Energi dalam Sistem Kehidupan: Pengertian, Bentuk, Sumber

Apa yang dibutuhkan oleh tubuh kita agar dapat melakukan kegiatan sehari-hari? Mengapa mobil dan kendaraan motor lain dapat bergerak? Jika mobil atau motor tersebut kehabisan bahan bakar, apakah motor atau mobil tersebut dapat berjalan? Apa yang terjadi jika suatu makhluk hidup tidak makan dalam jangka waktu yang sangat lama?

Semua makhluk hidup yang berada dalam sistem kehidupan membutuhkan energi agar dapat melakukan berbagai aktivitas kehidupannya. Tanpa energi, benda atau makhluk apa pun itu tidak mampu bergerak dengan sendirinya. Lalu sebetulnya apa itu energi, mengapa kita membutuhkannya, dan bagaimana energi mampu menunjang suatu usaha dalam kehidupan?

Berikut adalah pemaparan mengenai energi, dimulai dari pengertian, bentuk/jenis, berbagai sumbernya, dan cara kerja serta aplikasinya dalam kehidupan.

Pengertian Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja) atau melakukan suatu perubahan (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 190). Mobil elektrik tidak dapat berjalan tanpa adanya baterai, baterai adalah salah satu sumber energi. Jika sakelar lampu dimatikan, maka lampu tidak akan menyala karena listrik yang merupakan sumber energinya berhenti dialirkan. Manusia membutuhkan energi untuk bekerja, bergerak, bernapas, dan mengerjakan banyak hal lainnya.

Oleh karena itu, untuk melakukan segala bentuk usaha diperlukan energi. Energi ada di mana-mana, bahkan, tumbuhan dan hewan pun tak lepas dari kebutuhan akan energi agar bisa tumbuh dan berkembang. Kerja kehidupan sangat bergantung pada kemampuan organisme dalam mengubah energi dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.

Bentuk Energi

Selain ada di mana-mana, energi juga terdapat dalam berbagai bentuk. Beberapa bentuk energi meliputi energi potensial, energi kinetik, energi kimia, energi listrik, dan lain sebagainya yang akan dijelaskan pada pemaparan di bawah ini.

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu materi karena lokasi atau tempatnya (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 192). Misalnya, benda diletakkan di atas meja memiliki energi potensial gravitasi. Karena energi potensial gravitasi itulah, benda dapat bergerak (terjatuh) dari meja ke bawah. Batu di katapel mendapat energi saat karet katapel diregangkan. Artinya, katapel itu memberikan energi potensial yang mendorong batu hingga terlempar. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa:

1. Energi potensial gravitasi bumi adalah energi yang dimiliki suatu benda karena terletak di atas permukaan bumi;
2. Energi potensial elastisitas adalah energi yang tersimpan pada benda yang sedang diregangkan. Misalnya, pada karet katapel dan busur panah, atau ditekan seperti pada per (pegas).

Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang terkandung dalam suatu zat. Misalnya, makanan memiliki energi kimia, sehingga orang yang makan akan memiliki energi untuk beraktivitas. Contoh lain dari energi kimia adalah bensin yang mengandung energi kimia, sehingga dapat digunakan untuk menggerakkan mesin.

Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang dimiliki muatan listrik dan arus listrik. Listrik adalah jenis energi yang paling banyak digunakan karena mudah diubah menjadi energi lainnya. Dari mana listrik dihasilkan? listrik dihasilkan dari pergerakan elektron seperti pada turbin, yakni magnet yang digerakkan keluar masuk lilitan kawat (koil).

Energi Kinetik

Energi kinetik atau energi gerak adalah energi yang dihasilkan dari materi yang berpindah atau bergerak. Maksudnya, suatu objek bergerak dapat melakukan kerja dengan cara menggerakkan benda lain. Contohnya, pemain biliar menggerakkan tongkat biliar untuk mendorong bola. Selanjutnya, bola yang bergerak akan menggerakkan bola-bola lain.

Berbagai Sumber Energi

Sumber energi adalah segala sesuatu yang menghasilkan energi. Apa saja? Panas matahari yang digunakan untuk memanaskan air adalah sumber energi. Begitu juga dengan spiritus yang digunakan sebagai bahan bakar adalah sumber energi. Listrik dan arang yang dibakar untuk memanaskan setrika pun merupakan sumber energi.

