POTENSIAL LISTRIK MEMBRAN
A. SEL Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam ar biologis. Semua fungsi kehidupan diatur diatur dan berlangsung di dalam sel. Pada pertemuan yang lalu telah dijelaskan ciri-ciri sel hidup yaitu sebagai berikut. Adanya interaksi interaksi ion dal sel tersebut. Terorganisasi erorganisasi baik secara makro maupun mikro. Arnya mempunyai jalur-jalur biokimia masing-masing untuk memberikan energy. empunyai empunyai struktur dan fungsi yang masing-masing berbeda. !apat menyerap energi dari lingkungan untuk tumbuh dan melakukan kerja kimia dan mekanis. !apat memproduksi diri sendiri secara turun temurun dan berulang kali yang biasa dikenal sebagai !"A yang berfungsi member informasi genek. !"A adalah kumpulan senya#a kimia yang membentuk struktur tertentu menjadi sel yaitu sel !"A. Salah satu bagian sel adalah membran sel yang memiliki ketebalan ketebalan antara $ sampai %& nm 'nanometer( berupa selaput pis dan membatasi isi sel dengan lingkungan di sekelilingnya. sekelilingnya. embran tersusun atas lapisan lipoprotein 'gabungan 'gabungan antara lemak dan protein pada membran sel darah merah) $&*lemak-$&* protein(. embran sel memiliki beberapa fungsi) antara lain yaitu+ Sebagai pembungkus isi sel dan membentuk sistem endomembran di dalam sel. enyediakan enyediakan selaput atau penghalang yang bersifat selekf permeabel. embran sel berfungsi untuk menyaring masuknya masuknya ,at-,at ke dalam sel sehingga dak semua ,at dapat menembus membran sel. Sebagai sarana transpor larutan dari dan ke dalam sel. embran sel berfungsi dalam membantu memasukkan dan mengeluarkan senya#a senya#a tertentu dari dan ke dalam sel. erespons terhadap sinyal dari luar. luar. Pada membran sel terdapat protein integral yang berfungsi sebagai reseptor untuk menerima sinyal dari lingkungan sel. ntuk interaksi interseluler. Protein - protein membran sel dan glikoprotein sebagai perantara sel untuk berinteraksi berinteraksi dengan sel lain atau dengan lingkungan luarnya. Tempat ak/itas biokimia#i. 0eberapa reaksi kimia dikatalisis oleh protein integral membran yang berfungsi sebagai katalisator. 1.
ntuk transduksi transduksi energi.
engatur masuknya masuknya bahan-bahan ke dalam sel dan keluarnya keluarnya ,at-,at tertentu dari dalam sel.
0erndak sebagai receptor. isal terhadap ,at kimia dan hormon. 0erbagai macam cara membrane sel untuk mele#atkan molekul-molekul yang dibutuhkan oleh sel adalah dengan cara sebagai berikut + !ifusi adalah peris#a penyebaran molekul ,at terlarut dari larutan yang berkonsentrasi nggi ke larutan yang konsentrasinya rendah. 2smosis adalah perpindahan molekul ,at pelarut 'air( dari larutan yang berkonsentrasi rendah menuju ke larutan yang berkonsentrasi nggi melalui membrane semipermiabel. Transpor Akf terdiri atas 3 cara yaitu symport 'memba#a dua molekul kea rah yang searah() anport 'memba#a dua molekul kea rah yang berla#anan() uniport 'transport pemba#a satu molekul kea rah yang searah(. Endositosis adalah masuknya ,at ke dalam sel sebagai akibat melekuknya membran sel sehingga ,at tersebut terjebak di dalam sel atau terbungkus oleh membrane sel. 0ila ,at yang masuk adalah ,at padat disebut fagositosis) dan apabila ,at yang masuk adalah ,at cair maka disebut pinositosis. Pada pertemuan terakhir diajarakan bah#a sel dapat ma disebabkan radiasi dan rangsangan lain. 4al tersebut menyebabkan dak adanya ak5tas sel karena listrik ma pada sel. Ak5tas listrik tersebut ma sebab dak adanya pertukaran ion-ionnya seper pada proses terjadinya potensial listrik. 0.
