Dari sel hingga sistem
Satu sel menjadi banyak; banyak sel menjadi jaringan, organ, dan sistem; dan setiap sistem menjalankan tiga tugas yang sama—menyerap apa yang dibutuhkan tubuh, memindahkannya ke tempat penggunaannya, dan membuang apa yang tidak boleh disimpan tubuh. Bagian ini merupakan inti Biologi IGCSE: sel dan molekul, bagaimana zat menyeberangi membran, nutrisi pada tumbuhan dan manusia, respirasi, pertukaran gas, transportasi, ekskresi, dan koordinasi.
Edexcel International GCSE Biology 4BI1, Bagian 2 (pernyataan 2.1–2.95) adalah bagian terbesar dalam kurikulum dan menjadi dasar setiap soal esai di kedua kertas ujian. Pernyataan berakhiran huruf B adalah perluasan sains terpisah (Biologi saja); siswa program ganda mempelajari inti tanpa huruf.
Organisasi dan sel
Organisasi berjalan dari bawah ke atas: organel → sel → jaringan → organ → sistem.
| Struktur | Fungsi |
|---|---|
| Nukleus | mengandung DNA, mengontrol sel |
| Sitoplasma | tempat reaksi berlangsung |
| Membran sel | mengatur zat yang masuk dan keluar |
| Dinding sel (tumbuhan) | kekuatan (selulosa) |
| Mitokondria | melepaskan energi dalam respirasi |
| Kloroplas (tumbuhan) | menyerap cahaya untuk fotosintesis |
| Ribosom | sintesis protein |
| Vakuola | menyimpan air dan zat terlarut (besar dan permanen pada tumbuhan) |
2.5B Sel terspesialisasi berkembang melalui diferensiasi sel; 2.6B sel punca dapat mengganti sel yang rusak — keunggulan: mengobati kondisi seperti kelumpuhan atau leukemia; kerugian: kekhawatiran etis terkait embrio, risiko penolakan, dan pembagian tak terkendali.
Molekul biologi dan enzim
Karbohidrat mengandung C, H, O; protein menambahkan N; lipid adalah C, H, O dengan oksigen jauh lebih sedikit. Molekul besar adalah rantai unit kecil: pati dan glikogen dari gula sederhana, protein dari asam amino, lipid dari asam lemak dan gliserol. 2.9 Uji makanan: glukosa — Benedict (dipanaskan, biru → merah bata); pati — yodium (kuning-coklat → biru-hitam); protein — Biuret (biru → ungu); lemak — emulsi etanol (lapisan putih keruh).
Enzim adalah katalis biologis: mempercepat reaksi metabolik tanpa habis digunakan. Setiap enzim memiliki situs aktif yang harus sesuai dengan substrat. Di atas suhu optimum atau menjauh dari pH optimum, situs aktif berubah bentuk (denaturasi) dan enzim tidak lagi berfungsi. Praktikum 2.12/2.14B mengikuti amilase mencerna pati pada suhu atau pH berbeda dengan yodium.
Pergerakan masuk dan keluar sel
Difusi adalah pergerakan bersih partikel dari konsentrasi tinggi ke rendah (oksigen ke darah). Osmosis adalah difusi air melintasi membran semi-permeabel dari larutan encer ke larutan lebih pekat. Transportasi aktif memindahkan zat melawan gradien menggunakan energi dari respirasi (ion mineral ke sel rambut akar). Laju meningkat dengan rasio luas permukaan terhadap volume, gradien konsentrasi, dan suhu, serta menurun dengan jarak.
Nutrisi
Tumbuhan berbunga. Fotosintesis mengubah energi cahaya menjadi energi kimia yang disimpan dalam glukosa:
Faktor pembatas: konsentrasi karbon dioksida, intensitas cahaya, suhu — masing-masing meningkatkan laju hingga faktor lain membatasi. Ion magnesium membangun klorofil (kekurangan membuat daun menguning); ion nitrat membangun asam amino. 2.23: rumput air menunjukkan evolusi oksigen; uji yodium pada daun untuk pati setelah memblokir cahaya, CO₂ atau klorofil.