Meskipun berada di mana saja, bagi manusia terdapat kebutuhan sumber energi yang harus diproduksi secara massal dan memenuhi kebutuhan orang banyak. Contohnya, pada zaman prasejarah sampai awal zaman sejarah, hanya kayu dan batu yang dapat digunakan sebagai sumber energi untuk keperluan hidup manusia.

Sampai saat ini, bahan bakar minyak bumi dan gas digunakan untuk berbagai keperluan hidup manusia. Sayangnya, bahan bakar tersebut merupakan sumber energi tak terbarukan yang suatu saat akan habis. Bahkan beberapa penelitian menyimpulkan bahwa bumi akan kehabisan cadangan minyak bumi dalam beberapa puluh tahun lagi.

Hal ini membawa kita pada pembagian utama dari sumber energi, yakni sumber energi tak terbarukan, dan sumber energi terbarukan yang akan dijelaskan di bawah ini.

Sumber Energi Tak Terbarukan

Sumber energi tak terbarukan adalah energi yang tidak dapat diperbaharui dan akan habis suatu saat. Misalnya, energi tak terbarukan yang paling banyak dimanfaatkan adalah minyak bumi, batu bara, dan gas alam. Berdasarkan hasil perhitungan para ahli, minyak bumi akan habis 30 tahun lagi, sedangkan gas alam akan habis 47 tahun lagi, dan batu bara akan habis 193 tahun lagi.

Padahal, hingga kini ketiganya digunakan dalam kehidupan sehari-hari, yaitu pada industri, untuk pembangkit listrik, maupun transportasi. Bayangkan jika ternyata suatu saat sumber energi tersebut habis. Sumber energi tak terbarukan dapat digolongkan menjadi energi hasil tambang, dan energi nuklir.

Energi Hasil Tambang

Bumi Minyak bumi, gas, dan batu bara merupakan bahan bakar fosil yang berasal dari tumbuhan dan hewan-hewan yang terkubur jutaan tahun di dalam bumi. Untuk mendapatkan minyak bumi, dilakukan penambangan atau eksploitasi ke dalam perut bumi.

Energi Nuklir

Energi nuklir adalah energi potensial yang terdapat pada partikel di dalam nukleus atom. Partikel nuklir, seperti proton dan neutron, tidak terpecah di dalam proses reaksi fisi dan fusi. Akan tetapi, kumpulan tersebut memiliki massa yang lebih rendah daripada ketika berada dalam posisi terpisah. Adanya perbedaan massa ini maka dibebaskan dalam bentuk energi panas melalui radiasi nuklir.

Sumber Energi Terbarukan

Ancaman akan habisnya sumber energi tak membuat para ilmuwan berusaha menemukan energi alternatif yang terbarukan atau yang tidak akan habis dipakai. Sumber energi terbarukan yang saat ini mulai dikembangkan adalah biogas dari kotoran ternak, air mengalir, angin, dan panas matahari.

Energi Matahari

Energi matahari atau energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas matahari melalui peralatan tertentu menjadi energi dalam bentuk lain. Peralatan tersebut adalah panel surya yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Meskipun aplikasi utamanya adalah panel surya,  energi matahari tetap dapat digunakan secara langsung maupun diubah ke bentuk energi lain.

Pembangkit Listrik Tenaga Air

Pembangkit Listrik Tenaga Air atau disingkat menjadi PLTA adalah pembangkit yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini disebut hidroelektrik.

Arus air yang dimanfaatkan biasanya berasal dari waduk berarus tinggi atau air terjun. Namun, penelitian terkini juga menyimpulkan bahwa kita dapat menggunakan tenaga air dalam bentuk lain pula, seperti tenaga ombak.

Energi Angin

Energi angin memanfaatkan tenaga angin untuk meniup atau menggerakkan kincir angin untuk diubah menjadi energi listrik atau bentuk energi lainnya. Umumnya, energi angin digunakan dalam ladang angin dalam skala besar untuk menyediakan listrik di lokasi yang terisolir. Area pantai yang cenderung sangat berangin menjadi salah satu tempat terbaik untuk energi ini, namun sayangnya biayanya cukup mahal dan sulit menyalurkan hasil energinya ke kota-kota lain yang berada jauh dari pantai.