062ELE7T8679062L6ST867
0ioelektrik adalah ilmu yang mempelajari tentang potensial listrik pada organ tubuh. Pada biolistrik ada dua aspek yang memegang peranan penng yaitu) kelistrikan dan kemagnetan yang mbul pada tubuh manusia) serta penggunaan listrik dan magnet pada permukaan tubuh manusia. 7elistrikan pada tubuh berkaitan dengan komposisi ion yang terdapat dalam tubuh. 7omposisi ion ekstra sel berbeda dengan komposisi ion intra sel. Pada ekstra sel lebih banyak ion "a dan :l;) sedangkan intra sel terdapat ion h dan anion protein. 0ioelektrik juga merupakan fenomena sel. Sel-sel mampu menghasilkan potensial listrik yang merupakan lapisan pis muatan posif pada permukaan luar dan lapisan pis muatan nega/e pada permukaan dalam bidang batas9membran. 7emampuan sel syaraf 'neurons( menghantarkan isyarat biolistrik sangat penng. 0eberapa hukum 5sika yang mendasari biolistrik adalah sebagaimana berikut+ 7onduktansi dalam tubuh yang disebabkan adanya hambatan pula dalam tubuh. <=%98 4ukum 7ircho> '6(
?6=&
'66(
?@-?68=&
4ukum oule B = &);C6;8t 6=kuat arus'ampere(D B=Energi listrik'oule(D 8=hambatan '2hm(D t=#aktu'sekon(. 4ukum 2hm menggambarkan hubungan antara parameter+ E = 86 atau 6 =
P2TE"S6AL 6ST68A4AT %.%.P2TE"S6AL 6ST68A4AT !A" PE8A0ATA""A !alam keadaan israhat) antara sisi dalam dan luar membran sel terdapat suatu beda potensial yang disebut dengan potensial israhat sel 'cell resng potenal(. Potensial ini berpolaritas negaf di sisi
dalam dan posif di sisi luar membran sel. 0erikut ini akan diuraikan bagaimana terjadinya potensial israhat sel tersebut. !alam keadaan israhat) di sisi dalam dan luar membran sel sama-sama terdapat ion-ion potasium dan sodium) tetapi dengan konsentrasi yang berbeda.
!ifusi ion-ion potasium dan sodium menembus membran sel akan mempengaruhi potensial di sisi dalam dan luar membran sel. ntuk melihat pengaruh kedua jenis ion tersebut pada potensial membran sel) akan dilihat pengaruh masing-masing jenis ion tersebut secara sendiri-sendiri terlebih dahulu) setelah itu baru diperhitungkan interaksi keduanya secara bersamaan. ntuk itu akan dilihat terlebih dahulu pengaruh difusi ion potasium. isalkan membran sel hanya permeabel terhadap ion potasium. 7arena konsentrasi ion potasium lebih nggi di sisi dalam sel maka menurut 4ukum Gick untuk difusi) ion potasium akan bergerak menembus keluar membran sel.
arus driR sama dengan besarnya arus difusi(. 7eadaan sembang ini akan menghasilkan beda potensial antara kedua sisi membran bernilai konstan. 0esarnya beda potensial membran pada saat dicapai kesembangan dapat diperoleh dengan menyamakan Persamaan % dengan Persamaan ; dan dengan mengingat 4ubungan Einstein 'Einstein 8elaonship(+ k = konstansta 0olt,mann = %)3 O %&-;3 97) T = suhu absolut '7() dan = muatan elementer = %)U&; O %&-%V :. !ari kega persamaan di atas) kalau diselesaikan untuk mendapatkan beda potensial membran maka akan diperoleh suatu pernyataan matemas yang diberikan dalam Persamaan C) dan dikenal dengan Persamaan "ernst. !ari persamaan tersebut terlihat bah#a besarnya beda potensial bergantung pada besarnya perbandingan konsentrasi ion potasium antara sisi dalam dan sisi luar membran sel. ntuk komposisi ion potasium seper dalam Tabel % dan suhu tubuh 3%& 7 '31o:() maka diperoleh potensial membran sekitar -VC mN 'sisi