik. Kondisi ini merupakan keadaan tidak umum, karena biasanya jumlah neutron berbeda dengan jumlah elektron dan proton dalam suatu atom.

Molekul

Kecenderungan atom untuk mencapai keseimbangan energi menjadi pendorong utama di balik penggabungan atom yang membentuk molekul sebagai tahap selanjutnya dalam pembentukan kehidupan.

Molekul, sebagai partikel terkecil dari suatu unsur atau senyawa dapat eksis secara independen dan terdiri dari atom-atom yang terikat bersama. Sebagai contoh, natrium klorida (NaCl) adalah molekul yang mengandung satu atom natrium (Na) yang terikat pada satu atom klorin (Cl). Demikian pula, molekul air (H2O) terdiri dari dua atom hidrogen (H) yang terikat pada satu atom oksigen (O).

Ikatan Kimia

Ikatan kimia adalah mekanisme di mana atom-atom saling terkait melalui pencapaian keadaan energi yang lebih rendah melalui kehilangan, penambahan, atau pembagian elektron kulit terluar mereka dengan atom lain.

Ikatan ini merupakan gaya tarik yang menyatukan atom-atom dan menghasilkan pembentukan atom atau ion dengan tingkat energi yang lebih rendah daripada atom aslinya. Proses pembentukan ikatan kimia juga menyertai pelepasan energi yang terdapat sebelumnya dalam atom, sebagaimana terlihat dalam rumus kimia.

Kekuatan pengikatan atom ini dikenal sebagai valensi. Lapisan terluar yang relevan dalam ikatan kimia disebut sebagai cangkang valensi.

Terdapat beberapa jenis ikatan kimia antar atom, yaitu:

- Ikatan ionik

- Ikatan kovalen

- Ikatan polar/ikatan hidrogen.

Ikatan Ionik

Atom memiliki kecenderungan untuk mencapai keadaan kesetimbangan listrik. Terkadang atom yang memiliki struktur stabil dapat kehilangan elektron sehingga menjadi tidak stabil. Contohnya adalah atom natrium (Na) dapat kehilangan elektron dan agar kembali stabil, akan berikatan dengan atom yang dapat menerima elektron seperti klor (Cl).

Dengan demikian, ketika atom natrium dan klor dicampur bersama, satu elektron dari masing-masing atom natrium akan berpindah ke atom klor, membentuk molekul natrium klorida (NaCl), yang juga dikenal sebagai garam. Proses ini disebut ikatan ionik karena melibatkan ion-ion. Ion positif disebut kation sedangkan ion negatif disebut anion.

Secara ringkas, ikatan ion adalah koneksi antara ion-ion positif dan negatif yang saling tarik menarik dan menstabilkan satu sama lain, menciptakan molekul bermuatan netral (Fisher dan Arnold, 2012).

Ikatan Kovalen

Tidak seperti ikatan ionik, ikatan kovalen melibatkan pembagian elektron valensi antara elektron atom sebelahnya yang cocok. Dalam ikatan ini, tidak ada atom yang kehilangan atau memperoleh elektron. Sebaliknya, elektron dibagi di antara atom-atom sehingga masing-masing memiliki kulit valensi yang penuh (Marieb, 2014).

Ikatan kovalen terjadi ketika dua atom berdekatan sehingga terjadi tumpang tindih elektron pada kulit terluar. Setelah titu kulit terluar masing-masing atom tertarik ke inti atom lainnya. Jenis ikatan ini tidak memerlukan muatan listrik positif dan negatif seperti ikatan ionik. Terdapat tiga jenis ikatan kovalen tergantung pada jumlah elektron yang dibagikan oleh atom yang terikat, yaitu:

Ikatan kovalen tunggal (satu elektron dari setiap atom dibagi, misalnya molekul hidrogen).
Ikatan kovalen rangkap (dua elektron dari setiap atom dibagi, misalnya molekul oksigen).
Ikatan kovalen rangkap tiga (tiga elektron dari setiap atom dibagi, misalnya molekul nitrogen).

Ikatan Polar

Kadang-kadang molekul tidak membagi elektron secara merata sehingga menciptakan pemisahan muatan listrik positif atau negatif yang dikenal sebagai polaritas. Pemisahan ini dapat menghasilkan ikatan polar, dimana muatan listrik yang dipisahkan menciptakan ikatan lemah tambahan antara molekul-molekul tersebut.

Penting untuk dicatat bahwa ikatan kutub bukanlah ikatan antara atom, tetapi lebih merupakan interaksi antar molekul.

Elektrolit

Perkembangan lebih lanjut setelah terbentuknya ikatan adalah terbentuknya elektrolit. Elektrolit merupakan substansi yang bergerak ke elektroda yang bermuatan dalam larutan. Proses ini terjadi ketika molekul-molekul yang saling berikatan secara ionik larut dalam air di dalam sel-sel tubuh. Molekul-molekul tersebut mengalami pemisahan ion-ion; dengan kata lain, mereka terurai menjadi ion-ion. Ion-ion ini kemudian disebut sebagai elektrolit.

