Bab Konduksi Neural danTransmisi Sinapsis

Bab
KonduksiNeuraldanTransmisi
Sinapsis

A. Potensial Membran Neuron
B. Potensial Generator Neuron
C. Transmisi Sinapsis: Transmisi Kimia Berdasarkan Sinyal-sinyal dari Neuron yang Satu
ke Neuron yang Lain
1. Struktur Sinapsis
2. Mekanisme Transmisi Sinapsis
a. Small-molecule Neurotransmitter
b. Large-molecule Neurotransmitter
D. Neurotransmitter
E. Pengaruh Obat-obatan Terhadap Transmisi Sinapsis
1. Mekanisme Efek Obat-obatan Agonistik
2. Mekanisme Efek Obat-obatan Antagonistik
3. Beberapa Contoh Efek Agonistik dan Antagonistik
F. Perbedaan Konduksi Neural dan Trasmisi Sinapsis

Neuron berkc)Jnunikasi melalui aktivitaseltiktrik (dengah bantuan iQmionpositij dan
negatij yang terkal1dung di dalam dan di lUilr membrart sel) sertarnelalui aktivitas

kirniawi (dengan bantuah subsJ(lnsi neurQir4hsmitter). Dalam bab ini ak(lft dibahas
mengenai bagail11ahan~UrQhyang $atudengilfl neuron yang laih dflj3atberkQmunik(lsi
dan menjalankanjLifrgsinY4 dalam sistel11$amjmanusiCl;

27

Kunci dalam mempelajari fungsi saraf adalah dengan memahami potensial membran sel.
Perbedaan potensiallistrik (potensial aksi) yang muncul di bagian dalam membran dan di
bagian luar membran akan menyebabkan stimulus yang diterima oleh saraf sensoris akan
diteruskan ke sel saraf yang lain dan diterjemahkan dalam suatu perilaku.
A.

POTENS/AL MEMBRAN NEURON

Untuk memahami bagaimana munculnya potensial aksi, kita harus lebih dahulu memahami
penyebab munculnya potensial membran neuron. Potensial membran muncul karena adanya
dua kekuatan yang saling berlawanan, yaitu kekuatan yang muncul dari peristiwadifusi dan
kekuatan dari tekanan elektrostatis
1)

DIFUSI

Peristiwa difusi dapat kita pahami melalui percobaan berikut; bila kita memasukkan
sesendok gula dalam segelas air, tanpa mengaduknya, maka dalam beberapa waktu gula akan
larut tetapi tetap akan berada dekat dengan dasar gelas. Bila larutan tersebut kita diamkan
untuk beberapa hari, maka molekul-molekul gula dalam larutan tersebut akan tersebar merata
dalam cairan meskipun tidak ada yang mengaduknya.
Dalam kondisi normal (tidak ada hambatan dalam peristiwa difusi), molekul-molekul
akan berdifusi dari bagian yang memiliki konsentrasi tinggi ke bagian yang memiliki
konsentrasi rendah.

,t ;

. .
..~..::~....
.

~ '-;. .~ :..: ~-:::?

.:.:.:.~~...

\o.4J:-.~~\..

Peristi wa Difusi menekan molekul gula dari
da6rah yang memiliki konsentrasi tinggi ke
daerah yang memiliki konsentrasi rendah

. ..;t:~~t}'r;.I>.::'

Gambar 3.1. Peristiwa Difusi. Kekuatan difusi menggerakkan molekul gula ke seluruh
bagian gelas dari bagian konsentrasi tinggi ke bagian konsentrasi rendah
(Carlson, 1992)
28

2) TEKANAN ELEKTROSTATIS
Bila kita mencairkan suatu substansi elektrolit dalam air, maka substansi tersebut akan
berpecah menjadi molekul-molekul (ion) yang mengandung muatan listrik yang saling
berlawanan. Ion positif disebut dengan cations dan ion negatif disebut dengan anions (untuk
memudahkan dalam mengingat, makaanions bisa diasosiasikan dengan asosial, asusila yang
berarti tidak, sehingga mengingatkan kita pada hal-hal yang negatif).
Partikel dengan muatan-muatan listrik yang sejenis akan saling tolak menolak, sedangkan

partikel dengan muatan-muatan listrik yang berlawanan akan saling tarik menarik (lihat
gambar 3.2.). Tarikan yang berulang-ulang antara cations dan anions ini disebut dengan
tekanan elektrostatis.
Seperti halnya peristiwa difusi yang menggerakkan molekul dari konsentrasi yang tinggi
ke konsentrasi rendah, maka tekanan elektrostatis akan memindahkan cations dari daerah
yang berlebihan ion positif dan memindahkan anions dari daerah yang berlebihan ion negatif.

