Biolistrik :

• Kegiatan/ pristiwa listrik yg terjadi pada sel hidup.

• Terjadi akibat adanya perbedaan (kadar / muatan) ion di dalam dan luar sel.

• Perbedaan kadar/muatan ion membentuk potensial membran

Faktor-Faktor yang mempengaruhi Potensial Membran

• Perbedaan konsentrasi ion-ion antara di dalam sel dan di luar sel

• Permeabilitas ion terhadap membran sel

Pengukuran Potensial Listrik Membran

• Kegiatan listrik sel berlangsung sangat cepat! Diperlukan alat yang canggih!!

Tujuannya : • Bisa mendeteksi aliran listrik yang sangat kecil (miliVolt)

• Bisa mendeteksi kecepatan listrik yang lebih kecil dari detik. (miliSecond)

Peralatan canggih yang dipakai mengukur pristiwa Potensial aksi membran

• Osiloskop Sinar Katoda

• Amplifier

• Elektroda pencatat jenis logam dan mikro pipet kaca

Elektroda pencatat jenis logam dan mikro pipet kaca

Permeabilitas Membran

• Selektif permiabel (semi permiabel)

• Ion lewat melalui saluran ion

• Dua tipe saluran ion– Saluran ion tak bergerbang– Saluran ion bergerbang

• Gerbang voltase

• Gerbang ligan

• Gerbang lainnya

JENIS-JENIS SALURAN ION

1. SALURAN ION YANG PEMBUKAAN DAN PENUTUPANNYA DIATUR OLEH VOLTASE (SALURAN Ca PADA TERMINAL AKSON).

2. SALURAN ION YANG PEMBUKAAN DAN PENUTUPANNYA DIATUR OLEH LIGAN EKSTRASELULER (NEUROTRANSMITTER).

3. SALURAN ION YANG PEMBUKAAN DAN PENUTUPANNYA DIATUR OLEH LIGAN INTRASELULER (ION ATAU NUKLEOTIDA).

4. SALURAN ION YANG PEMBUKAAN DAN PENUTUPANNYA DIATUR SECARA MEKANIS (STRESS MEKANIS).

BEBERAPA KELUARGA SALURAN ION

KELUARGA PERWAKILAN ANGGOTA

SALURAN ION YANG DIATUR OLEH VOLTASE

SALURAN Na+ YANG DIATUR OLEH VOLTASE

SALURAN K+ YANG DIATUR OLEH VOLTASE

SALURAN Ca2+ YANG DIATUR OLEH VOLTASE

SALURAN ION YANG DIATUR OLEH TRANSMITTER

SALURAN KATION YANG DIATUR OLEH ASETILKOLIN

SALURAN KATION YANG DIATUR OLEH SEROTONIN

SALURAN KATION YANG DIATUR OLEH GLUTAMAT

SALURAN Cl- YANG DIATUR OLEH GABA

SALURAN Cl- YANG DIATUR OLEH GLISIN

Saluran Na Begerbang yang Di Aktifkan Ligan

Voltage Gated Na Chanel

POMPA Na -K

Laju perpindahan ion dapat dicari dengan Persamaan Nernst

Potensial Nernst

• Nilai potensial diantara kedua sisi membran yang mencegah difusi bersih suatu ion

EMF (milivolt) = +/- 58 log kons.dlm/kons.luar

Ionic Environments of the Membrane

Preparation Ion

Concentration (mM) RatioExtracellular/Intracellular

Veq (mV)

Intracellular

Extracellular

Squid axon(3) (Vr = -70

mV)

K+ 400 20 0.05 -75.5

Na+ 50 440 8.80 +54.8

Cl- 40 560 14.00 -66.5

Ca2+ 0.4 10 -- --

Mg2+ 10 54 -- --

organic anions

110 -- --

Potensial Nernst

• VX = (-58/z) log10( [X]inside / [X]outside ) • Dengan memasukkan nilai K+, didapatkan: • VK+ = (-58/+1) log10 (400/20) = -58 log10 (20) = -75.5

mV. • Jadi, K+ akan berada pada keseimbangan elektrokimia pada

perbandingan kadar 20/1 (CIS/CES), bila CIS negatif 75.5 mV dibandingkan CES.

