BIOKIMIA SEL SARAF

1. Penghantaran Impuls Saraf

Impuls saraf adalah perubahan kimia elektrik yang kompleks yang berjalan di

sepanjang serat saraf. Didalamnya, ion (partikel bermuatan) bergerak dari bagian

dalam sebuah akson ke arah luar, dan ion lain bergerak dari luar ke dalam. Bersamaan

dengan gerakan gelombang di sepanjang akson, ion kalium ( K+) meninggalkan akson

dan ion natrium (Na+) masuk ke dalam. (fisiologi dan anatomi modern untuk

perawat , john gibson). Impuls dapat dihantarkan melalui beberapa cara diantaranya

melalui sel saraf dan sinapsis.

Penghantaran impuls melalui sel saraf

Saat tidak ada rangsang (neuron dalam keadaan istirahat), muatan listrik di luar

membran neuron adalah positif, sedangkan muatan listrik di bagian dalam

membran negatif. Keadaan membran seperti ini disebut juga polarisasi. Keadaan

membran saat muatan ion diluar dan di dalam membran tidak seperti keadaan

semula disebut keadaan depolarisasi. Keadaan depolarisasi membran akan

diteruskan pada membran di sebelahnya yang masih dalam keadaan polarisasi

sehingga menghasilkan gerakan impuls saraf. Namun, gerakan impuls kemudian

diblok dan tidak diteruskan pada ujung akson yang tidak berpembungkus selubung

mielin (nodus Ranvier), membuat proses pembalikan polarisasi diulang sehingga

menyebabkan adanya rantai reaksi. Dengan demikian, impuls akan berjalan

sepanjang akson. Setelah impuls berlalu, membran impuls melakukan pemulihan

kembali ke keadaan polarisasi semula. Waktu pemulihan tersebut disebut sebagai

periode olfaktori. Selama periode ini, impuls tidak dapat melewati neuron.

Penghantaran lewat sinapsis

Impuls (rangsangan) yang diterima oleh neuron sensori, dihantarkan melalui sel

saraf dan sinapsis. Sinapsis merupakan titik pertemuan antara terminal neuron

yang satu dengan yang lainnya. Ujung akson menyampaikan rangsang menuju

dendrit sel saraf (neuron) yang lain membentuk tombol sinaps. Antar tombol

sinapsis dengan dendrit terdapat celah sempit yang disebut celah sinapsis. Pada

sitoplasma, di setiap tombol sinapsis terdapat neurotransmitter (zat penghantar).

Neurotransmitter membawa impuls ke membran postsinaps (pada akson penerima

impuls). Setelah menyampaikan impuls neurotransmitter dihidrolisis oleh enzim

yang dikeluarkan oleh membran postsinaps. Jika neurotransmitternya berupa asetil

kolin, maka akan dihidrolisis oleh asetil kolin esterase. Hasil hidrolisis asetil kolin

yang berupa kolin dan asam etanoat selanjutnya disimpan di gelembung sinapsis.

Fungsi dari hasil hidrolisis ini untuk memecah molekul impuls (molekul

neurotransmitter) menjadi molekul yang lebih kecil/sederhana yang dapat bereaksi

secara kimiawi sehingga dapat digunakan kembali saat menerima rangsang.

2. Neurotransmitter

Otak manusia mengatur dan mengkordinir, gerakan, perilaku dan fungsi tubuh,

homeostasis seperti tekanan darah, detak jantung, suhu tubuh, keseimbangan cairan,

keseimbangan hormonal, mengatur emosi, ingatan, aktivitas motorik dan lain-lain.

Otak terbentuk dari dua jenis sel: yaitu neuroglia dan neuron. Neuroglia berfungsi

untuk menunjang dan melindungi neuron, sedangkan neuron membawa informasi

dalam bentuk pulsa listrik yang di kenal sebagai potensial aksi. (dr. Liza; 2010)

Komunikasi antar neuron terjadi melalui penghubung antar neuron atau sinaps.

