DEPOLARISASI

DEPOLARISASI

POTENSIAL AKSI SEL

Pada sebuah sel yang dalam keadaan istirahat terdapat beda potensial di antara kedua sisi membrannya. Keadaan sel yang seperti ini disebut keadaan polarisasi. Bila sel yang dalam keadaan istirahat/polarisasi ini diberi rangsangan yang sesuai dan dengan level yang cukup maka sel tersebut akan berubah dari keadaan istirahat menuju ke keadaan aktif. Dalam keadaan aktif, potensial membran sel mengalami perubahan dari negatif di sisi dalam berubah menjadi positif di sisi dalam. Keadaan sel seperti ini disebut dalam keadaan depolarisasi. Depolarisasi ini dimulai dari suatu titik di permukaan membran sel dan merambat ke seluruh permukaan membran. Bila seluruh permukaan membran sudah bermuatan positif di sisi dalam, maka sel disebut dalam keadaan depolarisasi sempurna.

Setelah mengalami depolarisasi sempurna, sel selanjutnya melakukan repolarisasi. Dalam keadaan repolarisasi, potensial membran berubah dari positif di sisi dalam menuju kembali ke negatif di sisi dalam. Repolarisasi dimulai dari suatu titik dan merambat ke seluruh permukaan membran sel. Bila seluruh membran sel sudah bermuatan negatif di sisi dalam, maka dikatakan sel dalam keadaan istirahat atau keadaan polarisai kembali dan siap untuk menerima rangsangan berikutnya.

Aktivitas 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 negatif di sisi dalam berubah menjadi positif dan kemudian kembali lagi menjadi negatif. Perubahan ini menghasilkan suatu impuls tegangan yang disebut potensial aksi (action potential). Potensial aksi dari suatu sel akan dapat memicu aktivitas sel-sel lain yang ada di sekitarnya. Berikut ini akan diuraikan bagaimana proses terjadinya potensial aksi dari suatu sel yang semula dalam keadaan istirahat.

Kanal Sodium dan Potasium yang Terpicu-Tegangan (Voltage-Gated)

Yang berperan dalam proses depolarisasi maupun repolarisasi selama berlangsungnya potensial aksi adalah kanal-kanal sodium dan potasium yang terpicu-tegangan. Gambar 4 mengilustrasikan kanal terpicu tegangan tersebut.

Sebuah kanal (misalnya sodium) terpicu-tegangan mempunyai beberapa bagian fungsional. Salah satunya yaitu untuk menentukan selektivitas terhadap ion. Untuk kanal sodium, hanya dapat melewatkan ion sodium saja tidak untuk ion yang lain misalnya potasium. Bagian lainnya yaitu berfungsi sebagai gerbang (gate) yang dapat membuka atau menutup. Gerbang tersebut dikendalikan oleh sebuah sensor tegangan, yang menanggapi level potensial membran. Ada dua macam gerbang yaitu gerbang aktivasi dan gerbang inaktivasi. Ketika potensial membran normal yaitu -90 mV, gerbang inaktivasi terbuka tetapi gerbang aktivasi tertutup sehingga menghalangi masuknya ion sodium ke sisi dalam membran melalui kanal tersebut.

Bila karena sesuatu sebab potensial membran di sisi dalam berubah menjadi kurang negatif, yaitu manjadi sekitar antara -70 dan -50 mV, maka hal ini akan menyebabkan terjadinya perubahan konformasi dalam gerbang aktivasi, sehingga gerbang tersebut menjadi terbuka. Keadaan ini disebut keadaan teraktivasi, yang menaikkan permeabilitas membran terhadap ion sodium manjadi 500 sampai 5000 kali lipat, sehingga ion-ion sodium dapat dengan cepat masuk ke dalam sel melalui kanal ini. Masuknya ion sodium ke dalam sel melalui kanal sodium terpicu-tegangan ini menyebabkan kenaikan potensial membran dengan cepat dari -90 mV menjadi  +35 mV.