(C)

I

ANIONS

1

" ..-

I

ANIONS

I

Gambar 3.2. (A) Gaya tarik antara cations dan anions; (B) gaya penolakan antara
cations dan cations; (C) gaya penolakan antara anions dan anions

Berdasarkan pengetahuan tentang difusi dan tekanan elektrostatis di atas, maka akan
dimulai usaha untuk memahami potensiallistrik yang dimiliki oleh membran sel saraf yang
berasal dari cairan kimia pembawa ion-ion positif dan ion-ion negatif.
Membran sel dikelilingi oleh ion-ion listrik yang ditimbulkan oleh cairan-cairan kimia
disekitarnya. Cairan bagian dalam membran (intracellular fluid) terdiri dari:
Ion Natrium (sodium), pembawa muatan positif (Na+)

·
·
·

Ion Kalium (potassium), pembawa muatan positif (K+)

Ion Klorida, pembawa muatan negatif (Cl-)

Ion Protein/Organik, pembawa muatan negatif (An-)
29

Sedangkan cairan bagian luar membran (extracellular fluid) terdiri dari:

·
··

1011Natrium (sodium), p~mbawa muatan positif (Na+)
Ion Kalium (potassium), pembawa muatan positif (K+)
Ion Klorida, pembawa muatan negatif (Cl-)

Ion protein tidak terdapat di bagian luar membran karena partikelnya terlalu besar untuk
dapat melalui membran sel yang sifatnya semipermeable.
Membran potensial dihasilkan oleh keseimbangan antara difusi ion-ion positif dan
negatif, oleh karena itu kita pelu memahami konsentrasi ion-ion yang terdapat dalam
intracellular fluid maupun extracellular fluid.
Bila tidak ada stimulus yang diterima oleh saraf (membran berada dalam kondisi
tenang), ion K+ yang berada di dalam membran sel memiliki konsentrasi lebih tinggi, yaitu
30x jumlah ion K+ yang berada di luar membran. Konsentrasi ion protein (An-) juga lebih

tinggi konsentrasinya di dalam membran sel. Dalam kondisi tenang tersebut, bagian luar sel
memiliki konsentrasi ion Cl- dan Na+ yang lebih tinggi, untuk ion Na+ konsentrasinya lOx
lebih besar daripada jumlah ion Na+ yang berada di dalam membran sel.
Dalam kondisi tenang, terdapat perbedaan potensial sebesar -70 mV (milivolt), hal
tersebut menunjukkan bahwa potensiallistrik di dalam membran lebih rendah sekitar 70m V
daripada potensial listrik di luar membran. Berdasarkan kenyataan tersebut, maka dalam
kondisi tenang, muatan positif memenuhi bagian luar membran sel, dan muatan negatif
memenuhi bagian dalam sel dengan kekuatan yang sarna besar sehingga tidak terjadi
perbedaan potensial (neuron berada dalam kondisipolarisasi). Lihat Gambar 3.3.
Aliranarus

1

-+ +

Cl-

+++

*.~t

Cl-

Gambar 3.3. Membran Potensial da/am Kondisi Tenang (Noback, 1978)
Ion protein partikelnya terlalu besar untuk dapat melalui membran sel, sehingga ia akan
selalu tetap berada di dalam membran. Ion K+ terkonsentrasi di dalam Inembran tetapi
peristiwa difusi mendorongnya keluar (ke bagian yang konsentrasinya lebih rendah), tetapi
bagian luar membran bermuatan positif (Iihat Gambar 3.3. di atas), sehingga terjadi
penolakan terhadap difusi ion K+keluar membran, dengan kata lain tekanan elektrostatis
menahan ion K+ untuk berdifusi keluar membran.
30