Sebuah sinaps bukan merupakan hubungan langsung, tetapi terdapat celah pemisah

(celah sinaps) yang harus dilewati oleh impuls yang dihantarkan. Neurotransmiter

merupakan senyawa kimia pembawa pesan yang meneruskan informasi elektrik dari

sebuah neuron ke neuron lain atau sel efektor. (dr. Euis Heryati, M.Kes dan dr. Nur

Faizah R, M.Kes; 2008)

Neurotransmiter paling mempengaruhi sikap, emosi, dan perilaku seseorang. Sifat

neurotransmitter adalah sebagai berikut: (dr. Rina Herowati, M.Si., Apt., dkk; 2012)

Disintesis di neuron presinaps

Disimpan di vesikel dalam neuron presinaps

Dilepaskan dari neuron di bawah kondisi fisiologis

Segera dipindahkan dari sinaps melalui uptake atau degradasi

Berikatan dengan reseptor menghasilkan respon biologis.

Meskipun dalam beberapa bagian sistem saraf kegiatan elektrik satu neuron dapat

langsung merangsang neuron lainnya, namun pada sejumlah besar kasus terdapat

senyawa kimia yang berfungsi sebagai agen pengantar. Ketika sebuah impuls saraf

mencapai ujung axon, suatu senyawa kimia yang disebut neurotransmitter dilepaskan

dan masuk ke dalam celah sinaps. Neurotransmiter terikat pada reseptor khusus pada

selaput sel penerima dan mengubah daya tembusnya ke arah depolarisasi. Jika

depolarisasi menjadi cukup besar untuk dapat melampaui titik rangsang, maka sel itu

membakar aksi potensial melalui axonnya untuk mempengaruhi neuron lain. Proses

ini terjadi pada sinaps eksitatori, tetapi ada juga sinaps inhibitori yang bekerja

bersamaan tetapi dengan cara berlawanan. (dr. Euis Heryati, M.Kes dan dr. Nur

Faizah R, M.Kes; 2008)

Secara umum neurotransmitter dibagi dalam 4 klas, yaitu : (dr. Euis Heryati, M.Kes

dan dr. Nur Faizah R, M.Kes; 2008)

Klas Asetilkholin

Asetilkholin (ACh) disekresikan oleh neuron-neuron di sebagian besar otak dan

ganglia basalis, neuron motorik yang menginervasi otot skelet, neuron

preganglion sistem saraf otonom, neuron postganglion saraf parasimpatik dan

sebagian saraf simpatik. Pada sebagian,besar kasus, asetilkholin mempunyai efek

eksitasi, namun dapat juga berefek inhibisi pada beberapa ujung saraf

parasimpatik perifer,misalnya pada otot jantung. ACh yang disekresikan oleh

neuron motorik pada otot skelet bertanggung jawab terhadap kontraksi atau

gerakan otot. Obat-obatan tertentu seperti toksin botulinum atau curare dapat

menghalangi pengaliran ACh dari tombol terminal pada ujung axon, sehingga

menyebabkan kelumpuhan otot. ACh yang ditemukan di otak berhubungan

dengan proses belajar dan memori, sehingga bila ada gangguan pada

neurotransmitter ini diduga berhubungan dengan penyakit Alzheimer yang

memiliki salah satu gejala berupa gangguan memori.

Klas Monoamin, contohnya : epinefrin, norepinefrin, dopamine, serotonin

Norepinefrin (NE)

Disekresi oleh sebagian besar neuron yang ada di batang otak dan hipotalamus,

membantu pengaturan seluruh aktivitas dan suara hati dari pikiran /kehendak.

Pada sebagian besar daerah ini mungkin terjadi eksitasi, namun pada daerah lain

terjadi inhibisi. NE juga disekresikan oleh neuron postgangglion sistem saraf

simpatis. NE diduga berfungsi untuk merekam informasi dalam jangka panjang

dan membantu mengembangkan sinaps baru yang berhubungan dengan memori.