dalam lebih negaf dibanding sisi luar membran(. !alam kenyataannya) yang mempengaruhi nilai potensial membran dak hanya ion potasium saja) tetapi juga ion sodium. Pengaruh ion sodium pada potensial membran dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan "ernst. ika dimisalkan hanya terdapat ion sodium saja) maka akan diperoleh potensial membran sebesar U% mN. 6on potasium dan ion sodium secara serentak mempengaruhi besarnya potensial membran sel. eskipun demikian) pengaruh keduanya bukan merupakan penjumlahan secara langsung kedua potensial membran yang diperoleh secara sendiri-sendiri tersebut. ntuk jenis ion lebih dari satu) ada parameter lain yang juga berpengaruh pada besarnya potensial membran sel) yaitu perbedaan permeabilitas membran terhadap masing-masing ion. Permeabilitas membran sel terhadap ion potasium jauh lebih besar 'sekitar %&& kali( dibandingkan permeabilitas terhadap ion sodium. 4al ini mengakibatkan pengaruh ion potasium lebih dominan dibandingkan ion sodium. 6nteraksi kedua jenis ion ini dalam menghasilkan potensial membran dinyatakan dalam persamaan
%.;.PE8SAAA" LA6""A Pada resng potensial 6c 'arus kapasitansi( bernilai tetap atau 6c=&) maka+ 6:= : dN9dt D 6"a='N-E"a(<"a = 'N-E"a(98 D 67='N-Ek(
P2TE"S6AL A7S6 !A" PE8A0ATA""A ;.% P2TE"S6AL A7S6 Pada sebuah sel yang dalam keadaan israhat terdapat beda potensial di antara kedua sisi membrannya. 7eadaan sel yang seper ini disebut keadaan polarisasi. 0ila sel yang dalam keadaan israhat9polarisasi ini diberi rangsangan yang sesuai dan dengan le/el yang cukup maka sel tersebut akan berubah dari keadaan israhat menuju ke keadaan akf. !alam keadaan akf) potensial membran sel mengalami perubahan dari negaf di sisi dalam berubah menjadi posif di sisi dalam. 7eadaan sel seper ini disebut dalam keadaan depolarisasi. !epolarisasi ini dimulai dari suatu k di permukaan membran sel dan merambat ke seluruh permukaan membran. 0ila seluruh permukaan membran sudah bermuatan posif di sisi dalam) maka sel disebut dalam keadaan depolarisasi sempurna. Setelah mengalami depolarisasi sempurna) sel selanjutnya melakukan repolarisasi. !alam keadaan repolarisasi) potensial membran berubah dari posif di sisi dalam menuju kembali ke negaf di sisi dalam. 8epolarisasi dimulai dari suatu k dan merambat ke seluruh permukaan membran sel. 0ila seluruh membran sel sudah bermuatan negaf di sisi dalam) maka dikatakan sel dalam keadaan israhat atau keadaan polarisai kembali dan siap untuk menerima rangsangan berikutnya. Ak/itas sel dari keadaan polarisasi menjadi depolarisasi dan kemudian kembali ke polarisasi lagi disertai dengan terjadinya perubahan-perubahan pada potensial membran sel. Perubahan tersebut adalah dari negaf di sisi dalam berubah menjadi posif dan kemudian kembali lagi menjadi negaf. Perubahan ini menghasilkan suatu impuls tegangan yang disebut potensial aksi 'acon potenal(. Potensial aksi dari suatu sel akan dapat memicu ak/itas sel-sel lain yang ada di sekitarnya. 0erikut ini akan diuraikan bagaimana proses terjadinya potensial aksi dari suatu sel yang semula dalam keadaan israhat. 7anal Sodium dan Potasium yang Terpicu-Tegangan 'Noltage-
mele#atkan ion sodium saja dak untuk ion yang lain misalnya potasium. 0agian lainnya yaitu berfungsi sebagai gerbang 'gate( yang dapat membuka atau menutup.
