Tugas Personal ke-1 (Minggu 2, Sesi 3) Potensial Istirahat/Resting Potential Potensial membran istirahat adalah hasil dari pergerakan beberapa ion yang berbeda melalui berbagai saluran ion dan transporter (uniporter, cotransporter, dan pompa) di membran plasma. Gerakan-gerakan ini menghasilkan muatan elektrostatik yang berbeda melintasi membran sel. Neuron dan sel otot dapat dirangsang sedemikian rupa sehingga jenis sel ini dapat bertransisi dari keadaan istirahat ke keadaan tereksitasi. Potensial membran istirahat sel didefinisikan sebagai perbedaan potensial listrik melintasi membran plasma ketika sel dalam keadaan tidak tereksitasi. Secara sederhana, perbedaan potensial listrik melintasi membran sel dinyatakan oleh nilainya di dalam sel relative terhadap lingkungan ekstraseluler. Ada beberapa ion penting yang berkontribusi pada potensial istirahat, dimana natrium (Na+) dan kalium (K+) memberikan pengaruh dominan. Berbagai protein intraseluler bermuatan negatif dan fosfat organik yang tidak dapat melewati membran sel juga berkontribusi. Dalam mempelejari mekanisme potensial membrane istirahat ini kita harus memahami bahwa pada neuron terdapat 3 aspek listrik, diantaranya adalah: 1. Tegangan Dimana tegangan dihasilkan oleh perbedaan potensial listrik akibat muatan ion yang berbeda. 2. Arus Aliran listrik yag dihasilkan akibat tegangan 3. Hambatan Sesuatu yang menghalangi aliran arus Neuron bertukar pesan melalui elektrokimia. Ini berarti bahwa ada berbagai zat kimia atau ion di dalam dan di luar neuron dimana ketika ion tersebut masuk ke dalam atau keluar sel saraf akan menimbulkan sinyal listrik yang berbeda atau bisa disebut tegangan. SCIE6057 – Chemistry and Biology Figure 1. Resting Potential https://jackwestin.com/resources/mcat-co 1 Tegangan dalam neuron dihasilkan akibat perbedaan konsentrasi ion, dimana ion positif lebih banyak di luar sel (ekstraseluler), sedangkan ion negative lebih banyak berada didalam sel (intraseluler). Ion yang berada pada intraselular maupun ekstraselular selalu berusaha bergerak untuk keluar maupun kedalam. Dalam pergerakan tersebut terdapat membrane sel yang menghambat pergerakan ion-ion tersebut, oleh sebab itu terdapat dua jenis transport dalam proses pemindahan/pergerakan ion-ion tersebut, diantaranya: 1. active transport Dimana pada active transport tersebut terdapat sodium potassium pump yang berfungsi untuk memindahkan 3 buah sodium (Na+) dari intraseluler ke daerah ekstraseluler dan mentransfer 2 buah potassium (K+) dari ekstraseluler ke intraseluler. 2. Passive Transport Pada passive transport terdapat ion channel, dimana ion channel ini berbentuk seperti pipa sehingga ion potassium dapat berdifusi dari daerah intraseluler ke daerah ekstraseluler melalui ion channel ini. Maka dapat disimpulkan 1 siklus active dan passive transport bahwa 3 buah sodium (Na+) dan 1 buah potassium (K+) ke daerah ekstraseluler. Sedangkan yang ke daerah intraseluler adalah 2 buah potassium (K+). Hal ini menyebabkan daerah ekstraseluler lebih bermuatan positif dibandingkan daerah intraseluler, dari hal tersebut maka mengakibatkan adanya potential difference. Siklus passive dan active transport ini akan terus berulang hingga potential difference pada daerah intraseluler maupun ekstraseluler sebesar -70mV. SCIE6057 – Chemistry and Biology Potential difference 70 mV ini lah yang disebut potential membrane istirahat/resting potential. Untuk memahami bagaimana potensial membran istirahat dihasilkan dan mengapa nilainya negatif, sangat penting untuk memiliki pemahaman tentang potensial kesetimbangan, permeabilitas, dan pompa ion. Permeabilitas mengacu pada kemampuan ion untuk melintasi membran, dan berbanding lurus dengan jumlah total saluran terbuka untuk ion