NE dilepaskan karena adanya rangsangan simpatetis, seperti dalam gejala ‘fight or

flight’. Hal ini dapat menjelaskan mengapa seseorang kadang dapat mengingat

informasi secara sangat jelas ketika terkejut, takut, atau marah.

Dopamin

Disekresikan oleh neuron-neuron yang berasal dari substansia nigra. Pengaruh

dopamine biasanya inhibisi. Fungsi Dopamin sebagai neururotransmiter kerja

cepat disekresikan oleh neuronneuron yang berasal dari substansia nigra, neuron-

neuron ini terutama berakhir pada region striata ganglia basalis. Pengaruh

dopamin biasanya sebagai inhibisi. (Guyton,1997: 714). Dopamin bersifat inhibisi

pada beberapa area tapi juga eksitasi pada beberapa area. (Guyton,1997: 932)

Jumlah dopamine yang meningkat di otak (lobus frontalis dan sistem limbik)

diduga kuat berhubungan dengan gejala-gejala schizofrenia. Telah diduga bahwa

pada skizofrenia terjadi kelebihan dopamin yang disekresikan oleh sekelompok

neuron yang mensekresikan dopamin yang badan selnya terletak tegmentum

ventral dari mesensefalon, disebelah medial dan anterior dari sistem limbik,

khususnya hipokampus, amigdala, nukleus kaudatus anterior dan sebagian lobus

frefrontalis ini semua pusatpusat pengatur tingkah laku yang sangat kuat. Selain

itu, untuk mempercayai skizofrenia mungkin disebabkan produksi dopamin yang

berlebihan ialah bahwa obat-obat yang bersifat efektif mengobati skizofrenia

seperti klorpromazin, haloperidol, dan tiotiksen semuanya menurunkan sekresi

dopamin pada ujung-ujung syaraf dopaminergik atau menurunkan efek dopamin

pada neuron yang selanjutnya (Guyton,1997:954 )

Pada pasien penyakit jiwa seperti skizofrenia terdapat berbagai keadaan yang

diyakini disebabkan oleh salah satu atau lebih dari tiga kemungkinan berikut:

Terjadi hambatan terhadap sinyal-sinyal saraf di berbagai area pada lobus

prefrontalis atau disfungsi pada pengolahan sinyal-sinyal;

Perangsangan yang berlebihan terhadap sekelompok neuron yang mensekresi

dopamin dipusat-pusat perilaku otak, termasuk di lobus frontalis, dan atau;

Abnormalitas fungsi dari bagian-bagian penting pada pusat-pusat sistem

pengatur tingkah laku limbik di sekeliling hipokampus otak (guyton,1997:954)

Serotonin

Disekresikan oleh nucleus yang berasal dari batang otak dan berproyeksi di

sebagian besar area otak. Serotonin dapat bekerja sebagai penghambat jaras rasa

sakit dalam medulla spinalis, dan juga dianggap dapat membantu pengaturan

kehendak/hati nurani seseorang. Serotonin yang menurun berhubungan dengan

gejala depresi, dari penelitian dengan alat pencitraan otak terdapat penurunan

jumlah reseptor postsinaps 5-HT1A dan 5-HT2a pada pasien denagn depresi berat.

Serotonin disekresikan oleh nukleus yang berasal dari rafe medial batang otak dan

berproyeksi disebahagian besar daerah otak, khususnya yang menuju radiks

dorsalis medula spinalis dan menuju hipotalamus. Serotonin bekerja sebagai

bahan penghambat jaras rasa sakit dalam medula spinalis, dan kerjanya di daerah

sistem syaraf yang lebih tinggi diduga untuk membantu pengaturan kehendak

seseorang, bahkan mungkin juga menyebabkan tidur (Guyton 1997: 714).

