Tri JalmoProgram Studi Pend. Biologi FKIP Unila

Ion-oin anorganik pada jaringanIon Distribusi Fungsi

Na+ Kation terbanyak esktrasel

• sumber tekanan osmotik ekstraseluluer• sumber energi potensial untuk transpor melewati membaran• Arus balik (masuk) untuk eksitasi membran

K+ Kation terbanyak di sitoplasma

• sumber tek.osmotik sitoplasma• mengatur potensial istirahat• arus keluar untuk repolarisasi membran

Ca2+ Konsentrasi rendah di sel

• mengatur eksositosis dan kontraksi otot• Berperan dalam ikatan antar sel• Meregulasi enzim serta protein lain sebagai 2nd messenger

Mg 2+ Intra-ekstra sel • kofaktor beberapa enzim (misal: ATP-ase)

HPO42-, HCO3

Intra-ekstra sel • buffer untuk konsentrasi H+

Cl- Anion ekstraseluler terbanyak di jaringan

Mang”counter” kation-kation anorganik

Resting membrane Potential

Adalah perbedaan muatan lintas membran dalam keadaan tidak ada stimulus (kedudukan istirahat)

Resting potential (tidak ada rangsang)

Potensial membranMerupakan perbedaan

potensial antara bagian dalam dan bagian luar sel, antara -10 s.d -100 mV

Membran potensial (Vm), dapat diukur besarnya

Dua faktor yg berperan1. distribusi tidak sama ion-

ion anorganik di intrasel dan ekstrasl

2. membukanya channel ion di membran sel yang permeabel dan spesifik thd ion ttt

Dalam keadaan tidak aktif (istirahat), permukaan luar akson bermuatan positif sdgkan bagian dalam bermuatan negatif

Istilah-istilah Polarisasi DepolarisasiHiperpolarisasiRepolarisasiPoteksial aksi Ion channelThreshold : batas

ambang

Potensial membran

K+ : 148 mEq/lNa+ : 10 mEq/lLain: 42 mEq/l

Kation(positif)

Proteien : 56 mEq/lCl- : 4 mEq/lLain: 140 mEq/l

K+ : 5 mEq/lNa+ : 142 mEq/lLain: 48mEq/l

Anion(negatif)

Anion(negatif)

Kation(positif)

Proteien : 16 mEq/lCl- : 103 mEq/lLain: 36 mEq/l

Gradien listrikGradien konsentrasi untuk K+

Gradien konsentrasi untuk Na+

Gradien listrik (muatan negatif di dlm sel istirahat, ion K+

keluar selMembran sel

- +

Measuring the Resting Membrane

Potential

Pembuat potensial membran

Negatively charged proteins

K+ berdifusi ke luar sel karena konsentrasi K+ di dalam lebih tinggi drpd di luar sel

K+ bergerak ke dalam sel karena karena ion–ion bermuatan postifi ditarik protien bermuatan negatif dan anion

Potensial membran dipertahankan ketika

pergerakan K+ ke luar sel sama dg gerakan ke dalam sel

Perubahan potensial membran istirahat

Potensial membran istirahat dapat diubah dengan pengubahan gradien konsentrasi K+, mengubah

permeabilitas membran terhadap membrane K+ dan terhadap Na+, dan mengubah konsentrasi Ca2+

ekstraseluler

1. Gradien konsentrasi K+. Peningkatan konsentrasi K+ pada cairan ekstrasel menyebabkan RMP lebih negatif (depolarisasi atau hiperpolarisasi). Penurunan konsentrasi K+ cairan ekstrasel menyababkan RMP menjadi lebih negatif (hiperpolarisasi).

2. Permeabiltias membran thd K+. Meskipun saluran K+ membiarkan K+ berdifusi melintasi membran, RMP tidak secara bebas permeabel thd K+. Peningkatan permeabilitas menyebabkan gerbang saluran K+ terbuka lebih banyak K+ berdifusi ke luar sel hiperpolarisasi

3. Permeabilitas membran thd Na+. RMP tidak permeabel thd Na+. Pemukaan gerbang saluran Na+ meningkatkan permeabilitasnya thd Na+ sisi dalam membran plasma menjadi lebih positif depolarisasi

4. Ca2+ ekstraseluler ion-ion Ca2+ ditarik oleh protein bermuatan negatif, termasuk voltase gerbang saluran Na+ menyebabkan saluran terturup. Penurunan konsentrasi Ca2+ memacu ion-ion Ca2+ berdifusi menjauhi membran dan menyebabkan voltasi gerbang saluran Na+ terbuka

Sifat RMP1. Jumlah molekul bermuatan dan ion-ion di dalam dan di sisi luar sel

mendekati sama

2. Konsentrasi K+ di dalam lebih tinggi daripada di luar sel, dan konsentrasi Na+ lebih tinggi d luar drpd di dalam sel

3. Membran plasma 50 – 100 kali lebih permeabel thd K+ drpd ion positif lainnya, seperti Na+

4. Membran plasma impermeabel untuk molekul besar bermuatan negatif ekstra sel seperti protein

5. K+ cenderung berdifusi melintas membran plasma dari dalam ke luar sell

6. ……..