Kenaikan potensial membran sel tersebut menyebabkan gerbang inaktivasi yang semula terbuka menjadi tertutup. Penutupan ini terjadi sekitar 0,1 ms setelah terbukanya gerbang aktivasi. Berbeda dengan gerbang aktivasi yang membuka dengan cepat, gerbang inaktivasi ini menutup secara lambat. Tertutupnya gerbang inaktivasi mengakibatkan ion sodium tidak lagi dapat mengalir ke dalam sel melalui kanal ini, sehingga potensial membran berubah menuju ke keadaan istirahat. Proses ini disebut repolarisasi.

Gerbang inaktivasi yang tertutup tersebut akan tetap tertutup sampai potensial membran kembali ke atau mendekati level potensial istirahat. Oleh karena itu, biasanya kanal sodium terpicu-tegangan tidak dapat terbuka kembali sebelum sel kembali ke keadaan repolarisasi terlebih dahulu.

Dalam otot jantung, disamping kanal sodium terpicu-tegangan terdapat juga kanal kalsium-sodium terpicu-tegangan yang juga ikut berperan dalam proses depolarisasi. Kanal ini permeabel terhadap ion kalsium maupun sodium. Jika kanal ini terbuka maka ion-ion kalsium dan sodium dapat mengalir ke dalam sel. Kanal ini teraktivasi dengan lambat, yaitu memerlukan waktu 10 sampai 20 kali lebih lama dibanding kanal sodium terpicu-tegangan. Oleh karena itu kanal ini disebut sebagai kanal lambat, sedang kanal sodium disebut kanal cepat. Terbukanya kanal kalsium-sodium memungkinkan ion kalsium masuk ke dalam sel. Karena ion kalsium bermuatan positif, maka masuknya ion ini ke dalam sel mengakibatkan perpanjangan proses depolarisasi, atau dengan kata lain terjadi penundaan proses repolarisasi.

Dalam proses repolarisasi, yang juga ikut berperan adalah kanal kalsium terpicu-tegangan. Dalam keadaan istirahat, gerbang kanal ini tertutup sehingga ion potasium tidak dapat mengalir melalui kanal ini. Pada saat potensial membran naik dari -90 mV menuju nol, pada kanal ini terjadi pembukaan konformasi gerbang sehingga ion potasium dapat mengalir keluar sel melalui kanal ini. Akan tetapi, karena adanya sedikit penundaan (delay), kanal potasium ini terbuka pada saat yang bersamaan dengan mulai tertutupnya kanal sodium. Kombinasi antara berkurangnya ion sodium yang masuk ke dalam sel dan bertambahnya ion potasium yang keluar sel mengakibatkan peningkatan kecepatan proses repolarisasi menuju potensial membran istirahat.

Perubahan-perubahan potensial membran mulai keadaan istirahat, depolarisasi, repolarisasi, dan kembali istrahat diperlihatkan dalam Gambar 5. Perubahan potensial tersebut berupa impuls yang disebut potensial aksi sel. Ada lima fase dalam potensial aksi tersebut yaitu fase 4, 0, 1, 2, dan 3. Fase 4 adalah fase istirahat sel.

Fase 0 adalah fase pada saat kanal sodium terpicu-tegangan (kanal cepat) terbuka sehingga ion-ion sodium dengan cepat masuk ke dalam sel. Fase 1 adalah fase pada saat kanal potasium mulai membuka (dengan lambat). Fase 2 adalah kombinasi fase menutupnya kanal sodium terpicu-tegangan, membukanya kanal kalsium-sodium terpicu-tegangan (kanal lambat), dan membukanya kanal potasium terpicu-tegangan. Fase ini disebut plateau. Fase 3 adalah fase kombinasi menutupnya kanal-kanal sodium dan kalsium-sodium terpicu-tegangan serta membukanya kanal potasium terpicu-tegangan. Selanjutnya sel kembali ke fase 4, yaitu fase Pompa Na⁺-K⁺.