Serotonin berasal dari dekarboksilasi triptofan, merupakan vasokontriksi kuat dan

perangsang kontraksi otak polos. Produksi serotonin sangat meningkat pada

karsinoid ganas penyakit yang ditandai sel-sel tumor penghasil serotonin yang

tersebar luas didalam jaringan argentafin rongga abdomen

(Martin,David .1987:364) Sistem respons fisiologik pada stress akut dan kronik,

terdapat respon fight and flight dimana berperan hormon epinefrin, norepinefrin

dan dopamin, respon terhadap ancaman meliputi penyesuaian perpaduan banyak

proses kompleks dalam organ-organ vital seperti otak, sistem kardiovaskular, otot,

hati dan terlihat sedikit pada organ kulit, gastrointestinal dan jaringan limfoid.

(Martin, David, 1987:625)

Adanya gangguan serotonin dapat menjadi penanda kerentanan terhadap

kekambuhan depresi. Kadar serotonin rendah didapat pada penderita yang agresif

dan bunuh diri (Bhagwagar 2002, Thase ME 2000, dalam Amir, N 2005).

Sementara jumlah yang meningkat diduga dapat menyebabkan tidur dan relaksasi.

Biosintesis katekolamin (Dopamine, Norepinephrine dan Epinephrine). (dr.

Rina Herowati, M.Si., Apt.; 2012)

1. Hidroksilasi

Pada tahap ini reaksi melibatkan konversi tirosin, oksigen dan

tetrahidrobiopterin menjadi dopa dan dihidrobiopterin. Reaksi ini dikatalisis

enzim tirosin hidroksilase dan bersifat ireversibel.

2. Dekarboksilasi

Pada tahap ini enzim dekarboksilase dopa akan mengkatalisis dekarboksilasi

dopa menghasilkan dopamin. Defisiensi enzim ini akan menyebabkan

penyakit Parkinson. Reaksi ini bersifat ireversibel. Kofaktor untuk reaksi ini

adalah PLP (pyridoxal phosphate). Pada sel yang mensekresi dopamin, jalur

neurotransmiter berakhir pada tahap ini.

3. Hidroksilasi

Reaksi ini dikatalisis oleh enzim dopamine =-hydroxylase. Reaktan meliputi

dopamine, O2 dan askorbat (vitamin C). Produknya adalah norepinephrine, air

dan dehidroaskorbat. Reaksi ini bersifat ireversibel. Produk dari sel

noradrenergik adalah norepinefrin dan jalurnya berakhir di sini.

4. Metilasi

Reaksi ini dikatalisis oleh feniletanolamin N-metiltransferase. Norepinefrin

dan Sadenosilmetionin (ado-Met) membentuk epinephrine dan S-adenosil

homosistein (ado-Hcy).

Metabolisme katekolamin (dr. Rina Herowati, M.Si., Apt.; 2012)

Metabolisme katekolamin merupakan reaksi yang kompleks. Enzim utama yang

terlibat dalam degradasi katekolamin adalah monoamine oxidase (MAO), yang

mendegradasi asam amino alifatis. MAO sendiri merupakan target penting dalam

pengembangan obat. Intermediat aldehid kemudian dioksidasi menjadi asam

karboksilat yang sesuai, atau direduksi menjadi alkohol. Monoamine oxidase

ditemukan terutama di membrane mitokondria, dalam bentuk isoenzim. Enzim

lain yang terlibat dalam biodegradasi katekolamin adalah catecholamine

Omethyltransferase (COMT), suatu enzim sitoplasma yang menggunakan S-

adenosyl.

Biosintesis Serotonin : (dr. Rina Herowati, M.Si., Apt.; 2012)

Serotonin didegradasi melalui dua reaksi : Oksidasi dan Dehidrogenasi Serotonin

disintesis di sistem saraf pusat dan sel kromafin dari asam amino Triptofan,

melalui dua tahapan reaksi:

1. Hidroksilasi.

Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah triptofan hidroksilase. Kofaktor

dalam reaksi ini adalah tetrahidrobiopterin, yang dikonversi menjadi

dihidrobiopterin.