Namun, hal ini tidak berlaku untuk molekul yang dihasilkan melalui jenis ikatan lain, seperti ikatan kovalen. Molekul yang dihasilkan dari ikatan kovalen disebut sebagai non-elektrolit, dan kelompok molekul ini melibatkan sebagian besar senyawa organik, seperti glukosa, urea, dan kreatinin.

Elektrolit memiliki peran yang sangat penting dalam tubuh untuk tiga hal utama:

Penyediaan mineral penting.
Pengendalian proses osmosis.
Mendukung pemeliharaan keseimbangan asam-basa yang diperlukan untuk fungsi normal sel dalam tubuh.

Unsur kimia merupakan substansi murni yang tidak dapat diuraikan lebih lanjut menjadi substansi yang lebih sederhana melalui reaksi kimia. Setiap unsur terdiri dari satu jenis atom yang dibedakan berdasarkan nomor atomnya, yang ditentukan oleh jumlah proton dalam inti atom.

Jika jumlah proton dalam inti atom berubah, itu akan menghasilkan unsur baru, bukan unsur asli. Ini berbeda dengan kasus elektron, di mana jumlahnya dapat berubah tetapi pada dasarnya atom tetap sama, menjadi ion.

Beberapa contoh unsur umum yang terdapat dalam tubuh manusia meliputi besi, hidrogen, karbon, nitrogen, oksigen, kalsium, kalium, natrium, klorin, belerang, dan fosfor. Pada bulan Februari 2015, telah dikonfirmasi total 118 elemen, tetapi hanya 98 elemen pertama yang diketahui terdapat secara alami.

Unsur-unsur ini biasanya diatur dalam tabel periodik. Meskipun unsur-unsur baru dengan nomor atom lebih tinggi terus ditemukan, ini hanya terjadi sebagai hasil dari reaksi nuklir buatan dan tidak ditemukan di dalam tubuh.

Elemen terbagi menjadi tiga kelas utama:

Logam (contohnya besi dengan simbol 'Fe'): memiliki kemampuan konduksi panas dan listrik, menyumbangkan elektron untuk membentuk molekul, dan pada suhu normal biasanya berwujud padat, kecuali merkuri (simbol 'Hg').

Bukan logam (contohnya oksigen dengan simbol 'O'): memiliki konduktivitas panas dan listrik yang buruk, menerima elektron dari donor elektron, dan dapat berwujud padat, cair, atau gas.

Metaloid (contohnya arsenik dengan simbol 'As'): tidak sepenuhnya logam atau bukan logam, sering disebut sebagai semilogam, memiliki sifat fisik yang mirip dengan logam sementara sifat kimianya dapat mirip dengan logam atau bukan logam tergantung pada bilangan oksidasinya. Namun, hal ini tidak relevan dalam konteks biokimia dan tidak akan dibahas dalam buku ini.

Secara umum, logam cenderung membentuk ikatan dengan bukan logam (donor dan akseptor elektron). Beberapa senyawa penting bagi tubuh, selain natrium klorida (NaCl), melibatkan zat seperti natrium bikarbonat (NaHCO3) dan kalium klorida (KCl).

Hidrogen (H) merupakan unsur menarik karena memiliki sifat baik logam maupun bukan logam. Sebagai contoh, air (H2O) adalah suatu zat yang meskipun terdiri dari dua gas, yaitu oksigen (satu atom) dan hidrogen (dua atom), namun menjadi cair setelah gas-gas tersebut terikat bersama.

Setiap substansi memiliki karakteristiknya sendiri, terutama dalam cara mereka berinteraksi atau berperilaku:

Sifat fisik melibatkan aspek-aspek seperti warna, massa jenis, titik didih, titik leleh, kelarutan, kekerasan, dan lain sebagainya.

Sifat kimia mencakup pertanyaan apakah suatu zat termasuk logam, bukan logam, atau metaloid, apakah zat tersebut dapat bereaksi dengan zat asam atau basa, dan sejauh mana kelarutannya dalam air atau alkohol.

Senyawa

Senyawa adalah substansi murni yang terbentuk dari pengikatan kimia antara dua atau lebih unsur. Karakteristik senyawa sepenuhnya berbeda dari karakteristik individual unsur yang bersatu membentuk senyawa tersebut.

Selain itu, senyawa dapat diuraikan melalui reaksi kimia, sementara unsur tidak dapat diuraikan. Contoh-contoh senyawa antara lain:

Air (H2O)
Garam (NaCl)
Karbon dioksida (CO2).

Penting untuk dicatat bahwa jika simbol atom dilengkapi dengan angka kecil, itu menunjukkan jumlah atom tersebut dalam molekul. Sebagai contoh, air (H2O) terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen, sementara karbon dioksida (CO2) terdiri dari satu atom karbon dan dua atom oksigen.

Asam dan Basa (pH)

Pemahaman mengenai nilai pH, alkalinitas, dan keasaman menjadi penting karena tubuh kita bergantung pada keseimbangan antara keasaman dan alkalinitas.

Asam adalah substansi yang menyumbangkan ion hidrogen (H+) ke dalam larutan.

