SYARAF Gamaliel Septian Airlanda
Tujuan Mahasiswa dapat mengetahui bentuk fisik dan mekanisme molekuler yang terjadi dalam neuron beserta fungsinya dalam menghantarkan informasi
Struktur dan Fungsi Neuron • Neuron atau Sel Syaraf: sel yang sensitif terhadap rangsang elektrik serta berperan menghantarkan informasi dengan mengkombinasikan sinyal kimia dan elektrik.
• Fungsi Neuron: 1. 2. 3. 4.
Membangun system syaraf dalam tubuh organisme Mengumpulkan dan memproses informasi Menganalisis informasi Melakukan kontrol terhadap respon organisme dari rangsangan
1. Soma / badan sel : sebagai pusat metabolism sel syaraf 2. Dendrit : Perpanjangan soma yang bercabang-cabang. Berfungsi menerima rangsang atau sinyal dari neuron lain 3. Akson / Serabut Syaraf : bagian sel syaraf yang memandu sinyal menjauhi soma untuk diteruskan ke neuron lain. Akson dapat berukuran sangat panjang dan memiliki mekanisme dengan ketepatan tinggi untuk membawa informasi dengan jarak yang cukup jauh. Contohnya: Serabut syaraf pada otot
4. Selubung Myelin : pelindung axon berfungsi mencegah muatan listrik keluar masuk tidak beraturan sehingga sinyal dapat berjalan secara cepat dan efisien
5. Terminal Axon / Terminal Buttons : Serabut Syaraf atau axon yang terbagi menjadi banyak cabang serta berhubungan dengan neuron lain, kelenjar atau serabut otot Dendrit dan axon berkembang dari soma (badan sel) selama masa perkembangan embrio. Seluruh kehidupan neuron ditopang oleh proses sintesis dan transport protein pada soma
Struktur Internal Neuron
Organisasi Neuron • Berdasarkan Jumlah Axonnya 1. Unipolar : Satu batang axon yang dibagi langsung ke cabangcabang axon (Terminal Axon)
2. Bipolar : satu axon dan satu dendrit
3. Multipolar : satu axon dan banyak cabang dendrit
UNIPOLAR
BIPOLAR
• Berdasarkan Fungsinya 1. Neuron Sensoris : mengirimkan informasi dari stimulus eksternal (suara, cahaya, tekanan atau sinyal kimia) atau informasi dari respon internal seperti: tingkat oksigen terlarut dalam darah, posisi sendi atau letak kepala. Stimulus tersebut akan diteruskan ke otak
2. Neuron Motoris : membawa sinyal ke arah otot / organ, menyebabkan kontaksi otot atau sekresi pada kelenjar tertentu
3. Interneurons : membawa sinyal dari neuron satu ke neuron yang lain tanpa koordinasi dengan system syaraf pusat
Pengelompokan Sistem Syaraf 1. Central Nervous System/CNS (Sistem Syaraf Pusat) • Sistem syaraf yang berguna mengolah informasi. Secara umum hewan memiliki Otak yang terletak di kepala dengan nerve cord/spinal cord yang merupakan perpanjangan CNS, terletak di bagian belakang tepat di tengah sumbu tubuh.
2. Peripheral Nervous System/PNS (Sistem Syaraf Tepi) • Sistem syaraf yang mengatur gerak otot atau organ secara sadar maupun tidak sadar
Komponen Pendukung Nervous System 1. Neuroglia/glial cell : sel pengisi celah antar neuron yang berfungsi sebagai kontrol suplai nutrisi serta terlibat dalam proses fagositosis. Neuroglia terdiri dari: a) Astrosit : transport nutrisi ke neuron b) Microglia : terlibat dalam fagositosis c) Oligodendroglia : membentuk selubung myelin pada axon CNS
d) Schwann cell : membentuk selubung myelin pda axon PNS
Percobaan Luigi Galvani Percobaan dilakukan dengan menggunakan otot kaki katak. Sampai pada kesimpulan bahwa setiap – hewan memiliki perbedaan potensial elektrik sel yang dapat direspon dengan adanya potensial aksi.
Luigi Galvani
“ Animal electricity Electrical “fluid” passed through metal rods from muscle to nerve;
(1791)
” Carlo
Matteucci
discharge from muscle caused contraction
Demonstrated that excitable tissues produce electric current
(1840)
Percobaan dengan Microelektroda :
Downward deflection = Negative inside potential
Isopotential
Entire potential difference between inside / outside localized to plasma membrane
( -
20
to
-
100
mv
)
a) Tidak ada perbedaan potensial listrik yang terekam mikroelektrode ketika semuanya terendam dalam larutan garam
b) Ketika tip mikroelektroda masuk dalam membrane plasma neuron, seketika terekam reaksi negative pada layar osiloskop
Keterangan: Hal ini terjadi karena ketika elektoda belum masuk, membrane sel masih mampu mempertahankan muatan di dalam dan di luar sel. Namun, ketika elektroda merusak lipid bilayer dan masuk ke cytosol, elektroda tersebut menyerap muatan negative yang ada di dalam sel dan muatan negative dalam larutan garam masuk melalui celah membrane yang rusak. Dapat disimpulkan bahwa keadaan di dalam sel menjadi sangat negatif
Transport Membran yang Terjadi Pada Sistem Syaraf
Transport Melalui Ion Channels 1. Ligand Gated Respon terbuka atau tertutup jika berikatan dengan senyawa ligand seperti Acetylcholine (Ach)
2.