2. Dekarboksilasi

Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah hidroksitriptofan dekarboksilase.

Klas Asam amino, contohnya : GABA, Glisin, glutamate

GABA (gamma amino butirat acid)

Disekresikan oleh ujung saraf dalam medulla spinalis, serebelum, ganglia basalis,

dan korteks. Bahan ini dianggap menyebabkan efek inhibisi. Jumlah GABA yang

menurun ditambah serotonin yang kurang berhubungan dengan tindakan

kekerasan dan agresifitas. Bila GABA dan serotonin meningkat diduga

berhubungan dengan perilaku pasif.

Klas Peptida, contohnya : endorfin, somatostatin, ACTH, enkefalin, substansi P,

neurotensin, dan lain-lain.

Enkefalin

Diduga disekresikan oleh ujung saraf di medulla spinalis, batang otak, thalamus,

dan hipotalamus. Bahan ini bekerja sebagai transmitter eksitasi yang merangsang

sistem lain untuk menghambat penjalaran rasa nyeri.

Endorfin

Zat ini semacam “morfin” di dalam otak, dan sering disebut sebagai opiat

endogen. Fungsinya sebagai penenang dan penghilang rasa sakit. Zat ini dapat

dilepaskan karena ada rasa nyeri, latihan relaksasi, latihan yang berat, dan makan

cabai yang sangat pedas.

Pelepasan Neurotransmiter

Neuron yang berakhir pada tonjolan sinapsis disebut neuron pre-sinapsis. Neuron

berikutnya yang membentuk sinapsis disebut neuron post-sinapsis. Bila impuls

sampai pada ujung neuron pre-sinapsis, maka vesikula sinapsis bergerak dan

melebur dengan membran neuron pre-sinapsis. Kemudian vesikula sinapsis akan

melepaskan neurotransmiter ke celah sinapsis

Neurotransmiter yang dikeluarkan oleh vesikula sinapsis kemudian berdifusi

melewati celah sinapsis dan menempel pada reseptor yang terdapat pada membran

neuron post-sinapsis. Menempelnya neurotransmiter pada reseptor menyebabkan

perubahan pada membran neuron post-sinapsis sehingga terjadilah potensial aksi

dan menimbulkan impuls pada neuron post-sinapsis.

Setelah impuls berpindah ke neuron post-sinapsis, maka neurotransmiter yang

menempel pada reseptor akan dilepaskan kembali ke celah sinapsis oleh enzim

deaktivasi yang dihasilkan oleh membran neuron post-sinaptik. Neurotransmiter

tsb bisa dalam bentuk utuh atau dalam keadaan terurai.

Neurotransmiter yang kembali berada di celah sinapsis ini akan diserap oleh

vesikula sinapsis untuk disimpan dan akan digunakan kembali dalam proses

penghantaran impuls berikutnya.

3. Potensial Membran

Potensial membran adalah perbedaan konsentrasi realatif kation dan anion pada sisi

yang berseberangan pada membran plasma yang menyebabkan sisi sitoplasmik

membran bermuatan negatif dibandingkan sisi ekstraseluler. Potensial membran

muncul karena adanya dua kekuatan yang saling berlawanan, yaitu kekuatan yang

muncul dari peristiwa difusi dan kekuatan dari tekanan elektrostatis.

DIFUSI

Dalam kondisi normal (tidak ada hambatan dalam peristiwa difusi), molekul-

molekul akan berdifusi dari bagian yang memiliki konsentrasi tinggi ke bagian

yang memilik konsentrasi rendah.