Manusia. Pola makan seimbang: karbohidrat, protein, lipid, vitamin A (penglihatan malam), C (jaringan ikat), D (penyerapan kalsium), kalsium (tulang) dan zat besi (hemoglobin), air, serta serat makanan. Kebutuhan energi meningkat seiring aktivitas, pertumbuhan (usia) dan kehamilan. Saluran pencernaan — mulut → kerongkongan → lambung → duodenum dan ileum → kolon dan rektum, dengan pankreas menyuplai enzim — menggerakkan makanan melalui peristaltik. Pencernaan: amilase dan maltase (patmi → glukosa), protease (protein → asam amino), lipase (lipid → asam lemak + gliserol). Lemak hati (dibuat di hati, disimpan di kantung empedu) menetralkan asam lambung dan mengemulsi lipid menjadi tetesan. Dinding ileum melipat membentuk vili: luas permukaan besar, dinding setebal satu sel, jaringan kapiler padat — dirancang untuk penyerapan.
Respirasi dan pertukaran gas
Respirasi melepaskan energi dari glukosa untuk membuat ATP, yang menyediakan energi untuk kontraksi otot, sintesis protein dan transportasi aktif. Aerob: glukosa + oksigen → karbon dioksida + air (persamaan simbol: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O). Anaerob (tanpa oksigen): pada hewan glukosa → asam laktat (energi lebih sedikit, utang oksigen); pada tumbuhan dan ragi glukosa → etanol + karbon dioksida.
Tumbuhan (2.40B–2.45B). Gas bergerak melalui difusi melalui stoma; bentuk daun yang datar, ruang udara, dan permukaan tipis lembap melayani pertukaran gas sebagaimana mereka melayani fotosintesis. Pada siang hari, fotosintisis melebihi respirasi, sehingga neto pertukarannya adalah CO₂ masuk dan O₂ keluar; pada malam hari hanya respirasi yang berlangsung (neto O₂ masuk, CO₂ keluar). Indikator hidrogen-karbonat menunjukkan hal ini: oranye → kuning dengan CO₂ (gelap), oranye → ungu dengan CO₂ lebih sedikit (cahaya terang).
Manusia (2.46–2.50). Toraks: tulang rusuk, otot antartulang rusuk, diafragma, trakea → bronkus → bronkiolus → alveolus, semuanya dalam membran pleura. Menghirup: otot antartulang rusuk dan diafragma berkontraksi, volume dada naik, tekanan turun dan udara mengalir masuk. Merokok merusak alveolus (empisema), menyumbat arteri dan meningkatkan risiko penyakit jantung koroner.
Transportasi
Organisme bersel satu cukup dengan difusi saja — setiap bagian dekat dengan permukaan. Organisme multiseluler memerlukan sistem transportasi.
Tumbuhan. Xilem mengangkut air dan ion mineral dari akar ke daun; floem membawa sukrosa dan asam amino antara daun dan bagian tumbuhan lainnya. B-ekstensi: sel rambut akar menyerap air melalui osmosis; transpirasi adalah penguapan air dari permukaan, sebagian besar melalui stoma, lebih cepat dalam kelembapan rendah, angin kencang, suhu tinggi dan cahaya terang.
Manusia. Darah: plasma (membawa CO₂, makanan tercerna, urea, hormon, panas), sel darah merah (cakram bikonkaf, tanpa inti, penuh dengan hemoglobin — luas permukaan besar dan jalur difusi pendek untuk oksigen), sel darah putih (fagosit menelan patogen; limfosit melepaskan antibodi spesifik), dan keping darah (pembekuan, B-ekstensi; vaksinasi membangun sel memori, B-ekstensi).
Sisi kanan jantung memompa darah ke paru-paru, sisi kiri ke tubuh; olahraga dan adrenalin meningkatkan detak jantung. Arteri membawa darah menjauh dengan tekanan tinggi (dinding tebal, elastis), vena mengembalikannya dengan tekanan rendah (lumen lebar, katup), kapiler menukar materi (dinding setebal satu sel). Faktor risiko untuk penyakit jantung koroner termasuk merokok, diet tinggi lemak dan kurang olahraga.
Ekskresi
Tumbuhan membuang sisa O₂ dan CO₂ melalui stoma. Manusia mengekskresikan CO₂ (paru-paru), urea + air + ion (ginjal — air dan urea juga dalam keringat). B-ekstensi: ginjal memfilter darah di nefron (kapsul Bowman → glomerulus; ultrafiltrasi; reabsorpsi selektif seluruh glukosa di tubulus konvolutus proksimal; reabsorpsi air dari duktus pengumpul di bawah ADH — osmorregulasi). Urin mengandung air, urea dan ion; sistem kemih berjalan ginjal → ureter → kandung kemih → uretra.