Ion klorida (Cn terkonsentrasi di bagian luar membran. Peristiwa difusi menekan ion Cluntuk masuk ke dalam membran yang memiliki konsentrasi Cl- lebih rendah. tetapi bagian
dalam membran bermuatan negatif (lihat Gambar 3.3. di atas), sehingga ada tekanan
elektrostatis yang menahan ion Cl- untuk berdifusi ke dalam membran. Sehingga ada dua
kekuatan sarna besar yang saling menyeimbangkan.
Ion natrium (Na+)juga banyak terkonsentrasi di bagian luar membran, iajuga terpengaruh
oleh peristiwa difusi, tetapi tidak seperti Cl-, Na+ tidak mampu ditahan oleh tekanan
elektrostatis karena bagian dalam sel yang bermuatan negatif akan saling tarik menarik
dengan ion natrium yang positif. Bila Na+ mampu untuk berdifusi ke dalam membran dan

terdorong untuk masuk ke dalam membran karena tekanan elektrostatis, lalu mengapa
konsentrasi Na+ di luar membran tetap lebih tinggi?
Penjelasan dapat dilakukan melalui peristiwapemompaan sodium-potassium. Peristiwa
pemompaan sodium potassium dimulai dari dinding membran yang pemiable terhadap Na+.
Tetapi pada saat yang sarna, kekuatan dari pemompaan sodium-potassium akan memompa N a+
keluar dan menukar Na+ yang keluar dengan K+yang masuk dengan perbandingan 3 banding
2. Yaitu setiap 3 ion sodium (Na+) yang keluar akan ditukar dengan 2 ion pottasium (K+) yang
masuk. Peristiwa tersebut akan menjaga keseimbangan konsentrasi ion Na+ tetap lebih tinggi
dibagian luar daripada di bagian dalam, dan konsentrasi ion K+ lebih tinggi di bagian dalam
daripada di bagian luar. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar 3.4. di bawah ini

Gambar
B.

3.4. Efek dari Peristiwa Pemompaan Sodium - Potassium (Carlson, 1992)

POTENSIAL GENERA TOR NEURON

Pada peristiwa pemompaan sodium-potassium, membran sel tetap menjaga permebailitasnya
meskipun Na+dan K+dapat melaluinya. Apa yang akan terjadi apabila terdapat suatu keadaan

dimana membran menjadi sangat mudah dilalui Na+? Kekuataan elektrostatis dan dorongan
difusi akan mendorong Na+masuk ke dalam membran, otomatis keseimbangan ion positif di
31

---

---

luar membran dan negatif di dalam membran akan terganggu dan kondisi potensial membran
akan berubah menjadi potensial generator (memiliki tenaga pembangkit/generator untuk
meneruskan impuls).
Pada peristiwa potensial generator, ion Na+ yang masuk ke dalam membran akan
mengurangijumlah ion positif di luar membran dan menambahjumlah ion positif di dalam
membran, akibatnya bagian luar membran akan bermuatan negatif (karena ion Na+ yang
masuk sangat banyak) dan bagian dalam membran akan bermuatan positif. Oleh karena itu
bagian sarafyang mengalami potensial generator (tempat impuls timbul) akan bermuatan
negatif.
Dalam kondisi potensial generator tersebut, potensiallistrik di dalam membran yang
semula sebesar-70m V berubah menjadi +50mV. Ambangperbedaan potensial antara bagian
dalam membran dan luar membran yang mampu menimbulkan nilai lucutan aliran aksi

adalah kurang dari - 5,5mV. Berkurangnya perbedaan potensial antara di luar membran dan
di dalam membran disebut dengan peristiwa depolarisasi.
Setelah mencapai ambang batas, membran yang semula sangat permiable akan kembali
pada kondisi semula, dimana ia akan sangat selektif terhadap Na+yang akan masuk tetapi
agak lebih longgar terhadap K+yang keluar dan Cl- yang masuk sehingga akan tercapai
kondisi membran tenang, dimana bagian luar membran bermuatan positif dan bagian dalam
membran bermuatan negatif. Kondisi ini akan tercapai dalam waktu 1 sampai 2 milidetik
setelah terjadi potensial generator dan disebut dengan peri ode refrakter mutlak (absolute
refractory period). Pada periode ini stimulasi yang sebesar apapun tak akan mampu
menimbulkan potensial generator.
Periode refrakter mutlak akan diikuti oleh peri ode refrakter relatif (relative refractory
period), yaitu keadaan dimana serabut saraf dapat kembali distimulasi tetapi hanya dengan
stimulasi yang yang lebih tinggi dari tingkat stimulasi normal yang mampu menimbulkan
impuls (lebih besar dari nilai ambang axon).
Periode refrakter memegang peranan penting dalam karakteristik aktivitas neuron,
yangpertama adalah peranannyadalam aliran aksi. Adanya periode refraktermenyebabkan
aliran aksi hanya dapat berlangsung searah karena bagian yang ditinggalkan (dalam
kondisi refrakter mutlak) tidak dapat distimulasi kembali, kecuali bila terjadi hal-hal yang
luar biasa. Kedua, peranan peri ode refrakter adalah dalam laju/kecepatan aliran aksi.
lntensitas stimulasi yang besar akan menambah laju aliran karena setelah peri ode refrakter
mutlak terjadi, aliran dapat tetap diteruskan pada periode refrakter relatif. Tetapi intensitas
stimulus yang rendah baru dapat diteruskan apabila periode refrakter mutlak dan periode
refrakter relatif sudah tercapai.
Potensial aksi akan mengalirkan aliran aksi (aliran listrik) yang dapat meneruskan
impuls yang diterima oleh bagian saraf tersebut ke bagian saraf yang lain dan sifatnya
irreversible (tidak dapat berbalik arah), kecuali dalam kondisi tidak normal (lihat gambar
3.5).