Energi Tidal

Energi tidal adalah energi yang dihasilkan dengan memanfaatkan pasang surutnya air. Keunggulan tidal adalah memiliki aliran energi yang lebih pasti/mudah diprediksi, lebih hemat ruang, dan tidak membutuhkan teknologi konversi yang rumit jika dibandingkan dengan teknologi panel surya dan angin. Kelemahan energi ini adalah membutuhkan alat konversi yang andal sehingga mampu bertahan dengan kondisi lingkungan laut yang keras karena tingginya tingkat korosi dan kuatnya arus laut.

Makanan sebagai Sumber Energi

Makanan merupakan sumber energi bagi tubuh manusia. Fungsinya apa? Bahkan saat tidur saja tubuh kita membutuhkan energi agar dapat beroperasi dengan baik. Artinya, manusia membutuhkan energi agar dapat bertahan hidup. Selain itu, fungsi energi bagi manusia adalah untuk melakukan aktivitas sehari-hari, belajar, olahraga, bekerja, dan melakukan aktivitas lainnya.

Jika bensin adalah sumber energi mobil, dan listrik adalah sumber energi komputer, lalu apa yang menjadi sumber energi manusia? Sumber energi manusia adalah makanan yang berarti merupakan sumber energi kimia.

Satuan dari energi kimia yang dibutuhkan oleh manusia adalah kalori. Pria dewasa biasanya membutuhkan 2000 kalori perhari agar dapat beraktivitas dengan baik, sementara wanita dewasa membutuhkan sekitar 1800 kalori saja. Dari mana kita mendapatkan kalori? Contoh sederhananya adalah sepiring nasi akan memberikan tubuh kita sebanyak 200 kalori.

Namun, kalori buka hanya satu-satunya hal yang harus diperhatikan dalam kebutuhan energi manusia. Energi kimia dari makanan itu beragam dan memiliki peranannya masing-masing. Berikut adalah beberapa kandungan bahan kimia yang terdapat dalam makanan yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi tubuh manusia.

Karbohidrat

Karbohidrat adalah senyawa kimia yang tersusun atas unsur-unsur karbon. Bahan makanan yang banyak mengandung karbohidrat contohnya adalah: nasi, jagung, kentang, gandum, umbi-umbian, dan buah-buahan yang rasanya manis. Karbohidrat berperan sebagai sumber energi utama untuk tubuh. 1 gram karbohidrat setara dengan 4 kilo kalori.

Protein

Protein merupakan senyawa kimia yang mengandung unsur C, H, O, N (kadang juga mengandung unsur P dan S). Meskipun protein dapat menjadi sumber energi, protein memiliki fungsi lain, yakni untuk menumbuhkan dan memperbaiki otot. Oleh karena itu, diperlukan asupan karbohidrat yang cukup agar tubuh kita tidak menggunakan protein sebagai sumber energi.

Bahan makanan yang mengandung banyak protein, antara lain:

1. protein hewani, misalnya daging, ikan, telur, susu, dan keju;
2. protein nabati, misalnya kacang-kacangan, tahu, tempe, dan gandum.

Lemak

Lemak merupakan senyawa kimia yang mengandung unsur C, H, dan O. Peran lemak untuk menyediakan energi sebesar 9 Kalori/gram, melarutkan vitamin A, D, E, K, dan menyediakan asam lemak esensial bagi tubuh manusia.

Sumber energi dari lemak mulai dianggap berbahaya bagi kesehatan setelah adanya suatu penelitian yang menunjukkan hubungan antara kematian akibat penyakit jantung koroner dengan banyaknya konsumsi lemak dan kadar lemak di dalam darah.

Namun tetap saja lemak hanya berbahaya ketika dikonsumsi berlebihan, dan tubuh kita tetap membutuhkannya dalam jumlah secukupnya. Selain itu terdapat sumber lemak yang lebih sehat pula, yang biasanya lebih banyak ditemukan dari sumber lemak nabati atau tumbuh-tumbuhan.

Bahan makanan yang mengandung banyak lemak, antara lain:

1. lemak hewani: keju, susu, daging, kuning telur, daging sapi, daging kambing, daging ayam, dan daging bebek;
2. lemak nabati: kelapa, kemiri, kacang-kacangan, dan buah alpukat (avokad).