6. Karena molekul besar bermuatan negatif tidak dapat mengikuti kepindahan K+, maka sisi dalam sel menjadi sedikit bermuatan negatif

7. Muatan negatif sisi dalam sel menarik K+. Ketika muatan negatif sisi dalam sel cukup kuat menahan K+ untuk berdifusi keluar sel, maka kesetimbangan terjadi

8. Perbedaan muatan lintas membran pada keadaan kesetimbangan menunjukkan perbedaan potensial yang diukur dengan millivolts (mV)

9. Pada saat kesetimbangan terdapat sangat sedikit gerakan K+ atau ion lainnya melintas membran plasma

Saluran ion (ion Channel)

1. Nongated ion channel

• Selalu terbuka

• Bertanggungjawab terhadap permeabilitas membran plasma thdp ion-ion saat istirahat (tidak ada stimulus)

• Spesifik untuk setiap ion (tetapi tidak absolut)

2. Gated ion channel

a. Ligand-gated ion channel

• Dibuka jika molekul ligan mengikat ligan pada binding site-nya

b. Voltage-gated ion channel

• Dibuka oleh perubahan kecil voltase lintas membran

c. Other-gated ion channel

• Dibuka oleh ligan lain atau perubahan voltase (sentuhan, suhu, dll)

Potensial lokal

1. Sebuah potensial lokal merupakan perubahan kecil pada RMP yang direspon oleh area sempit membran plasma.

2. Peningkatan permeabilitas membran plasma thd Na+ dpt menyebabkan depolarisasi lokal ,dan peningkatan permeabilitas membran thd K+ dpt menghasilkan hiperpolarisasi lokal

3. Potensial lokal dibatasi tingkat stimulus karena stimulus yang lebih kuat menghasilkan perubahan potensial yg lebih besar daripada stimulus yang lemah

4. Potensial lokal dapat disumasi, atau ditambahkan

5. Potensial lokal menurun kekuatannya seiring dengan jarak dari stimulus

Time Time

1 2 3 4 1 2

mV

mV

0

-90 -90

0

Successively stronger stimuli of short duration from 1 – 4

Two equal stimuli in short succession at 1 and 2

Local potentials are proportional to the stimulus strength. A weak stimulus applied briefly causes a small depolarization, which quickly returns to the RMP. Progressively stronger stimuli result in larger depolarization (left). A stimulus applied to a cell causes a small depolarization. When a second stimulus is applied before the depolarization disappears, the depolarization caused by the second stimulus is added to the depolarization caused by the first to result in a larger depolarization (right)

Karakteristik potensial lokal1. Stimulus menyebabkan peningkatan permeabilitas

membran thd Na+, K+, dan Cl-

2. Peningkatan permeabilitas membran thd Na+ menyebabkan depolarisasi. Peningkatan permeabilitas membrane thd K+ atau Cl- menyebabkan hiperpolarisasi.

3. Potensial lokal berbatas, besarnya tergantung pada kekuatan stimulus. Potensial lokal dapat dijumlahkan, jadi potensial lokal dapat dihasilkan dari stimulus tunggal

4. Potensial lokal tidak dapat diukur beberapa milimeter dari titik stimulasi

5. Depolarisasi potensial lokal dapat menyebabkan potensial aksi tial

Action Potential1. Potensial aksi adalah perubahan lebih besar pada RMP yang

menyebar ke seluruh permukaan sel

2. Threshold adalah potensial membrat dimana depolarisasi potensial lokal membran plasma cukup untuk mengahsilkan potensial aksi

3. Potensial aksi terjadi dengan pola all – or – none fashion.

4. Depolarisasi terjadai, sisi dalam membran menjadi lebih positif karena Na+ berdifusi ke dalam sel melalui voltage-gated ion channels. Repolarisasi merupakan kembalinya potensial membran ke RMP karena voltage-gated Na+ channels tertutup dan difusi Na+ ke dalam sel lambat laun terhenti dan karena voltage-gated K+ channels selanjutnya terbuka dan K+ berdifusi ke luar sel

The action potential consists of a depolarization and a repolarization phase, often followed by a short period of hyperpolarization called afterpotential

“First” Resting Membrane Potential

Voltage-gated Na+ channels are closed (the activation gates are closed and the inactivation gates are open). Voltage-gated K+ channels are closed

Consecutive events of action potential

Depolarization

Voltage-gated Na+ channels open because the activation gates open. Voltage-gated K+ channels start to open. Depolarization results because the inward diffusion of Na+ is much greater than the outward diffusion of K+

Repolarization

Voltage-gated Na+ channels are closed because the inactivation gates close. Voltage-gated K+ channels are now open. Na+ diffusion into the cell stops and K+ diffusion out of the cell, causing repolarization

Afterpotential

Voltage-gated Na+ channels are closed. Closure of the activation gates and opening of the inactivation gates reestablish the resting condition for Na+ channels. Diffusion of K+ through voltage-gated channels produces the afterpotential

“Second” Resting Membrane Potentials

The resting membrane potential is reestablished after the voltage-gated K+ channels close

Periode Refrakter

1. Periode refrakter adalah penurunan sensitivitas area membran, selama terjadinya potensial aksi hingga stimulus berikutnya

2. Periode refrakter t.a refrakter absolut dan refrakter relatif

3. Periode refrakter absolut terjadi dari pengawalan potensial aksi hingga mendekati akhir repolarisasi.

4. Periode refrakter relatif terjadi setelah refrakter absolut

5. Selama periode refrakter relatif, stimulus yg lebih kuat dari stimulus threshold stimulus dapat menginisiasi potensial aksi lainnya

Refractory Period

Relationship between stimulus strength, local potential, and action potential frequency. Each stimulus in this figure is stronger than the previous one

Propagation of Action Potentials

Saltatory conduction: Action propagation in a myelinated axon

Sumasi spatial

Sumasi temporal