potensial aksi adalah fenomena listrik atau kimia berumur pendek yang terjadi di neuron otak kita. Dapat dikatakan bahwa itu adalah pesan yang dikirimkan neuron ke neuron lain.
Potensial aksi diproduksi di badan sel (nukleus), juga disebut soma. Ia berjalan melalui seluruh akson (perpanjangan neuron, mirip dengan kawat) sampai mencapai ujungnya, yang disebut tombol terminal.
Potensial aksi pada akson tertentu selalu memiliki durasi dan intensitas yang sama. Jika akson bercabang ke proses lain, potensial aksi terbagi, tetapi intensitasnya tidak berkurang.
Ketika potensial aksi mencapai tombol terminal neuron, mereka mengeluarkan bahan kimia yang disebut neurotransmiter. Zat-zat ini merangsang atau menghambat neuron yang menerimanya, mampu menghasilkan potensial aksi di neuron tersebut.
Banyak dari apa yang diketahui tentang potensial aksi neuron berasal dari eksperimen dengan akson cumi-cumi raksasa. Mudah dipelajari karena ukurannya, karena memanjang dari kepala hingga ekor. Mereka melayani agar hewan itu bisa bergerak.
Indeks artikel
Potensial membran neuron
A. Pandangan skematis dari potensial aksi yang ideal. B. Rekaman nyata dari potensial aksi. Sumber: id: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
Neuron memiliki muatan listrik yang berbeda di dalam daripada di luar. Perbedaan ini disebut potensial membran .
Ketika neuron dalam potensial istirahat , itu berarti bahwa muatan listriknya tidak diubah oleh potensi sinaptik rangsang atau penghambatan.
Di sisi lain, ketika potensi lain mempengaruhinya, potensi membran dapat dikurangi. Ini dikenal sebagai depolarisasi .
Sebaliknya, ketika potensial membran meningkat terhadap potensial normalnya, sebuah fenomena yang disebut hiperpolarisasi terjadi .
Ketika pembalikan potensial membran yang sangat cepat terjadi secara tiba-tiba, potensial aksi terjadi . Ini terdiri dari impuls listrik singkat, yang diterjemahkan ke dalam pesan yang berjalan melalui akson neuron. Itu dimulai di badan sel, mencapai tombol terminal.
Impuls saraf berjalan menuruni akson
Yang penting, agar potensial aksi terjadi, perubahan listrik harus mencapai ambang batas, yang disebut ambang eksitasi . Ini adalah nilai potensial membran yang harus dicapai agar potensial aksi terjadi.
Skema sinapsis kimia
Potensial aksi dan perubahan level ion
Permeabilitas membran neuron selama potensial aksi. Keadaan istirahat (1), ion natrium dan kalium tidak dapat melewati membran, dan neuron memiliki muatan negatif di dalamnya. Depolarisasi (2) neuron mengaktifkan saluran natrium, memungkinkan ion natrium melewati membran neuron. Repolarisasi (3), di mana saluran natrium menutup dan saluran kalium terbuka, ion kalium melintasi membran. Pada periode refraktori (4), potensial membran kembali ke keadaan istirahat saat saluran kalium menutup. Sumber: Permeabilitas Membran Neuron Selama Potensial Aksi.pdf dan Potensial aksi, CThompson02
Dalam kondisi normal, neuron siap menerima natrium (Na+) di dalamnya. Namun, membrannya tidak terlalu permeabel terhadap ion ini.
Selain itu, “pengangkut natrium-kalium” yang terkenal memiliki protein yang ditemukan di membran sel yang bertanggung jawab untuk menghilangkan ion natrium darinya dan memasukkan ion kalium ke dalamnya. Secara khusus, untuk setiap 3 ion natrium yang diekstraksi, ia memasukkan dua ion kalium.
Transporter ini menjaga kadar natrium tetap rendah di dalam sel. Jika permeabilitas sel meningkat dan lebih banyak natrium masuk secara tiba-tiba, potensial membran akan berubah secara radikal. Rupanya, inilah yang memicu potensial aksi.
Secara khusus, permeabilitas membran terhadap natrium akan meningkat, ini memasuki neuron. Sementara, pada saat yang sama, ini akan memungkinkan ion kalium meninggalkan sel.
Bagaimana perubahan permeabilitas ini terjadi?
Sel telah tertanam di membran mereka banyak protein yang disebut saluran ion . Ini memiliki bukaan di mana ion dapat masuk atau meninggalkan sel, meskipun mereka tidak selalu terbuka. Saluran ditutup atau dibuka sesuai dengan peristiwa tertentu.
Ada beberapa jenis saluran ion, dan masing-masing biasanya khusus untuk menghantarkan jenis ion tertentu secara eksklusif.
Misalnya, saluran natrium terbuka dapat melewatkan lebih dari 100 juta ion per detik.
Bagaimana potensial aksi dihasilkan?
Neuron mengirimkan informasi secara elektrokimia. Ini berarti bahwa bahan kimia menghasilkan sinyal listrik.