Transformasi Energi dalam Sel

Pada makhluk hidup heterotroph, atau makhluk hidup yang memanfaatkan sumber makanan organik/makhluk hidup yang tidak mampu mengubah senyawa anorganik menjadi senyawa organik, energi bersumber dari makanan yang dikonsumsi.

Energi ini akan mengalami transformasi mulai dari energi potensial berupa energi kimia makanan menjadi energi panas dan energi kinetik/gerak dalam aktivitas makhluk hidup tersebut. Transformasi energi ini terjadi di dalam organel yang terdapat di dalam sel. Berikut adalah dua cara transformasi energi di dalam sel.

Transformasi Energi oleh Klorofil

Klorofil adalah zat hijau daun yang terdapat dalam organel sel tumbuhan yang disebut kloroplas. Klorofil berfungsi untuk melakukan fotosintesis, yakni pengubahan energi radiasi sinar matahari menjadi zat makanan tumbuhan.

Tepatnya, proses fotosintesis digunakan untuk mereaksikan CO2 dan H2 O menjadi glukosa. Selain menjadi energi kimia dalam bentuk glukosa, hasil reaksinya menghasilkan oksigen yang dapat digunakan oleh tumbuhan untuk beraktivitas, seperti tumbuh, berkembang, dan bernapas.

Karena transformasi ini, tumbuhan dapat hidup dan berkembang. Setelah berkembang, energi yang terdapat pada tumbuhan berpindah ke dalam tubuh makhluk hidup lainnya dan menjadi energi potensial. Hal itu terjadi ketika makhluk lain yang tinggal berdekatan memakan tumbuhan itu.

Transformasi Energi oleh Mitokondria

Mitokondria adalah organel yang terdapat di dalam sel, yang memiliki peran dalam respirasi sel. Di dalam mitokondria, energi kimia digunakan untuk mengubah karbohidrat, protein, dan lemak. Mitokondria banyak terdapat pada sel otot dan sel saraf berbagai makhluk hidup.

Metabolisme Sel

Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh sel makhluk hidup (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 204). Proses ini mengubah zat yang diserap menjadi makanan atau zat-zat lain yang dibutuhkan oleh tubuh dalam melakukan usaha dan aktivitas

Proses kimia ini (metabolisme) disebut reaksi enzimatis karena metabolism selalu menggunakan katalisator enzim. Metabolisme terdiri atas reaksi pembentukan/ sintesis/anabolisme seperti fotosintesis dan reaksi penguraian/katabolisme seperti respirasi. Enzim mengarahkan aliran materi melalui jalur-jalur metabolisme dengan cara mempercepat tahapan reaksi secara selektif.

Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk glukosa. Sumber energi cahaya alami adalah matahari yang memiliki spektrum cahaya tampak, dari ungu sampai merah, infra merah, dan ultra ungu yang tidak digunakan dalam fotosintesis.

Pada proses fotosintesis, di dalam daun terjadi reaksi kimia antara senyawa air (H2 O) dan karbon dioksida (CO2 ) dibantu oleh cahaya matahari yang diserap oleh klorofil menghasilkan oksigen (O2 ) dan senyawa glukosa (C6 H12O6 ).

Glukosa adalah makanan bagi tumbuhan. Oksigen yang dihasilkan pada proses fotosintesis sangat dibutuhkan oleh manusia dan hewan.

Respirasi adalah suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 206). Respirasi menghasilkan energi kimia untuk kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, dan pertumbuhan. Contoh Respirasi pada glukosa, reaksi sederhananya adalah C6 H12O6 + O2 6CO2 + 6H2 O + energi.

Sistem Pencernaan

Makanan yang masuk ke dalam tubuh akan mengalami perombakan dari molekul kompleks menjadi molekul sederhana. Perombakan ini akan menghasilkan sejumlah energi. Zat makanan yang berperan sebagai sumber energi adalah karbohidrat, lemak, dan protein.

Perombakan tersebut disebut pula dengan pencernaan. Setiap sumber energi dari makanan, yakni karbohidrat, lemak, dan protein, memiliki perbedaan dalam sistem pencernaannya. Berikut adalah pemaparannya.