Alkali (dikenal juga sebagai basa larut) adalah substansi yang menyumbangkan ion hidroksil (OH-) ke dalam larutan atau menerima ion H+ dari larutan.

Semakin banyak ion OH- yang disumbangkan atau ion H+ yang diterima, semakin tinggi alkalinitas zat tersebut. Sebaliknya, semakin banyak ion H+ yang dilepaskan, larutan tersebut menjadi semakin asam. Jika jumlah ion H+ dan OH- sama, maka larutan tersebut bersifat netral.

Pada pH 7, terdapat jumlah ion H+ dan ion OH- yang seimbang, sementara larutan dengan pH kurang dari 7 bersifat asam dan lebih dari 7 bersifat basa. Semakin jauh dari pH 7, larutan menjadi semakin asam atau basa.

Dalam darah, rentang pH yang normal secara fisiologis adalah 7,35–7,45, menunjukkan kecenderungan sedikit basa. pH darah kurang dari 7,35 dianggap bersifat asam, sementara pH yang lebih dari 7,45 dianggap bersifat basa. Jika terjadi salah satu kondisi ini, dapat memiliki dampak serius pada tubuh.

Hal ini disebabkan oleh sifat logaritmik skala pH, yang membuat perubahan kecil dalam pH mencerminkan perubahan konsentrasi H+ yang signifikan. Tiap perubahan satu unit pH menggambarkan perubahan 10 kali lipat dalam konsentrasi ion H+.

Homeostasis

Homeostasis adalah usaha tubuh untuk menjaga kestabilan lingkungan internal dengan mencapai keseimbangan tertentu. Meskipun lingkungan eksternal terus berubah, tubuh mampu mempertahankan kestabilan lingkungan internalnya.

Tubuh menggunakan berbagai mekanisme homeostasis untuk memantau dan menjaga kondisi keseimbangan dinamis di dalam tubuh. Keseimbangan ini memungkinkan lingkungan internal untuk bereaksi terhadap perubahan lingkungan eksternal dalam batas yang sangat sempit.

Mekanisme homeostasis melibatkan tiga komponen utama, yaitu:

Reseptor: Tubuh dilengkapi dengan reseptor yang merasakan perubahan dalam lingkungan eksternal dan internal, memberikan informasi tentang perubahan tersebut ke pusat kendali.

Pusat Kendali: Pusat kendali menetapkan nilai tertentu (seperti pH atau tekanan darah) dan mengirimkan pesan ke efektor.

Efektor: Efektor, setelah menerima informasi dari pusat kendali, menyebabkan respons di lingkungan internal yang diharapkan menghasilkan perubahan untuk mengembalikan lingkungan internal ke nilai normal.

Zat Organik dan Anorganik

Semua zat dapat diklasifikasikan sebagai organik atau anorganik tergantung pada struktur molekulnya.

Molekul Organik

Mengandung karbon (C) dan hidrogen (H).

Biasanya lebih besar daripada molekul anorganik.

Larut dalam air dan cairan organik.

Termasuk karbohidrat (gula), protein, lipid (lemak), dan asam nukleat (komponen DNA).

Contoh Zat Organik :

Karbohidrat

Karbohidrat, seperti monosakarida (glukosa dan fruktosa), disakarida (sukrosa, laktosa), dan polisakarida (glikogen, selulosa), menyediakan energi bagi sel dan berperan dalam pembangunan struktur sel.

Lemak (Lipid)

Lemak, atau trigliserida, larut dalam pelarut organik dan utamanya digunakan untuk menyediakan energi. Lipid dapat jenuh atau tidak jenuh, dan kelompok steroid adalah kelompok lipid yang penting.

Protein

Protein terbentuk dari asam amino dan memiliki peran penting sebagai bahan struktural, sumber energi, serta pembentuk berbagai zat lain seperti hormon, reseptor, enzim, dan antibodi.

Molekul Anorganik:

Meliputi air (H2O), karbon dioksida (CO2), dan garam anorganik.

Biasanya lebih kecil daripada molekul organik.

Biasanya larut dalam air atau bereaksi dengan air dan melepaskan ion.

Contoh Zat Anorganik

Air (H2O)

Air adalah senyawa paling melimpah dalam semua makhluk hidup dan merupakan komponen utama cairan tubuh. Memainkan peran penting dalam reaksi metabolisme dan pengangkutan bahan kimia di seluruh tubuh.

Oksigen (O2)

Oksigen diperlukan untuk kelangsungan hidup dan digunakan dalam proses melepaskan energi dari nutrisi oleh organel nukleus.

Referensi:
Peate I & Nair M. 2017. Fundamental of Anatomy and Physiology For Nursing an Healthcare Students. 2nd Ed. Oxford UK: John Wiley & Sons Ltd.
Marieb EN. 2014. Essensial of Human Anatomy and Physiology 11th edn. Harlow: Pearson Education.
Tortora, G.J & Derrickson BH. 2014. Principles of Anatomy and Physiology 14th edn. Hoboken. NJ: John Wiley & Son.