Bahan kimia ini memiliki muatan listrik, itulah sebabnya mereka disebut ion. Yang paling penting dalam sistem saraf adalah natrium dan kalium, yang memiliki muatan positif. Selain kalsium (2 muatan positif) dan klorin (satu muatan negatif).
Perubahan potensial membran
Langkah pertama untuk terjadinya potensial aksi adalah perubahan potensial membran sel. Perubahan ini harus melebihi ambang batas eksitasi.
Secara khusus, ada pengurangan potensial membran, yang disebut depolarisasi.
Pembukaan saluran natrium
Akibatnya, saluran natrium yang tertanam di membran terbuka, memungkinkan natrium memasuki bagian dalam neuron secara masif. Ini didorong oleh kekuatan difusi dan tekanan elektrostatik.
Karena ion natrium bermuatan positif, mereka menyebabkan perubahan cepat dalam potensial membran.
Pembukaan saluran kalium
Membran akson memiliki saluran natrium dan kalium. Namun, yang terakhir dibuka kemudian, karena mereka kurang sensitif. Artinya, mereka membutuhkan tingkat depolarisasi yang lebih tinggi untuk membuka dan itulah sebabnya mereka membuka nanti.
Penutupan saluran natrium
Ada saatnya ketika potensial aksi mencapai nilai maksimumnya. Sejak periode ini, saluran natrium diblokir dan ditutup.
Mereka tidak akan lagi dapat membuka lagi sampai membran mencapai potensial istirahatnya lagi. Akibatnya, tidak ada lagi natrium yang bisa masuk ke neuron.
Penutupan saluran kalium
Namun, saluran kalium tetap terbuka. Hal ini memungkinkan ion kalium mengalir melalui sel.
Karena difusi dan tekanan elektrostatik, karena bagian dalam akson bermuatan positif, ion kalium didorong keluar dari sel. Dengan demikian, potensial membran memulihkan nilai biasanya. Sedikit demi sedikit, saluran kalium menutup.
Keluarnya kation ini menyebabkan potensial membran kembali ke nilai normalnya. Ketika ini terjadi, saluran kalium mulai menutup kembali.
Segera setelah potensial membran mencapai nilai normalnya, saluran kalium menutup sepenuhnya. Beberapa saat kemudian, saluran natrium diaktifkan kembali sebagai persiapan untuk depolarisasi lain untuk membukanya.
Akhirnya, pengangkut natrium-kalium mengeluarkan natrium yang telah masuk dan memulihkan kalium yang telah ditinggalkan sebelumnya.
Bagaimana informasi menyebar melalui akson?
Bagian dari neuron. Sumber: Tidak ada penulis yang dapat dibaca mesin yang disediakan. NickGorton ~ asumsi commonswiki (berdasarkan klaim hak cipta)
Akson terdiri dari bagian neuron, perpanjangan seperti kabel dari neuron. Mereka bisa sangat panjang untuk memungkinkan neuron yang secara fisik berjauhan untuk terhubung dan mengirim informasi satu sama lain.
Potensial aksi menyebar di sepanjang akson dan mencapai tombol terminal untuk mengirim pesan ke sel berikutnya. Jika kita mengukur intensitas potensial aksi dari berbagai area akson, kita akan menemukan bahwa intensitasnya tetap sama di semua area.
Semua atau tidak sama sekali hukum
Ini terjadi karena konduksi aksonal mengikuti hukum dasar: hukum semua atau tidak sama sekali. Artinya, potensial aksi diberikan atau tidak. Begitu dimulai, ia berjalan melalui seluruh akson ke ujungnya, selalu mempertahankan ukuran yang sama, tidak bertambah atau berkurang. Terlebih lagi, jika akson bercabang, potensial aksi membelah, tetapi ukurannya tetap.
Potensial aksi dimulai dari ujung akson yang melekat pada soma neuron. Mereka biasanya melakukan perjalanan hanya dalam satu arah.
Potensi tindakan dan perilaku
Pada titik ini, Anda mungkin bertanya-tanya: jika potensial aksi adalah proses semua atau tidak sama sekali, bagaimana perilaku tertentu seperti kontraksi otot terjadi yang dapat bervariasi di antara berbagai tingkat intensitas? Ini terjadi oleh hukum frekuensi.
Hukum frekuensi
Apa yang terjadi adalah bahwa satu potensial aksi tidak secara langsung memberikan informasi. Sebaliknya, informasi ditentukan oleh frekuensi pelepasan atau laju pembakaran akson. Yaitu frekuensi terjadinya potensial aksi. Ini dikenal sebagai “hukum frekuensi.”
Dengan demikian, frekuensi potensial aksi yang tinggi akan menyebabkan kontraksi otot yang sangat intens.
Hal yang sama berlaku untuk persepsi. Misalnya, stimulus visual yang sangat terang, untuk ditangkap, harus menghasilkan “laju tembak” yang tinggi di akson yang menempel pada mata. Dengan cara ini, frekuensi potensial aksi mencerminkan intensitas stimulus fisik.