Pencernaan Karbohidrat dalam Tubuh

Karbohidrat setelah dicerna di usus akan diserap oleh dinding usus halus dalam bentuk monosakarida. Monosakarida dibawa oleh aliran darah sebagian besar menuju hati dan sebagian lainnya dibawa ke sel jaringan tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut.

Di dalam hati, monosakarida mengalami proses sintesis menghasilkan glikogen, dioksidasi menjadi CO2 dan H2O, atau dilepaskan untuk dibawa oleh aliran darah ke bagian tubuh yang memerlukan. Hati dapat mengatur kadar glukosa dalam darah atas bantuan hormon insulin yang dikeluarkan oleh kelenjar pankreas.

Kenaikan proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat menyebabkan glukosa dalam darah meningkat, sehingga sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik. Sebaliknya, jika banyak kegiatan, maka banyak energi yang digunakan untuk kontraksi otot, sehingga kadar glukosa dalam darah menurun.

Dalam hal ini, glikogen akan diuraikan menjadi glukosa yang selanjutnya mengalami katabolisme menghasilkan energi (dalam bentuk energi kimia). Dua hormon yang mengatur kadar gula dalam darah adalah sebagai berikut.

1. Hormon insulin, dihasilkan oleh pankreas berfungsi menurunkan kadar glukosa dalam darah.
2. Hormon adrenalin, dihasilkan oleh korteks adrenal berfungsi menaikkan kadar glukosa dalam darah.

Pencernaan Protein dalam Tubuh

Di dalam tubuh, protein diubah menjadi asam amino oleh beberapa reaksi hidrolisis serta enzim-enzim yang bersangkutan. Enzim-enzim yang bekerja pada proses hidrolisis protein, antara lain pepsin, tripsin, kemotripsin, karboksi peptidase, dan amino peptidase.

Protein yang telah dipecah menjadi asam amino, kemudian diabsorpsi melalui dinding usus halus dan sampai ke pembuluh darah. Setelah diabsorpsi dan masuk ke dalam pembuluh darah, asam amino tersebut sebagian besar langsung digunakan oleh jaringan. Sebagian lain, mengalami proses pelepasan gugus amin (gugus yang mengandung N) di hati. Proses pelepasan gugus amin ini dikenal dengan deaminasi protein.

Zat protein tidak dapat disimpan di dalam tubuh, sehingga kelebihan protein akan segera dibuang atau diubah menjadi zat lain. Zat sisa hasil penguraian protein yang mengandung nitrogen akan dibuang bersama air seni dan zat sisa yang tidak mengandung nitrogen akan diubah menjadi karbohidrat dan lemak.

Oksidasi 1 gram protein dapat menghasilkan energi 4 kalori. Kelebihan protein dalam tubuh dapat mengakibatkan pembengkakan hati dan ginjal karena beban kerja organorgan tersebut lebih berat dalam menguraikan protein dan mengeluarkannya melalui air seni.

Pencernaan Lemak dalam Tubuh

Di dalam tubuh, lemak akan dihidrolisis menjadi asam lemak dan gliserol dengan bantuan enzim lipase. Proses ini berlangsung dalam saluran pencernaan. Sebelum diserap usus, asam lemak akan bereaksi dengan garam empedu membentuk senyawa, seperti sabun.

Selanjutnya, senyawa tersebut akan diserap jonjot usus dan akan terurai menjadi asam lemak dan garam empedu. Asam lemak tersebut akan bereaksi dengan gliserol membentuk lemak. Kemudian, diangkut oleh pembuluh getah bening usus menuju pembuluh getah bening dada kiri. Selanjutnya, ke pembuluh balik bawah selangka kiri.

Lemak dikirim dari tempat penimbunannya ke hati dalam bentuk lesitin untuk dihidrolisis menjadi asam lemak dan gliserol. Selanjutnya, gliserol akan diubah menjadi gula otot atau glikogen. Asam lemak akan diubah menjadi asetil koenzim.

Gangguan metabolisme berupa tertimbunnya senyawa aseton yang dapat menyebabkan gangguan pernapasan. Kesulitan bernapas terjadi karena meningkatnya tingkat keasaman dan jumlah CO2 yang tertimbun. Kelainan ini dinamakan asidosis.

Referensi

1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTs Kelas VII. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.