TEKANAN ELEKTROSTATIS

Bila kita mencairkan suatu substansi elektrolit dalam air, maka substansi tersebut

akan berpecah menjadi molekul-molekul (ion) yang mengandung muatan listrik

yang saling berlawanan. Ion positif disebut dengan cations dan ion negatif disebut

dengan anions. Partikel dengan muatan-muatan listrik yang sejenis akan saling

tolak menolak, sedangkan partikel dengan muatan-muatan listrik yang berlawanan

akan saling tarik menarik. Tarikan yang berulang-ulang antara cations dan anions

ini disebut dengan tekanan elektrostatis. Seperti halnya peristiwa difusi yang

menggerakkan molekul dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi rendah, maka

tekanan elektrostatis akan memindahkan cations dari daerah yang berlebihan ion

positif dan memindahkan anions dari daerah yang berlebihan ion negatif.

Membran sel dikelilingi oleh ion-ion listrik yang ditimbulkan oleh cairan-cairan kimia

disekitarnya. Cairan bagian dalam membran (intracellular fluid) terdiri dari:

Ion Natrium (sodium), pembawa muatan positif (Na+)

Ion Kalium (potassium), pembawa muatan positif (K+)

on Klorida, pembawa muatan negatif (Cl-)

Ion Protein/Organik, pembawa muatan negatif (An-)

Sedangkan cairan bagian luar membran (extracellular fluid) terdiri dari:

1011 Natrium (sodium), pembawa muatan positif (Na+)

Ion Kalium (potassium), pembawa muatan positif (K+)

Ion Klorida, pembawa muatan negatif (Cl-)

4. Potensial Aksi

Potensial aksi adalah peristiwa listrik yang terlokalisir yaitu depolarisasi membran

pada titik perangsangan yang spesifik. Potensial aksi tidak bergantung pada kekuatan

stimulus pendepolarisasi. Semakin besar diameter akson semakin cepat penghantaran

potensial aksi karena tahanan arus listrik berbanding terbalik dengan luas penampang

penghantar arus tersebut. Potensial aksi dibangkitkan ketika ion Natrium mengalir ke

dalam melintasi membran. Depolarisasi potensial pertama telah menyebar ke wilayah

bersebelahan pada membran tersebut, mendepolarisasi wilayah ini dan memulai

potensial aksi kedua. Pada lokasi potensial aksi pertama membran mengalami

repolarisasi ketika K+ mengalir keluar. Potensial aksi ketiga merambat secara

berurutan saat repolarisasi berlangsung. Melalui mekanisme ini aliran ion lokal

menembus membran plasma dan menghasilkan impuls saarf yang merambat

sepanjang akson tersebut. Saluran ion yang pembukaan gerbangnya diatur oleh

voltase yang menghasilkan potensial aksi hanya berkonsentrasi di sekitar nodus

Ranvier. Cairan ekstraseluler juga berhubungan dengan membran akson namun

melompat dari satu nodus ke nodus lain melewati daerah yang berinsulasi myelin

pada membran di antara nodus itu. Mekanisme ini disebut penghantaran bersalto

salvatory conduction.

DAFTAR PUSTAKA

Dr. Liza. Otak manusia, neurotransmiter , dan stress. Dinkes kab. Cirebon. 2010

Guyton and Hall. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. 1997. EGC Penerbit Buku Kedokteran.

Heryati, M.Kes, dr. Euis. Faizah R, M.Kes, dr. Nur. Diktat Kuliah Psikologi Faal.

http://File.Upi.Edu/Direktori/Fip/Jur._Pend._Luar_Biasa/197710132005012-

Euis_Heryati/Diktat_Kuliahx.Pdf. Diakses Tanggal 7 November 2013

Herowati, M.Si., Apt., dr. Rina, dkk. Bab VI : Neurotransmiter : Kegiatan Belajar I :

Pendahuluan Neurotransmiter. 2012; 6.2:6.6

Price SA, Wilson LM. Anatomi dan Fisiologi Sistem Saraf. In: Pendit BU, Hartanto H,

Wulansari P, Mahanani DA,Editors. Patofisiologi: Konsep Klinis Proses-Proses

Penyakit, 6th ed. Jakarta: EGC; 2005;p.1007.