Koordinasi dan respons
Homeostasis menjaga lingkungan internal tetap konstan (kandungan air, suhu). Respons terkoordinasi membutuhkan stimulus → reseptor → efektor. Tumbuhan merespons cahaya (fototropisme) dan gravitasi (geotropisme) — tunas tumbuh menuju cahaya, akar ke bawah — dikendalikan oleh auksin yang terkumpul di sisi teduh tunas.
Kontrol saraf bersifat listrik, cepat dan sementara; kontrol hormonal bersifat kimia dalam darah, lebih lambat dan bertahan lebih lama. SPS (otak dan sumsum tulang belakang) terhubung ke organ indera oleh saraf; pada sinaps neurotransmiter meneruskan sinyal antar neuron.
Mata memfokuskan dengan mengubah bentuk lensa (dekat: lebih melengkung) dan merespons cahaya melalui pupil. Kontrol suhu kulit: berkeringat mendinginkan melalui penguapan; vasodilatasi menghilangkan panas; vasokonstriksi menghematnya. Hormon: adrenalin (kelenjar adrenal — fight or flight), insulin (pankreas — menurunkan glukosa darah), testosteron (testes), progesteron dan estrogen (ovarium); B-ekstensi menambahkan ADH (hipofisis), FSH dan LH (hipofisis — siklus menstruasi).
Periksa diri Anda
- Susunlah berdasarkan ukuran: sel, organ, organel, sistem, jaringan.
- Sebutkan dua struktur yang dimiliki sel tumbuhan tetapi tidak dimiliki sel hewan, dan satu struktur yang dimiliki sel hewan namun大多数 sel tumbuhan tidak memilikinya.
- Sebutkan unit-unit kecil penyusun protein, pati, dan lipid.
- Jelaskan perubahan warna pada uji Benedict, yodium, dan Biuret.
- Mengapa pemanasan enzim jauh di atas suhu optimal menghentikannya bekerja?
- Bedakan difusi, osmosis, dan transpor aktif dalam satu kalimat masing-masing.
- Tulis persamaan simbol setara untuk fotosintesis dan respirasi aerob.
- Sebutkan dua adaptasi daun untuk fotosintesis dan dua adaptasi alveolus untuk pertukaran gas.
- Mengapa organisme bersel tunggal dapat bertahan hidup tanpa sistem peredaran darah?
- Bandingkan arteri, vena, dan kapiler berdasarkan ketebalan dinding, ukuran lumen, dan fungsinya.
- Uraikan apa yang terjadi pada glukosa, air, dan urea saat cairan mengalir melalui nefron (B).
- Nyatakan jalur busur refleks, dan berikan satu keunggulan refleks.
Jawaban: 1 organel → sel → jaringan → organ → sistem; 2 dinding selulosa dan kloroplas (dan vakuola permanen besar); sel hewan mengandung banyak mitokondria; 3 asam amino; gula sederhana; asam lemak dan gliserol; 4 Benedict biru → merah bata (dengan glukosa, dipanaskan); yodium kuning-coklat → biru-hitam (dengan pati); Biuret biru → ungu (dengan protein); 5 situs aktif berubah bentuk (denaturasi) sehingga substrat tidak lagi cocok; 6 difusi — pergerakan bersih menurun searah gradien konsentrasi; osmosis — hanya air, melintasi membran semi-permeabel; transpor aktif — melawan gradien, menggunakan energi; 7 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (cahaya, klorofil); C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O; 8 daun: permukaan lebar datar dan sel palisade padat kloroplas (atau ruang udara/stomata); alveolus: dinding setebal satu sel dan area permukaan sangat luas (permukaan lembap, jaringan kapiler); 9 luas permukaannya besar dibandingkan volumenya, sehingga difusi mencapai setiap bagian dengan cukup cepat; 10 arteri — dinding otot tebal, lumen sempit, membawa darah menjauhi jantung bertekanan tinggi; vena — dinding tipis, lumen lebar, katup, mengembalikan darah bertekanan rendah; kapiler — dinding setebal satu sel, menukar zat; 11 (B) seluruh glukosa diserap kembali secara selektif ke darah di tubulus konvolus proksimal; air diserap kembali dari duktus pengumpul (dikendalikan oleh ADH); urea tidak diserap kembali dan keluar bersama urine dengan air dan ion; 12 rangsangan → reseptor → neuron sensorik → neuron relai (SPP) → neuron motorik → efektor; refleks cepat dan otomatis, melindungi tubuh sebelum terjadi kerusakan.