Fisiologi Saraf

(27/09/2017) setelah beberapa hari kemarin saya belajar mengenai overview saraf, sekarang saya masuk ke graded potential. Adapun rangkuman dari hal yang telah saya pelajari: pada diagramnya, terdapat beberapa istilah: polarisasi adalah perubahan membran potensial dari keadaan fisiologis (-70 mV), depolarisasi adalah perubahan perbedaan listrik pada membran menjadi lebih positif, yang berarti bahwa ICF lebibh negatif dan ECF menjadi lebih positif, hiperpolarisasi merupakan kebalikan dari depolarisasi, sedangkan repolarisasi adalah penurunan pada kurva depolarisasi, sehingga kembali ke keadaan fisiologis.

Jawaban 4.1:

1.      Two types of excitable tissues are nerve and muscle tissues.

2.     (tidak digambar) pada depolarisasi terjadi Na- masuk ke dalam dan K- menuju ke luar membran sel yang menyebabkan, pada repolarisasi ATP gated ion channel membuang Na+ yang masuk dan  yang keluar sehingga terjadi keseimbangan fisiologis kembali seperti semula, pada hiperpolarisasi ion akan menuju ke tempatnya masing-masing sehingga beda potensial membran menjadi lebih negatif.

3.       (kurang tahu karena saya melewati bab sebelumnya)

Kali ini, saya diberikan kesempatan membaca graded potensial. (graded potentials are local changes in membrane potential that occur in varying grades or degrees of magnitude of strength) lihat keterangan mengenai polarisasi. Graded potential adalah selisih angka yang menunjukkan derajat perubahan potensial tersebut. Misal (membrane potential could change from -70mV to -60mV (a 10 graded potential)).

Graded potential biasanya terjadi karena ada hal yang mencetuskannya. Biasanya paling sering terjadi pada masuknya Na+ (yang berarti bukan keduanya, Na+- dan K- yang masuk secara simultan) ke dalam sel membran (biasanya Na+ berada pada luar membran). Hal ini bekerja pada bagian tertentu pada membran sel yang dapat tereksitasi (Neuron dan muscle), bagian yang kecil.

Semakin besar pemicu, semakin besar pula graded potential yang terjadi (hal ini logis karena graded potential pada grafiknya merupakan potensi yang memiliki nilai/kuantitas, sehingga secara matematis dapat memiliki besaran tertentu).

Ternyata, hubungan sebab akibatnya sebagai berikut: semakin banyak pemicu terdapat, maka semakin banyak gerbang ion yang terbuka (hal ini berimplikasi kepada sikap kita menerjemahkan diagram eksitasi sel: bahwa nilai positif atau negatif pada diagram tersebut berarti perubahan secara kolektif beda potensial pada keseluruhan membran) berimplikasi kepada banyaknya Na+ yang masuk ke dalam sel. semakin banyak ion positif (perhatikan penggunaan kata ion) masuk ke dalam, maka semakin positif pula ICF (yang berarti juga bahwa perhitungan yang dilakukan untuk menentukan grafik beda potensial berfokus kepada ICF, hal ini harus dibuktikan dengan melihat cara perhitungan beda potensial, yang berada di luar cakupan tulisan ini).

Durasi graded potential tergantung kepada lamanya triggering event (lamanya pemicu memacunya), yang berarti tergantung kepada lamanya ion channel terbuka sehingga ion dapat keluar atau masuk.

GRADED POTENTIALS SPREAD BY PASSIVE CURRENT FLOW

Ketika graded potential terjadi pada bagian tertentu pada sel (bagian kecil, baca tulisan di atas), bagian sel lain pada membran (saraf atau otot) tetap dalam keadaan istirahat (perbedaan potensialnya -70mV, baca atas). Perbedaan potensial setempat dibanding daerah lain pada membran sel membuat listrik (yang dibawa oleh ion) mengalir secara pasif. Hal ini dinamakan current (latin currere: berlari). Dua kalimat di atas menyiratkan bahwa secara logika, arah current adalah arah ion positif yang mengalir (arah ion Na+ dalam kasus ini dilihat dari dalam sel). Kita harus mengingat bahwa dalam konsep ini, ion channel tetap hanya terbuka beberapa bagian. Terbukanya satu ion channel tidak membuka ion channel lainnya. Hal ini berarti ion positif (Na+ dalam kasus ini) mengalir di ICF ke bagian yang masih negatif (lebih negatif). Analoginya seperti mengalirkan air ke dalam lubang pipa, pipa yang kosong akan terisi oleh air setelah air masuk lubang. Dilihat dari ECF, ion positif mengalir ke ion channel yang sedang terbuka (ingat analogi air).