• Pada potensial kurang negatif dari potensial keseimbangan ini, K+ akan bergerak ke luar sel; pada potensial yang lebih negatif dari potensial keseimbangan ini, K+ akan masuk ke dalam sel.

Untuk Na dan Cl

VNa+ = (-58/+1) log10 (50/440)

     = +58 log10 (440/50)

     = +58 log10 (8.8) = +54.8 mV

VCl- = (-58/-1) log10 (40/560)

     = -58 log10 (560/40)

     = -58 log10 (14) = -66.5 mV

Potensial Nernst

Faktor – faktor yang mempengaruhi difusi antar membran

1. Muatan listrik masing-masing ion.

2. Permeabilitas membran.

3. Konsentrasi ion-ion di sisi dalam maupun luar membran

Mambran sel Istirahat/ dalam keadaan tampa rangsangan.

• Dalam keadaan Polarisasi.

• Muatan + pada luar sel dan muatan – di dalam sel.

Potensial Aksi

• Rangsangan pada sel peka rangsang = perubahan permeabilitas membran

• Terjadi depolarisasi bila ion positif dari CES masuk ke CIS• Terjadi hiperpolarisasi bila ion positif yang pindah dari CIS

ke CES berkurang dari keadaan istirahat atau ion negatif dari CES masuk ke CIS

• Depolarisasi yang mencapai nilai ambang rangsang, gerbang aktivasi saluran Na cepat (Fast Voltage gated Na Chanel) terbuka, gerbang inaktivasi mulai menutup dan gerbang saluran K mulai membuka => Potensial aksi (tahap depolarisa)

• Gerbang inaktivasi Na tertutup, gebang saluran K terbuka, tahap repolarisasi potensial aksi

POTENSIAL MEMBRAN

Pembentukan Potensial AksiPeriode laten depolarisasi repolarisasi

Hiperpolarisasi kemudian

Rangsangan dapat berupa :

• Listrik

• Kimia

• Suhu

• Mekanik

• Osmotik

Sekema Potensial Aksi- Repolarisasi

RangsanganKanal Na+ terbuka (Gerbang voltase)

Permeabilitas terhadap Na+ naik => Na+ masuk

Dalam sel +Luar sel –(depolarisasi)

Potensial AksiPintu Na+ tertutup

Pintu Kterbuka

Kalium keluar

Muatan luar sellKembali + , di dlm – lagi(repolarisasi)

Siap utkdirangsang

Gambaran grafik Potensial Aksi :

+35

0

-55

-70

Rangsangan

periode laten

Fase Fase

Overshoot

Ambang letup/Firing level

Depolarisasi kemudian

Hiperpolarisasikemudian

mV

1

2

3

1 – 2 = refrakter absolut

2 – 3 = refrakter relatif

Skema Grafik Potensial Aksi

Rangsangan Priode laten

Perubahan cepat 90mVMelewati 0 mencapai ke +anDengan puncaknya + 35mV Overshoot.

Potensial perlahanMencapai –55mV

Penurunan lebih lambat/depolarisasi kemudian

Hiperpolarisasi kemudianSiap dirangsang lagi.

+ 15mV/Ambang letup

Potensial MeningkatHingga –70mV

Syarat terjadinya Potensial Aksi :

• Untuk terjadi PA, rangsangan harus mencapai nilai ambang (threshold) / tingkat letup (firing level) => All.

• Kalau Tidak

• Jadi PA tunduk pada hukum ‘All or none’

Depolarisasi yang tidak Mencapai nilai ambang

Menghilang, dikalahkanProses repolarisasi(Akomodasi)

PA tidak terjadi.

