Persamaan Nernst, Potensial Membran, dan Gradien Elektrokimia

Bagi yang sudah pernah belajar saraf, pasti sudah ga asing lagi dong dengan yang namanya potensial membrane. Namun, tahukah kamu sebenarnya apa sih yang buku buku tebal itu sebut sebagai potensial membrane? Darimana sih mereka dapat nilai nya segitu? Yuk mari kita bahas disini

Potential dalam konteks ini adalah perbedaan potential listrik atau volt (V) yang diartikan sebagai perbedaan dua muatan di dua daerah. Potential membrane berarti perbedaan muatan di dua daerah, yaitu dalam dan luar sel yang dipisahkan oleh membrane plasma. nilai ini adalah nilai muatan dalam relative terhadap luar. Artinya, bilai potensial membrane ini bernilai positif, maka bagian dalam sel muatan nya lebih positif dibanding luarnya, begitu juga sebaliknya bila nilai potensial membrane positif.

Sebelum masuk ke sel, alangkah baik nya kita pahami dulu apa yang dimaksud dengan Diffution potential. Sebuah molekul pasti akan berdifusi apabila ada gaya pendorongnya, bukan? Pada molekul yang netral atau bukan ion, gaya pendorong ini hanyalah gradient kosentrasi dari senyawa tersebut, namun untuk ion, ada gaya listrik juga yang mempengaruhi. Perhatikan diagram dibawah ini (Costanzo, et al)

Sistem ini adalah system dimana ada dua daerah, kedua nya netral tapi daerah satu lebih banyak kandungan ion Na+ dan Cl- nya dibandingkan daerah 2. Kedua daerah ini juga dipisahkan oleh membrane yang hanya bisa dilewati oleh Na+. Pada awalnya di daerah satu banyak Na+ dibandingkan daerah dua, dan karena ini Na+ berdifusi dari daerah 1 ke daerah 2. Namun, karena Na+ ini bermuatan, maka daerah kedua akan semakin positif nilainya. Ingatkah kalian bila ion yang sama akan saling tolak menolak dan ion yang berbeda akan saling Tarik menarik? Nah, karena daerah 2 semakin positif maka daerah ini menolak masuknya Na+. semakin banyak Na+ yang masuk, semakin besar juga penolakan Na+ baru yang masuk hingga akhirnya ada nilai tertentu dimana Na+ sudah benar benar ditolak dan tidak ada Na+ lagi yang berpindah. Dalam kasus ion ini, terjadi pemberhentian sebelum kosentrasi Na+ di kedua sisi sama. Nilai muatan dimana ion ini sudah berhenti bergeraklah yang disebut sebagai Equilibrium Diffution Potential dan nilai nya tergantung tempat pengukuran, bila di daerah 2 maka nilainya positif relative terhadap keadaan awal daerah itu, bila di daerah 1 nilainya negative relative terhadap keadaan awal di daerah itu. Untuk kedepan nya, segala nilai yang didapatkan adalah nilai muatan di dalam sel.

Lalu adakah cara menghitung nilai diffution potential ini? Ya, ada caranya yaitu menggunakan persamaan Nerst atau Nerst Equation. Persamaan ini menghitung nilai beda potensial membrane disaat keseimbangan (tidak ada difusi lagi). Rumus Nerst ini adalah sebagai berikut

Pada dasarnya nerst equation ini mengubah nilai perbedaan kosentrasi menjadi perbedaan potensial dengan menggunakan konstanta faraday (F). bila nilai ini dihitung untuk potensial didalam sel, maka menggunakan Ci / Co dan apabila dihitung untuk nilai diluar sel maka menjadi Co / Ci (tinggal dibalik saja).

Berikut adalah beberapa nilai equilibrium diffution potential beberapa ion utama dalam tubuh yang didapat melalui persamaan ini

Karena nilai ini dihitung menggunakan rasio Ci / Co maka nilai nilai tersebut adalah nilai bagian dalam sel . dengan memahami bahwa nilai ini adalah nilai potensial setelah terjadi difusi, maka kita akan mengambil makna dari angka yang kita dapatka. bila ion positif memiliki nilai nerst equation negative maka ion cenderung keluar sel, karena nilai negative didapat dari ion positif yang meninggalkan bagian dalam sel.

Review sedikit, ada beberapa ion penting yang berperan dalam menentukan besar potential membrane saat keadaan normal, yaitu ion Na+, K+, Ca2+, dan Cl- yang masing masing ion memiliki nilai equilibrium diffution potential nya masing masing. Jadi mana yang dipakai? Jawabanya adalah semua nya dipakai, namun yang paling mempengaruhi nilai akhirnya adalah yang paling mudah berpindah diantara luar dan dalam sel, yaitu ion K+.

Untuk mengukur nilai potential membrane dapat menggunakan persamaaan Goldman atau Goldman Equation sebagai berikut

Konduktansi adalah kemampuan dia untuk melewati membrane, dan nilai ini adalah 1 / Resistensi. Ion K+ memiliki konduktansi tertinggi karena terdapat banyak sekali Leak Channel untuk K+ yang membuat ion ini dapat lebih bebas berpindah dibanding ion lain.

Nilai potential istirahat sel saraf dengan menggunakan persamaan ini adalah sekitar -70mV sampai -80mV, sangat mendekati nilai equilibrium diffution potential untuk K+ yaitu -85mV

Ya, sekarang kalian sudah mendapatkan sekeping ilmu dari seluruh ilmu yang ada, manfaatkan ilmu ini dengan baik karena Comes great power, comes great responsibility. Ingat, medali bukan lah tujuan akhir. Semoga bermanfaat!

Referensi:

Costanzo, Linda S. Physiology. 1st ed. Philadelphia, PA: Saunders/Elsevier, 2010