tertentu dalam membran. Membran permeabel terhadap K+ saat istirahat, karena banyak saluran terbuka. Dalam sel normal, permeabilitas Na+ adalah sekitar 5% dari permeabilitas K+ atau bahkan kurang, sedangkan potensial kesetimbangan masing-masing adalah +60 mV untuk natrium (Na) dan 90 mV untuk kalium (K). Dengan demikian, potensial membran tidak akan tepat pada ion K, melainkan terdepolarisasi (nilai lebih positif) dari ion Ka. Dengan demikian, potensial istirahat sel akan menjadi sekitar -73 mV. Potensi kesetimbangan dihitung menggunakan persamaan Nernst: Em = 𝑅𝑇 𝑧𝐹 * log([ion di luar sel]/[ion di dalam sel]). Em = potensial kesetimbangan membran R = konstanta gas = 8.314472 J · K-1 T = suhu (Kelvin) F = Konstanta Faraday = 9,65 x 104 C mol-1 SCIE6057 – Chemistry and Biology Z akan menjadi 1 untuk ion monovalen seperti K+, dan 2 untuk ion divalen seperti Ca2+ dan seterusnya. Jadi persamaannya adalah: RT/F dapat disederhanakan menjadi 61,5 pada suhu tubuh normal. Dalam keadaan istirahat, membran plasma memiliki sedikit permeabilitas terhadap Na+ dan K+. Namun, permeabilitas K+ jauh lebih besar karena adanya saluran kebocoran K+ yang tertanam dalam membran plasma, yangmemungkinkan K+ berdifusi keluar dari sel menuruni gradien elektrokimianya. Karena peningkatan permeabilitas ini, K+ mendekati kesetimbangan elektrokimia, dan potensial membran mendekati potensial kesetimbangan K+ yaitu -90 mV. Membran sel saat istirahat memiliki permeabilitas yang sangat rendah terhadap Na+, yang berarti Na+ jauh dari kesetimbangan elektrokimia dan potensial membran jauh dari potensial kesetimbangan Na+ yaitu +65 mV Semua sel di dalam tubuh memiliki potensial membran istirahat yang khas tergantung pada jenis selnya. Namun, yang paling penting adalah neuron dan tiga jenis sel otot: polos, rangka, dan jantung. Oleh karena itu, potensi membran istirahat sangat penting untuk berfungsinya sistem saraf dan otot. Baik pembangkitan dan pemeliharaan potensial membran istirahat sangat penting dalam sel-sel yang dapat dirangsang (neuron dan otot). Kondisi yang mengubah potensial membran istirahat sel-sel ini dapat berdampak besar pada fungsinya yang tepat. Misalnya, hipokalemia adalah keadaan di mana jumlah K+ dalam darah lebih rendah dari normal. Akibatnya, ada peningkatan gradien konsentrasi yang mendukung fluks K+ keluar sel. Hal ini menyebabkan hiperpolarisasi sel, dan membutuhkan stimulus yang lebih besar untuk mencapai potensial aksi. Hal ini menyebabkan potensi yang lebih negatif pada otot jantung sebagai akibat dari pemulihan inaktivasi saluran natrium. Kadar kalium yang rendah menyebabkan repolarisasi ventrikel yang tertunda, yang dapat menyebabkan aritmia reentrant. Peningkatan kadar kalium menyebabkan depolarisasi membran sel. Depolarisasi ini menonaktifkan saluran natrium, yang meningkatkan periode refrakter (dan dapat menyebabkan aritmia besar, misalnya). Abnormalitas elektrolit mayor dapat menyebabkan spasme otot otot rangka, disritmia otot jantung, dan kejang neuron SSP. Elanza Khaeladien 2502126996 SCIE6057 – Chemistry and Biology Referensi: 1. https://www.britannica.com/science/resting-potential 2. Enyedi P, Czirják G. Molecular background of leak K+ currents: two-pore domain potassium channels. Physiol. Rev. 2010 Apr;90(2):559-605 3. https://jackwestin.com/resources/mcat-co 1 4. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2018.00974/full 5. https://id.thpanorama.com/articles/neurociencia/qu-es-el-potencial-demembrana-en-reposo.html 6. https://socratic.org/questions/why-is-the-resting-potential-of-a-cell-70mvand-not-70mv 7. https://ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-6-human-physiology/65neurons-and-synapses/resting-potential.html SCIE6057 – Chemistry and Biology