Perubahan-perubahan potensial membran mulai keadaan israhat) depolarisasi) repolarisasi) dan kembali istrahat diperlihatkan dalam
;.; PE8A0ATA" P2TE"S6AL A7S6 Perambatan potensial aksi yaitu membran saraf mendapat rangsangan mencapai nilai ambang sehingga mbul potensial aksi kemudian merangsang daerah sekitarnya untuki mencapai nilai ambang dengan perambatan potensial aksi atau gelombang depolarisasi kemudian membran mengalami repolarisasi. Potensial aksi terjadi apabila suatu daerah membrane saraf atau otot mendapat rangsangan mencapai nilai ambang. Potensial aksi itu sendiri mempunyai kemampuan untuk merangsang daerah sekitar sel membrane untuk mencapai aksi kesegala jurusan sel membrane) keadaan ini disebut perambatan potensial aksi atau gelombang depolarisasi. Terdapat dua cara perambatan potensial aksi+ '%( hantaran oleh aliran arus lokal pada serat dak bermielin) dalam hal ini potensial aksi menyebar di sepanjang seap bagian membranD dan ';( hantaran saltatorik yang lebih cepat di serat bermielin) yaitu impuls melompa bagian-bagian saraf yang ditutup oleh insulator mielin. Pompa "a - 7 secara bertahap memulihkan ion-ion yang berpindah selama perambatan potensial aksi ke lokasi semula untuk mempertahankan gradien konsentrasi. 0agian membran yang baru saja dile#a oleh potensial aksi dak mungkin dirangsang kembali sampai bagian tersebut pulih dari periode refrakternya. Periode refrakter memaskan perambatan satu arah potensial aksi menjauhi tempat pengakfan semula. P2TE"S6AL L6ST867 !i dalam membrane sel) terdapat ion-ion posif dan ion-ion negaf. ika ion-ion atau muatan tersebut masing-masing berkumpul menyebabkan adanya perbedaan konsentrasi pada membrane sel. Perbedaan tersebut menyebabkan pula adanya medan listrik yang ditandai adanya muatan-muatan listrik dari muatannya) dengan E= -d/9dO. 4al itulah yang mendasari adanya potensial listrik yang disebabkan adanya muatan tersebut. Potensial listrik adalah usaha untuk memba#a muatan dari tak terhingga ke
k tertentu. Sehingga menyebabkan adanya arus listrik yang disebabkan adanya muatan yang bergerak bebas) dengan 6= d9dt. 0esaran yang menyatakan perbedaan potensial listrik adalah beda potensial. 0eda potensial dari sebuah muatan uji W yang dipindahkan ke jarak tak berhingga dengan usaha B adalah !imana N adalah potensial listrik dengan satuan /olt 'N(. 0eda potensial dari suatu muatan listrik di suatu k di sekitar muatan tersebut dinyatakan sebagai potensial mutlak atau biasa disebut potensial listrik saja. Potensial listrik dari suatu muatan listrik di suatu k berjarak r dari muatan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut !ari persamaan di atas tampak bah#a potensial listrik dapat dinyatakan dalam bentuk kuat medan listrik) yaitu N=Er 0erbeda dengan gaya listrik dan kuat medan listrik) potensial listrik merupakan besaran skalar yang dak memiliki arah. Potensial listrik yang dimbulkan oleh beberapa muatan sumber dihitung meng gunakan penjumlahan aljabar. ntuk n muatan) potensial listriknya dituliskan sebagai berikut. :atatan+ tanda '( dan '( dari muatan perlu diperhitungkan dalam perhitungan potensial listrik. 6:82S42:7 ikroshock dide5nisikan sebagai ngkat rendah arus listrik diterapkan langsung ke jaringan miokard. Sengatan listrik kecil yang dihasilkan dari arus yang telah mele#a langsung ke jaringan jantung dari elektroda dengan jumlah sangat kecil arus menyebabkan 5brilasi /entrikel dan kemaan dengan tegangan serendah &)&$& Nolt dengan arus yang me ngalir langsung melalui miokardium elektrik sensi/e dengan batas aman %& mA. ikrosyok tersebut berlaku untuk semua kasus dimana elektroda atau kateter terletak dekat atau di dalam ha) misalnya mondar-mandir pada elektroda atau kateter tekanan pemantauan. $. A:82S42:7 akroshock merupakan kejutan dari sebuah arus listrik dari % mA atau lebih selama dua bidang kulit utuh) yang dapat menyebabkan 5brilasi /entrikel. Arus %-%$ mA menghasilkan sensasi kesemutan dan beberapa kontraksi otot) mereka %$-%&& mA dapat menyebabkan sengatan yang menyakitkan) mereka dari %&& ke ;&& mA dapat menyebabkan 5brilasi jantung atau pernapasan) dan orang-orang ;&& di atas dapat menghasilkan pembakaran mA cepat dan kerusakan jaringan. !alam medis makroshock merupakan efek dari eksposisi tubuh untuk arus listrik) yang dapat menyebabkan listrik dan kemaan dan merupakan penyebab medis yang paling umum dari efek listrik. 4al ini digunakan secara teratur dalam elektro5siologi dan bioteknologi. Sumber macroshock adalah sebagai berikut. 7ontak langsung dengan sasis alat listrik