Aliran ion positif (Na+) ke tempat yang masih negatif (ingat analogi air) membuat membran menjadi lebih positif di dalam dan lebih negatif di luar (lebih negatif di luar karena ion positif cenderung mengisi lubang air (ion channel) dan meninggalkan bagian luar menjadi lebih negatif, meskipun pada ECF masih ada ion Na+ yang lain).

Sekarang, penulis (sherwood) menjelaskan tentang mengapa current tidak mengalir melalui membran plasma dengan konsep resistance (resistensi). Terdapat dua jenis penghantar listrik: konduktor dan isolator. Jika konduktor mengalirkan listrik dengan baik, maka isolator tidak dapat mengalirkan listrik sebik konduktor. ICF dan ECF merupakan konduktor yang baik, sedangkan lemak merupakan isolator yang baik (konduktor yang buruk). Hal ini berimplikasi kepada tidak mengalirnya listrik (yang berupa ion) melalui lipid bilayer, tetapi hanya melalui ion channel.

GRADED POTENTIALS DIE OUT OVER SHORT DISTANCES

Ternyata, ketika Na+ masuk ke luar sel, k+ memiliki kesempatan untuk keluar sel. hal ini terjadi karena terjadi perbedaan gradien elektrokimia antara ICF dan ECF (perhatikan bahwa keduanya, Na+ dan K+ adalah ion positif. Dan perhatikan juga bahwa ion channel bersifat khusus untuk satu jenis ion, membuat hanya salah satunya dapat masuk atau keluar dalam satu waktu tertentu). Ion channel untuk K+ terbuka pada beberapa titik di membran sel. dikatakan bahwa terbukanya ion channel K+ sebagai daerah yang tidak terdapat isolator. hal ini menyebabkan perbedaan graded potential antara pusat current dengan daerah sekitarnya, yang di dalamnya ion channel K+ membuka. Secara logika, dapat disimpulkan bahwa terdapat batas daerah graded potential, tempat graded potential berakhir setelah berkurang secara berkala. Batas daerah graded potential ini bersifat sangat sempit (kurang dari 1 mm). Hal ini dan keterangan tentang durasi (baca atas)menandakan jika graded potential adalah sebuah sinyal yang mengaktifkan sinyal berikutnya (akan dijelaskan berikutnya), maka sifatnya hanya sementara dan berlaku pada daerah yang sempit (kurang dari 1 mm).

Di akhir bagian ini (graded potential), penulis menuliskan bahwa walaupun graded potential memiliki durasi dan batas wilayah tertentu, graded potential banyak ditemukan pada sel.

Jawaban pertanyaan 4.2:

1.      

    Waktu dan kekuatan graded potential berbeda dengan pemicu (graded potential mungkin memiliki durasi yang lebih panjang daripada pemicu, dapat dilihat dari current yang mengalir mungkin membutuhkan waktu untuk berakhir, menyingkirkan pernyataan di atas (baca tulisan di atas) bahwa graded potential berlangsung sesuai dengan lamanya trigerring event) disebabkan oleh current yang membutuhkan waktu untuk berakhir (menurut durasi) dan memiliki perbedaan potensial pada beberapa bagian membran (dalam hal kekuatan), hal ini disebabkan oleh current yang mengalir dan berkurang seiring bertemunya graded potential dengan ion channel k+ yang mengeliminasi ion dan membuang current ke ECF.

2.   Kenaikan perbedaan potensial membuat adanya current yang mengalir ke bagian membran yang masih istirahat, sedangkan perbedaan resistensi dapat membuat perbedaan graded potensial dalam hal tempat current diizinkan lewat atau tidak.

3.     Karena graded potential akan tereliminasi oleh adanya lubang-lubang ion channel K+ yang membuat potensial membran menjadi lebih negatif di ICF dan positif di ECF.

ACTION POTENTIAL

Potensial aksi merupakan potensial yang bersifat terbatas (seperti graded potential), mendadak, tidak decremental (turun perlahan seperti graded potensial) dan dapat dikonduksi melalui membran sel. oleh karena itu, aksi potensial berfungsi sebagai sinyal jarak jauh pada sel tereksitasi (otot dan neuron).

Contohnya jika anda ingin menggerakkan ibu jari kaki. Perintah dikirim dari otak menuju sumsum tulang belakang melalui aksi potensial. sinyal tersebut tidak berkurang sampai ke otot ibu jari kaki yang dgerakkan.

DURING AN ACTION POTENTIAL, THE MEMBRANE POTENTIAL RAPIDLY, TRANSIENTLY REVERSES.

Graded potential dapat mencetuskan potensial aksi jika memenuhi ambang yang ditentukan. Yang berarti jika potensial membran harus terdepolarisasi untuk mencetuskan potensial aksi. Graded potensial memiliki daerah sendiri yang di sana dapat dicetuskan, begitu juga potensial aksi. Daerah khusus graded potential tersebut jika terdepolarisasi dapat mencetuskan daerah khusus potensial aksi yang juga telah disebutkan.