Oleh karena itu, hukum semua atau tidak sama sekali dilengkapi dengan hukum frekuensi.
Bentuk lain dari pertukaran informasi
Potensi aksi bukan satu-satunya kelas sinyal listrik yang terjadi di neuron. Misalnya, mengirimkan informasi melintasi sinapsis memberikan impuls listrik kecil di membran neuron yang menerima data.
Skema sinapsis. Sumber: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)
Kadang-kadang sedikit depolarisasi yang terlalu lemah untuk menghasilkan potensial aksi dapat sedikit mengubah potensial membran.
Namun, perubahan ini secara bertahap berkurang saat berjalan melalui akson. Dalam jenis transmisi informasi ini, baik saluran natrium maupun kalium tidak membuka atau menutup.
Dengan demikian, akson bertindak sebagai kabel bawah laut. Saat sinyal ditransmisikan melaluinya, amplitudonya berkurang. Ini dikenal sebagai konduksi ke bawah, dan itu terjadi karena karakteristik akson.
Potensial aksi dan mielin
Akson dari hampir semua mamalia ditutupi mielin. Artinya, mereka memiliki segmen yang dikelilingi oleh zat yang memungkinkan konduksi saraf, membuatnya lebih cepat. Mielin melilit akson tanpa membiarkan cairan ekstraseluler mencapainya.
Myelin diproduksi di sistem saraf pusat oleh sel yang disebut oligodendrosit. Sedangkan pada sistem saraf tepi diproduksi oleh sel Schwann.
Segmen mielin, yang dikenal sebagai selubung mielin, dibagi satu sama lain oleh area akson yang telanjang. Daerah ini disebut nodul Ranvier dan mereka bersentuhan dengan cairan ekstraseluler.
Potensial aksi ditransmisikan secara berbeda dalam akson yang tidak bermielin (yang tidak tercakup dalam mielin) daripada di akson yang tidak bermielin.
Potensial aksi dapat berjalan melalui membran aksonal yang dilapisi mielin karena sifat-sifat kawat. Akson dengan cara ini, melakukan perubahan listrik dari tempat potensial aksi terjadi ke simpul Ranvier berikutnya.
Perubahan ini sedikit meruncing, tetapi cukup kuat untuk menyebabkan potensial aksi di nodul berikutnya. Potensi ini kemudian dipicu atau diulang di setiap simpul Ranvier, mengangkut dirinya sendiri ke seluruh area bermielin ke simpul berikutnya.
Konduksi potensial aksi semacam ini disebut konduksi saltatori. Namanya berasal dari bahasa Latin “saltare”, yang berarti “menari.” Konsepnya adalah karena impuls tampaknya melompat dari simpul ke simpul.
Keuntungan konduksi garam untuk mentransmisikan potensial aksi
Jenis mengemudi ini memiliki kelebihan. Pertama-tama, untuk menghemat energi. Transporter natrium-kalium menghabiskan banyak energi menarik kelebihan natrium dari dalam akson selama potensial aksi.
Pengangkut natrium-kalium ini terletak di area akson yang tidak ditutupi oleh mielin. Namun, dalam akson bermielin, natrium hanya bisa masuk ke nodus Ranvier. Oleh karena itu, lebih sedikit natrium yang masuk, dan karena itu, lebih sedikit natrium yang harus dipompa keluar, sehingga pengangkut natrium-kalium harus bekerja lebih sedikit.
Manfaat lain dari mielin adalah kecepatan. Potensial aksi dilakukan lebih cepat dalam akson bermielin, karena impuls “melompat” dari satu simpul ke simpul lain, tanpa harus melalui seluruh akson.
Peningkatan kecepatan ini menyebabkan hewan berpikir dan bereaksi lebih cepat. Makhluk hidup lain, seperti cumi-cumi, memiliki akson tanpa mielin yang bertambah cepat karena ukurannya yang bertambah. Akson cumi-cumi memiliki diameter besar (sekitar 500 m), yang memungkinkan mereka bergerak lebih cepat (sekitar 35 meter per detik).
Namun, pada kecepatan yang sama, potensial aksi berjalan di akson kucing, meskipun ini hanya memiliki diameter 6 m. Apa yang terjadi adalah bahwa akson ini memang mengandung mielin.
Akson bermielin dapat menghantarkan potensial aksi dengan kecepatan sekitar 432 kilometer per jam, dengan diameter 20 m.
Referensi
- Potensi Aksi. (sf). Diperoleh pada 5 Maret 2017, dari Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- Carlson, NR (2006). Fisiologi perilaku Ed 8. Madrid: Pearson.
- Chudler, E. (nd). Lampu, Kamera, Potensi Aksi. Diperoleh pada 5 Maret 2017, dari University of Washington: fakultas.washington.edu.
- Tahapan Potensi Aksi. (sf). Diperoleh pada 5 Maret 2017, dari Tanpa Batas: tak terbatas.com.