!irancang dengan buruk) atau rusak elektro5siologinya peralatan Per eleleh kekuatan kabel !EG6086LAT28 !e5brilator merupakan suatu alat pemulihan atau pengobatan bagi pasien yang menderita kelainan pada aritmia jantung) 5brilasi /entrikel) dan melemahnya sinyal tekanantachycardia pada dinding /entrikel. Proses ini disebut de5brilasi. !e5brilasi adalah suatucara penganan pasien dengan memberikan dosis terapi energi listrik ke jantung denganperangkat yang disebut de5brillator. !e5brilator bekerja dengan cara memancarkan arus listrik sebesar kurang lebih U Adengan frekuensi sekitar U& 4, untuk dapat menembus dada pasien sehingga dapatmenjangkau otot-otot jantung yang selanjutnya akan dismulus oleh arus listrik yangdihasilkan de5brillator tadi. Setelah arus yang dialirkan melalui dada pasien) arus tersebutakan mengkoreksi atrial 5brilasi dengan kata lain arus dari de5brillator tersebutmensmulus otot-otot jantung sehingga jantung akan berkontraksi dan dapat menormalkankembali aritmia jantung.!e5brilator bekerja dengan menangkap sinyal E7< dari elektroda) menjalankanalgoritma E7<-analisis untuk mengiden5kasi shockable irama) dan memberikan masukankepada operator tentang apakah de5brilasi diperlukan. Sebuah de5brilator dasarmengandung listrik tegangan nggi) penyimpanan kapasitor) induktor opsional danelektroda pasien.. Pada !e5brilator) koneksi yang menghubungkan antara de/ice de5brillator dantubuh manusia nmerupakan sebuah elektroda. Elektroda yang digunakan sama denganelektroda yang ada pada E:< biasanya) yaitu memakai plat logam yang dapatmenghantarkan arus listrik. Elektroda tersebut ditempelkan pada dada pasien) untukselanjutnya dipantau sinyal jantungnya. Setelah ada tanda kelainan pada aritmia jantung)maka elektroda tadi diberi gel lalu ditempelkan ke dada pasien yang selanjutnya diinjeksikanarus listrik agar jantung bekerja normal setelah otot-otot jantung dismulus olehde5brillator tadi. Agar Listrik dari de5brilator dapat mengalir melalui tubuh) makaparamedic harus menghilangkan arfak'noise9gangguan pada kulit( menggunakan suatu gelelektrolit yang berfungsi menyalurkan arus dari alat ke dada pasien.
Potensial membran 'bahasa 6nggris+ membrane potenal) XY( adalah beda potensial elektrik antara dinding sebelah luar dan sebelah dalam dari suatu membran sel yang berkisar dari sekitar -$& hingga -;&& mili/olt 'tanda minus menunjukkan bah#a di dalam sel bersifat negaf dibandingkan dengan di luarnya(.F%H Semua sel memiliki tegangan melintasi membran plasmanya) di mana tegangan ialah energi potensial listrik-pemisahan muatan yang berla#anan.F%H Sitoplasma sel bermuatan negaf dibandingkan dengan Zuida ekstraseluler disebabkan oleh distribusi anion dan kaon pada sisi membran yang
berla#anan yang dak sama.F%H Potensial membran berndak seper baterai) suatu sumber energi yang memengaruhi lalulintas semua substansi bermuatan yang melintasi membran.F%H 7arena di dalam sel itu negaf dibandingkan dengan di luarnya) potensial membran ni mendukung transpor pasif kaon ke dalam sel dan anion ke luar sel.F%H !engan demikian) dua gaya menggerakkan difusi ion melintasi suatu membran+ gaya kimia#i 'gradien konsntrasi ion( dan gaya listrik 'pengaruh potensial membran pada pergerakan ion(.F%H 7ombinasi kedua gaya yang bekerja pada satu ion ini disebut gradien elektrokimia#i. F%H Perubahan lingkungan dapat memengaruhi potensial membran dan sel itu sendiri) sebagai conthnya) depolarisasi dari membran plasma diduga memicu apoptosis 'kemaan sel yang terprogram(F;H