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, aksi potensial memliliki treshold tertentu. Setelah mencapai treshold (inggris: ambang) tersebut, akan terjadi depolarisasi secara eksplosif yang naik dengan tajam (berbeda jika dibandingkan dengan graded potential yang naik perlahan. Pengamatan dilakukan melihat beda potensial di dalam sel). setelah kenaikan tersebut, terkadang potensial akan turun dan melewati keadaan fisiologis normal (-70mV), disebut juga hiperpolarisasi (bisa mencapai -80mV) (tidak diketahui apakah hiperpolarisasi dapat terjadi jika depolarisasi tidak terlalu melonjak). Setelah itu (terkadang, lihat sebelumnya), membran sel akan kembali ke keadaan fisiologis.  

(28/09/2017) yang disebut dengan aksi potensial adalah gabungan depolarisasi, repolarisasi, hiperpolarisasi, dan ketika potensial kembali ke keadaan fisiologis (-70mV). Graded potential pencetus aksi potensial bersifat all-or-none, jika tercapai ambang (-50mV), maka terjadi aksi potensial. sebaliknya berlaku.

Durasi graded potential berbeda-beda pada sel tereksitasi (neuron dan otot). Durasi aksi potensial sama pada seluruh sel (neuron dan otot) sejenis (otot dengan otot dan neuron dengan neuron)di seluruh tubuh. Pada neuron, aksi potensial lamanya 0.001 sekon (1 milisekon). Pada sel otot, aksi potensial berbeda-beda tergantung jenis sel otot.

Aksi potensial dikenal dengan beberapa istilah: spike, firing, dan action potential sendiri.

MARKED CHANGES IN MEMBRANE PERMEABILITY AND ION MOVEMENT LEAD TO AN ACTION POTENTIAL

Pada aksi potensial, ion yang berperan penting masih Na+ dan K+ (keduanya juga berperan pada graded potential). Jika pada graded potential keduanya berlawanan aksinya, maka pada potensial aksi keduanya bekerja secara sinergis. Jika keduanya terbuka secara bersamaan, maka ion Na+ dan K+ akan keluar membran dan membuat beda potensial ke arah nol.

Protein gate pada membran (perhatikan bahwa protein merupakan polipeptida, peptida adalah blok penyusun protein) memunyai banyak struktur (peptida, seperti yang telah disebutkan) yang bermuatan negatif (peptida dengan gugus tertentu memiliki kecenderungan negatif atau positif). Perubahan elektrisitas pada cairan di sekitarnya membuat protein tersebut berubah strukturnya. Berbeda dengan protein membran lainnya, disebabkan kecenderungan elektronegatifitasnya, protein gate lebih sensitif terhadap perbedaan potensial yang terjadi di membran (atau pada ICF dan ECF). 

Perubahan sedikit saja dapat memengaruhi struktur protein tersebut. Hal ini sejalan dengan kaidah fisiologi “perubahan kecil dapat memengaruhi hal yang besar”

Voltage-gated ion channel milik Na+ memunyai dua gerbang: gerbang aktivasi dan gerbang inaktivasi (seperti pada jenis protein membran lainnya yang tidak dituliskan di sini, tetapi tidak dengan K+). Gerbang inaktivasi terdapat di bagian dalam membran (ICF) dan bentuknya seperti bola. Meskipun nama kedua gerbang adalah gerbang aktivasi dan inaktivasi, kita tidak boleh terkecoh karena keduanya memiliki fungsi yang sama: menghalangi masuknya ion Na+ ke dalam sel. arti dari aktivasi adalah gerbang tersebut dapat sewaktu-waktu terbuka kembali setelah menutup, begitu pula arti inaktivasi adalah gerbang tersebut tidak dapat membuka lagi jika telah tertutup (gerbang tersebut menginaktivasi voltage-gated channel milik Na+). Hal ini berimplikasi kepada jumlah konformasi voltage-gated ion channel milik Na+. Channel tersebut memliki tiga konformasi dari dua kemungkinan tertutupnya gerbang: terbuka keduanya atau tertutup salah satunya (yang memiliki dua konformasi, dijelaskan sebelumnya tentang aktivasi dan inaktivasi), tidak dijelaskan konformasi ketika keduanya menutup. Ketiga konformasi tersebut terjadi jika terdapat perubahan potensial. setelah aksi potensial selesai (fase kembali dari hiperpolarisasi, baca ACTION POTENTIAL), voltage-gated channel kembali ke konformasi kedua (tertutup tetapi dapat membuka kembali/teraktivasi/gerbang inaktivasi tidak menutup).