=> none

• Ambang kekuatan rangsangan punya hubungan dengan lamanya rangsangan!

• Kekuatan rangsangan yang lemah perlu waktu > lama utk menghasilkan jawaban sinyal.

• Bila lama/kekuatan rangsangan tidak mencapai ambang batas letup, PA tidak akan terjadi.

Akomodasi

Jenis Rangsangan

• Rangsangan Subminimal

• Rangsangan Minimal

• Rangsangan Submaksimal

• Rangsangan Maksimal

• Rangsangan Supramaksimal

Sumasi rangsangan subminimal

Rangsangan subminimal(dibawah ambang)

+ Rangsangan subminimal lain

Membran sel

Repolarisasi

Tidak sempaithreshold

Mencapai perlahanTitik threshold

Potensial Aksi

Sumasi temporal => rangsangan subminimal lain, dari satu sumber dengan waktu yang diperpendek dari satu rangsangan ke rangsangan lainnya

Sumasi spasial => rangsangan subminimal lain,dari sumber lain dalam waktu yang bersamaan

Energi untuk terjadinya pristiwa potensial aksi

• Perbedaan potensial membran• Perbedaan konsentrasi Na, K, Cl, Ca antara

bag. luar dan dalam membran saraf

Potensial aksi tidak memerlukan energi ATP.

ATP diperlukan untuk kerja pompa Na-K, pompa Na-Ca.

Jaringan yang peka rangsangan

• Saraf dan cabang-cabangnya

• OtotLurik

Jantung

Polos

Potensial Aksi dengan Plateau

Terjadi pada otot : Jantung

Otot polos ureter

Otot polos uterus

•Kanal Na cepat•Kanal Ca yang lambat•Kanal K yang terakhir aktif

Aktif pada perubahanVoltase tertentu.

Potensial membranNormalnya –90mV

Grafik PA dengan Plateau

+20

0

-90

waktu

mV

Fase 0

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Fase 4

Proses PA dengan Plateu

• Fase 0 : depolarisasi cepat & overshoot krn aktivasi kanal Na+ yg cepat.

• Fase 1 : repolarisasi cepat, Kanal Na+ inaktif & adanya influks Cl/Sal K+cepat terbuka

• Fase 2 : Plateau yg lama, terbuka kanal Ca+ yg lambat (influk Ca+), Sal K+cepat tertutup, sal K+ lambat mulai terbuka (efluks K)

• Fase 3 : Kanal Ca tetutup & Kanal K makin terbuka, repolarisasi agak lambat.

• Kembali ke potensial istirahat.

Potensial Aksi menjadi Cetusan impuls saraf

Depolarisasi berlangsung

Muatan luar selmenjadi negatifpada titik itu

Menarik muatan +di titik baru disebelahnyake titik yang - tadi

Terjadi perubahanPotensial di titik baru Yang diambil muatan + nya Pintu Na di

Titik baru terbuka(depolarisasi lagi)

Rambatan depolarisasi Impuls saraf

Ritmisitas / automatisitas

• Terjadinya potensial aksi dengan sendirinya tampa adanya rangsangan dari luar.

Membran selalu permiabel terhadap Na+, Ca+2, kurang permiabel terhadap K+ => depolarisasi bergerak ke arah ambang letup

Otot jantung, otot licin, saraf di SSP(MO)

Periode Refrakter

• Pada serat saraf yang mudah/ sudah dirangsang tidak dapat terjadi potensial aksi baru selama membran dalam keadaan depolarisasi akibat potensial aksi sebelumnya.

Periode refrakter

Absolut

Relatif

Tidak dapatdirangsang

Dapat dirangsangDengan rangsanganLebih besar

Skema periode Refrakter

Dalam waktu singkat sesudah PA mulai timbul Saluran Na inaktif/tertutup

Sinyal rangsangan

Kanal Na tetap tidak terbuka

Tunggu sampai kembalinyaPotensial Membran Mendekati ambang letup

StandbyRefrakter relatif

R.Absolut