Voltage Gated Respon terbuka atau tertutup jika terjadi perubahan potensial listrik. Potensial aksi terjadi ketika membrane plasma mengalami depolarisasi.
3. Channel Ca2+ Ca2+ terbawa pada saat depolarisasi hampir bersamaan dengan masuknya Na+ ke dalam sel. Fungsinya:
a. Perambatan sinyal elektris sel b. Berperan sebagai messenger intraseluler sebagai pemicu reaksi yang ada di dalam sel, seperti: pelepasan neurotrasmiter dan kontraksi otot
• Channel Ca2+ memiliki struktur yang hampir sama dengan channel Na+. Hanya Channel ini tersusun atas protein besar transmembrane (protein alpha). Protein ini berikatan dengan protein transmembrane lain yang lebih kecil.
• Ikatan dengan kompleks protein inilah yang menyebabkan channel Ca2+ berjalan cukup lambat dibandingkan Na+
Contoh Kerja Ion Channels Pada Axon Channel
Karakteristik
Fungsi
Leak Channel (Terbuka pada saat axon tidak menghantarkan impuls)
Memproduksi banyak K
Memperbesar respon potensial istirahat Vrest
Voltage gated Na+ Channel
Aktif ketika axon depolarisasi dan tidak aktif hanya jika Vm mulai menurun
Meningkatkan potensial aksi
Voltage gated Ca2+ Channel
Aktif ketika axon depolarisasi namun lebih lama dari Na+
Membuat depolarisasi yang cukup lambat untuk memasukkan ion Ca2+
Voltage gated K+ Channel
Aktif ketika axon depolarisasi Mengadakan repolarisasi dan tidak sepenuhnya inaktif dengan cepat dengan potensial ketika Vm menurun. Lebih aksi lama dari Na+
Sifat Sinyal Syaraf • Graded response terjadi jika sinyal yang diterima bervariasi. Terjadi pada neuron sensoris
• All or None Signal terjadi jika sinyal yang disalurkan tidak bervariasi. Terjadi pada interneuron atau neuron motoris.
Potensial Membran Mempengaruhi Jalannya Sinyal • Potensial Membran adalah perbedaan konsentrasi ion di dalam dan di luar sel syaraf. Batas normal potensial membrane: -70mV (fase istirahat), batas ambang potensial istirahat -50 sampai -55mV
Resting Membrane Potential (RMP) • RMP adalah perbedaan voltase antara membrane axon di dalam dan di luar • Ion Na+ memiliki konsentrasi yang tinggi di luar sel, sedangkan ion K+ memiliki konsentrasi yang tinggi di dalam sel
• Pada saat istirahat beberapa ion K+ meninggalkan sel, menyebabkan membrane axon di luar relatif lebih banyak muatan positif dibandingkan di dalam.
Elektris Pasif Pada Membran Syaraf • Kedua sisi extra dan intra cell merupakan elektroda yang mengalirkan muatan.
• Lipid bilayer adalah penyekat
(resistor) yang menghalangi muatan berpindah dengan
• Ion channels menjadi bagian
selektif sebagai penyeimbang muatan di dalam dan di luar sel
Ketiga prinsip inilah yang menjadi dasar perhitungan resistensi membrane
Resistensi Membran Syaraf • Resistensi membrane adalah batas kemampuan membrane untuk tidak memasukkan ions dari luar sel ke dalam sel atau sebaliknya. Dapat dihitung dengan:
∆Vm = ∆ I x Rin Ket: ∆Vm = perubahan potensial membrane (volts), ∆ I = perubahan arus listrik (ampere), Rin = Hambatan dalam (Ohm)
Kapasitas Membrane Syaraf • Kapasitas membrane adalah kemampuan membrane dalam memasukkan ion melewati lipid bilayer. Kemampuan membrane tidak lebih dari 10 pangkat minus 8 kali rata-rata kecepatan difusi. Kesimpulannya bahwa ion yang dapat melewati lipid bilayer jumlahnya dapat diabaikan karena sangat sedikit sekali.
Potensial Elektrokimia • Potensial elektrokimia adalah proses perpindahan muatan melalui membrane plasma. Dapat terjadi jika: 1. Perbedaan konsentrasi ion di dalam dan di luar sel 2. Ion channel yang menjadi jembatan selektif permiabel sel 3. Konbinasi perbedaan potensial membrane dengan elektrik pasif
Percobaan Pembuktian Potensial Elektrokimia • Dalam sebuah wadah terdapat 0,o1 M KCl
• Diberikan pembatas ion selektif permiabel. Pembatas ini hanya dapat dilewati oleh K+ bukan Cl-
• Net flux ion K+ adalah 0 karena konsentrasi keduanya sama. Hal ini sejalan dengan potensial membrane juga 0
• Perlakuannya dengan menambahkan konsentrasi KCl sebanyak 0,1 M
• Kelebihan K+ dalam kompartemen I ke kompartemen II
• Terjadi ketidakseimbangan antara kompartemen 1 dan 2 akibat pertambahan K+
• Equilibrium potensial elektrokimia dipertahankan dengan keadaan kompartemen 2 yang tetap lebih positif daripada kompatrtemen 1
• Tidak ada pergerakan Cl- yang melewati membrane selektif
Percobaan di atas menjelaskan tentang Steady State, bagaimana sel syaraf berada dalam posisi equilibrium dengan komponen ion positif maupun negative berbeda antara dalam dan luar sel