32

SUMBER STIMULUS

~

-~ - --

+ + + + + + +

+ + + + + + + + +

B

A

.

arah aUran aksi

Pada bagian ini muatan (-)

Muatan (+) B banyak pindah
ke A, sehingga B kelebihan
muatan (-). Oleh karena itu
muatan positif disebelah B
pindah ke B. dan seterusnya.

Tempat stimulus timbul
(sumber stimulus) bermuatan negatif sehingga
muatan positif di tempat ini
ber):1indah.dan akhirnya di
A kebanyakan muatan negatiL Untuk menseimbangkannya.muatanpositif
di B berpindah ke A

diluar membran bertambah
karena Na+ banyak yang
masuk dan K+ yang keluar
terhambat oleh permeabilitas
membran yang tidak berada
dalam kondisi normal akibat
adanya stimulus

Gambar

3.5. Aliran Aksi

Seperti dikatakan tadi, aliran aksi sifatnya searah, kecuali terdapat kondisi khusus. Oleh
karena itu aliran aksi atau potensial aksi ini terdiri dad 2 macam aliran (lihat Gambar 3.8), yaitu:
1.
2.

Aliran Bifasis, yaitu terjadinya dua aliran yang arahnya saling bertentangan
Aliran Monofasis, hanya terjadi satu arah aliran.

SUMBER STIMULUS

rusak
-----(A)

+ + + + + + +

++++++

A
./

------

(B)

-

B

./

"-

+++++++

+ + + + + +

+++++++

A

.
Gambar

/'

"-

"'-/

B

arah aUran aksi

3.6. (A) Aliran Bifasis; (B) Aliran Monofasis

33

Pada serabut saraf yang diselubungi oleh myelin, impuls hanya dapat timbul di Nodes
of Ranvier sehingga alirannya terjadi secara meloncat-Ioncat (saltatoris). Kondisi tersebut
menyebabkan hantaran impuls berlangsung lebih cepat lagi.

Kecepatan hantaran sebanding dengan tebal axon. Hal tersebut menunjukkan bahwa
semakin tebal axon, semakin cepat impuls dihantarkan.
Pad a saat terjadi stimulus, neuron umumnya mengeluarkan cairan kimia yang disebut
dengan neurotransmitter yang berdifusi disekitar celah-celah sinapsis dan berinteraksi
dengan molekul reseptordi membran sel tujuan. Pengaruh neurotransmitter akan menimbulkan
dua macam peristiwa tergantung dari struktur neurotransmitter dan reseptor penerimanya.
Peristiwa tersebut adalah:
a)

Depolarisasi, yaitu potensial membran menurun (contohnya dari -70mV menjadi 67mV), sarna seperti peristiwa depolarisasi di atas yang menimbulkan potensial aksi.
Dalam peristiwa dt'?polarisasi ini, axon beradadalam periode supernormal (nilai ambang
turun sehingga stimulasi yang tidak begitu kuat dapat menimbulkan impuls). Kondisi ini
disebut dengan Potensial Susulan Negatif (negative after potential/excitatory postsynaptic potentials). Lihat gambar 3.7.

- 65
-70
Milidetik
Stimulus

Gambar

3.7. Depolarisasi (Pinel, 1992}

b) Hyperpolarisasi, yaitu potensial membran meningkat (misalnya dari -70mV menjadi 72mV). Dalam peristiwa hyperpolarisasi ini axon berada dalam periode subnormal!
periode nisbi (nilai ambang naik, sehingga stimulasi harus lebih kuat lagi agar dapat
menimbulkan impuls). Kondisi ini disebut dengan Potensial Susulan Positif (positive
after potential/inhibitory postsynaptic potentials). Lihat gambar 3.8.

