Gambar 1. Efek
perbedaan konsentrasi A, perbedaan muatan listrik B, dan perbedaan tekanan C yang menyebabkan difusi molekul dan ion melalui membran sel Guyton
2006, pp 50.
Jika suatu potensial listrik mengalir melintasi membran, muatan listrik ion akan menyebabkan ion tersebut bergerak melalui membran meskipun
tidak terdapat perbedaan konsentrasi untuk menimbulkan pergerakannya. Jika terdapat perbedaan muatan pada sisi dalam dan luar akan menciptakan
suatu gradien listrik di kedua sisi membran. Muatan positif akan menarik ion negatif, sementara muatan negatif menolaknya. Oleh karena itu terjadi
difusi netto dari luar ke dalam. Setelah beberapa waktu, sejumlah besar ion negatif telah berpindah ke dalam dan terbentuklah kondisi yang disebut
perbedaan konsentrasi ion terjadi dengan arah yang berlawanan dengan arah perbedaan potensial listrik. Pada saat tersebut potensial listrik
cenderung menggerakkan ion ke luar, sedangkan perbedaan konsentrasi meningkat cukup tinggi, kedua efek tersebut akan saling mengimbangi
Guyton 2006, pp 50.
2.3 Mekanisme terjadinya potensial Nernst
5
Secara umum, distribusi ion yang melewati membran sel dan sifat membran memberikan penjelasan mengenai potensial membran. Gradien
konsentrasi untuk K
+
memfasilitasi pergerakannya keluar sel melalui kanal K
+
, tetapi gradien listriknya memiliki arah yang berlawanan masuk. Akibatnya, keseimbangan akan tercapai di saat kecenderungan K
+
yang keluar dari sel seimbang dengan kecenderungannya untuk masuk ke dalam
sel, dan pada keseimbangan tersebut terdapat sedikit kelebihan kation di luar sel dan anion di dalam sel. Keadaan ini dipertahankan oleh Na
+
, K
+
ATPase, yang memompa K
+
kembali masuk ke dalam sel dan mempertahankan konsentrasi Na
+
intrasel agar tetap rendah. Pompa Na
+
K+ juga bersifat elektrogenik, karena memompa 3 Na
+
keluar dari sel untuk setiap 2 K
+
yang di pompa masuk Ganong 2005, pp 9. Pompa ini juga memberi sedikit kontribusi dalam potensial
membran itu sendiri. Harus ditekankan bahwa jumlah ion yang menentukan potensial membran sangatlah kecil dibandingkan dengan
jumlah total yang ada, dan konsentrasi total ion positif dan negatif di mana-mana sama kecuali sepanjang membran. Influx Na
+
tidak mengompensasi efluks K
+
karena kanal K
+
membuat membran lebih permeabel terhadap K
+
daripada Na
+
Ganong 2005, pp 9.
GGambar 2. Potensial difusi Guyton 2006, pp 58.
Dalam gambar 2A konsentrasi ion kalium di bagian dalam membran sangat tinggi sedangkan konsentrasi di bagian luarnya sangat
rendah. Membran itu sangat permeabel terhadap ion kalium namun tidak
6
terhadap ion lainnya. Oleh karena perbedaan konsentrasi ion kalium di dalam sel dan di luar sel itu besar, maka ion kalium mempunyai
kecenderungan yang kuat untuk berdifusi ke luar sel. Bila hal ini terjadi maka ion kalium ini akan membawa muatan positif ke luar sel, sehingga
membentuk suatu keadaan elektropositif di luar membran, dan keadaan elektronegatif di sisi dalam membran sebab anion-anion ini tidak berdifusi
ke luar menyertai kalium tadi. Perbedaan potensial sepanjang membran ini akan menimbulkan suatu kecenderungan untuk menolak ion kalium
dengan arah yang sebaliknya yakni dari luar menuju ke dalam sel. Sehingga dalam waktu satu milisekon atau lebih potensial ini akan cukup
besar untuk menghentikan proses difusi yang lebih lanjut dari ion kalium menuju ke luar sel. Potensial pada saat ini disebut sebagai potensial
Nernst untuk ion kalium Guyton 1993, pp 130. Gambar 2B menjelaskan adanya konsentrasi ion natrium yang
tinggi di luar membran, sedangkan konsentrasi di dalam membran itu kecil. Ion ini bermuatan positif. Membran tersebut sangat permeabel
terhadap ion natrium dan tidak permeabel terhadap ion lainnya. Difusi ion natrium kedalam akan membentuk potensial membran dengan muatan
kutub yang berlawanan, yakni dengan adanya muatan negatif di luar membran dan muatan positif di dalam membran. Potensial membran itu
akan meningkat cukup tinggi dalam beberapa milisekon untuk menghentikan proses difusi yang lebih lanjut dari ion natrium menuju ke
dalam sel. Keadaan potensial seperti ini disebut potensial Nernst untuk ion natrium Guyton 1993, pp 131.
2.4 Pengukuran potensial Nernst