34

- 65
-70
I

I

.

t

I

I

I

I

Milidetik

Stimulus

Gambar

3.8. Hyperpolarisasi (Pinel, 1992)

Excitatory dan Inhibitory postsynaptic potentials sarna-sarna merupakan respon yang
meningkatkan aktivitas neuron dan hal ini akan dibicarakan lebih lanjut pada bagian di
bawah ini.
Potensial postsynapsis muncul pada sinapsis tunggal dan hanya memiliki efek yang
terbatas dalam menimbulkan neuron postsynapsis yang lain. Efek yang timbul sangat
tergantung pada keseimbangan antara sinyal-sinyal excitatory dan inhibitory yang sampai
pada axon hillock (tempat pertemuan antara soma sel dan axon).
Bila jumlah depolarisasi dan hyperpolarisasi yang sampai di axon hillock mampu
mendepolarisasi membran (yaitu dalam kondisi melampaui ambang batas tegangan/threshold of excitation, yaitu sekitar -65 mY), maka potensial aksi akan timbul di axon hillock.
Potensial aksi hanya terjadi sekitar 1 milidetik dan akan mengubah membran potensial dari
-70mV menjadi +50mV. Potensial aksi ini sifatnya ada-atau-tidak Uadi bukan seperti
potensial susulan negatif dan potensial susulan positifyang sifat responnya membesar). Jadi
tidak bersifat setengah-setengah, ia hanya akan muncul oleh depolarisasi yang melampaui
ambang batasnya (lihat Gambar 3.9).
Efek dari munculnya potensial aksi adalah penambahan semua potensial postsynaptik
yang ada di neuron multipolar dan mengumpulkannya di axon hillock. Dari bagian ini akan
dibuat keputusan apakah impuls akandilanjutkanatau tidakdan hal tersebut sangat tergantung
dari penjumlahan potensialpostsynapsis yang ada.Penggabunganataupenjumlahan potensial
postsynapsis ini disebut dengan integration (integrasi).
Adadua macam penjumlahan potensial postsynapsis, yaitu penjumlahan spatial (spatial
summation) dan penjumlahan temporal (temporal summation). Pada gambar 3.9. dapat kita
lihat peristiwa penjumlahan spatial, yaitu penjumlahan yang potensial postsynapsisnya
berasal dari 2 macam sinapsis. Neuron A dan B bersifat meningkatkan (excitatory);
sedangkan neuron C dan D bersifat menghambat (inhibitory). Bila potensial postsynapsis
neuron A dan B dijumlahkan, maka akan timbul impuls excitatory yang semakin besar,
demikian pula halnya dengan penjumlahan potensial postsynapsis neuron C dan D akan
meningkatkan impuls inhibitory, sedangkan penjumlahan antara impuls A dan C, akan
menimbulkan reaksi yang menetralkan.
35

~

1.

Penjumlahan dua buah postsynaptik excitatoris akan menimbulkan
efek excitatoris yang semakin besar

I

- 65 A _
-70~

-.-

- 65I B _
-70~

2.

Penjumlahan dua buah postsynaptik inhibitoris akan menimbulkan
efek inhibitoris yang semakin besar

-65
-70
- 75

~

3.

Penjumlahan postsynaptikexcitatoris (A)dan postsynaptik inhibitoris (C)
akan saling menetralkan

~

en
s:::
Q)
.......
o
~

oscilloscope

-65
-70
- 75

~

- 65
- 70
- 75

-65

- 65

- 65

- 70
- 75 ~

-70
-75

- 70

b-c

- 75

~
~

+D

+C

Gambar 3.9. Penjumlahan Spatial (Pinel, 1993)

Pada penjumlahan temporal, potensial postsynapsis yang dijumlahkan berasal dari
sinapsis yang sarna, contohnya dapat kita lihat pada gambar 3.10. Pada gambar tersebut
tampak bahwa sinapsis di A akan menimbulkanefek excitatory, sedangkan sinapsis di B akan
menimbulkan efek inhibitory. Bila pada A terjadi potensial postsinapsis yang berturut-turut,
maka potensial postsinapsis yang kedua akan lebih besar daripada potensial postsinapsis
yang pertama. Demikian pula yang terjadi pada sinapsis B.
36

-......
0

-

.2:

1.

'8
'---'

c
ro

Postsynaptik excitatorisyang datang berturut-turutakan menimbulkan
efek exitatorisyang semakin

I-<
-

besar

65

-

65

"8
Q)

-

-70

-70

.