BIOFISIKA Oleh Dr. S. Hendromartono , MS

Membran penyekat dalam tubuh : Terdapat : 1. Antara Intra sel & Ekstra sel 2. Antara Interstitial & Plasma darah

Petak ruangan cair tubuh Intra seluler Ekstra seluler : 1. Interstitial 2. : 1 . Intravaskuler

Gerakan cair tubuh & partikel yang terlarut dalam cair tubuh 1. Filtrasi 2. Kohesi pelarut 3. Osmosis 4. Difusi tak berion 5. Transport dgn. pengangkut ( Carrier system ) 6. Transport protein & molekul besar lain 1.Endositosis 2.Eksositosis 7. Difusi 8. Transport aktif

1. Filtrasi Benda cair dan bahan yang terlarut di dalamnya dipaksa melintasi membran penyekat karena perbedaan tekanan hidrostatis sebelah menyebelah membran pemisah antar petak cairan tubuh

Jumlah Cairan yang difiltrasi Jumlah Cairan yang difiltrasi dlm jangka waktu tertentu berbanding lurus dengan tekanan & luas permukaan membran.

2. Kohesi Pelarut / gaya seret pelarut Gaya seret dari pelarut yang bergerak dalam satu arah  cenderung menyeret beberapa molekul zat terlarut

3. OSMOSIS Gerakan molekul-molekul pelarut melalui membran kearah daerah yang mengandung kadar zat terlarut yang lebih pekat , dan zat terlarut tak merembes melalui membran tersebut.

Tekanan osmose effektif dari suatu larutan Tekanan yang tepat besarnya untuk mencegah perpindahan pelarut kearah daerah yang mempunyai kadar zat terlarut lebih tinggi

Tekanan Osmose Effektif plasma darah : Tekanan Onkotik

Tekanan osmose nRT P = V n = jumlah partikel R = tetapan gas T = suhu mutlak

4. Difusi tak berion Beberapa asam dan basa lemah sangat mudah larut dalam membran sel dalam bentuk tak terdisosiasi dalam bentuk ionnya zat-zat tersebut sukar melintasi membran. terjadi pada saluran pencernaan dan ginjal

Membran sel Intra sel H2O H2CO3  H2CO3 ---------H2CO3 -- CO2

5. TRANSPORT DENGAN PENGANGKUT Ion dan molekul yang lebih besar ditransport oleh molekul pengangkut didalam membran sel. Molekul pengangkut ini disebut carrier. Difusi dipermudah : dari daerah yang lebih pekat kedaerah yang kadarnya kurang pekat  tidak dibutuhkan energi

Ekstra sel Membran sel Intra sel K + KX KX K X X X I

Difusi dipermudah dari glukose Dalam beberapa hal, difusi dipermudah ini diatur oleh hormon, misalnya : Insulin meningkatkan difusi dipermudah dari glukose kedalam sel otot.

Ekstra sel Membran sel Intra sel Glucose + G I G I G Insulin I I I

Kecepatan difusi Kecepatan difusi Glucose darah

6. TRANSPORT PROTEIN DAN MOLEKUL BESAR LAINNYA 1. Eksositosis 2. Endositosis

Proses ini memerlukan Ca++ dan energi. Eksositosis Disebut Pinositosis terbalik atau Emeiositosis ( sel muntah ). Proses ini memerlukan Ca++ dan energi.

Endositosis Kebalikan dari Eksositosis. Pinositosis ( sel minum ) : sama dengan phagositosis , tapi zat yang dimakan tidak terlihat dengan penglihatan memakai mikroskop. - Gabungan antara Endositosis dan Eksositosis : Mempertahankan sel supaya selalu berada dalam ukuran yang normal.

7. DIFUSI Peristiwa dimana partikel partikel gas atau zat dalam larutan selalu berusaha menyebar , cenderung mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya , dan berupaya mencapai keadaan konsentrasi yang merata diseluruh ruangan tersebut.

Rumus Difusi Beda K X Luas P.M X T Kecepatan difusi = D.P X Jarak difusi K = konsentrasi antara dua tempat dimana difusi tersebut berlangsung P.M = penampang melintang tempat difusi berlangsung. T = temperatur tempat difusi berlangsung. D.P = diameter partikel-partikel yang berdifusi

X m Y K+ K+ Cl- Cl- Prot – m = membran semi permeabel yang memisahkan dua kompartemen X dan Y. Membran m ini tidak dapat ditembus oleh protein , tapi mudah ditembus oleh K+ dan Cl-

8. TRANSPORT AKTIP Transport molekul terjadi dari daerah dengan kepekatan lebih rendah menuju kedaerah dengan kepekatan lebih tinggi , dari potensial rendah ke potensial tinggi Proses ini menggunakan tenaga, sehingga disebut transport aktif. - Transport aktif dilakukan oleh pompa protein dalam membran sel, energinya disuplai oleh metabolisme sel melalui ATP.

Kepekatan rendah Kepekatan tinggi Membran sel KX KX K ATP X X ATP

Sifat transport aktif : - Butuh ATP - Melawan beda konsentrasi - Melawan perbedaan muatan listrik

Macam Transport aktif A. Transport aktif primer : energi metabolik dikaitkan langsung dengan proses transpor. B. Transport aktif sekunder : transport aktif dari salah satu zat , misalnya Na , menyediakan energi bagi transport zat lainnya, misalnya glukose  banyak ditemukan dalam usus dan tubulus dari ginjal.

Energi yang diperlukan untuk transport aktif Energi ( dalam kalori per osmol ) = 1400 log C1_____ C2 C1 = konsentrasi ion-ion diluar sel C2 = konsentrasi ion-ion didalam sel

Transport aktip untuk zat-zat spesifik 1. Natrium Pompa Na-K 2. Kalium.

Membran potensial  Penyebabnya : 1 Trasport aktip ion-ion melalui membran,  menimbulkan ketidak seimbangan muatan positip dan negatip pada kedua sisi membran. 2. Difusi ion-ion melalui membran akibat selisih kosentrasi antara kedua sisi membran.

Ekstra sel = 60% Intra Vasc. Interstitial Intra sel ( 25% E.S = ( 75% E.S = 40% 5% BB ) 15% BB ) Na+ = 152 Na+ = 143 Na+ = 14 K+ = 5 K+ = 4 K+ = 157 Ca++ = 5 Ca++ = 5 Ca++ < 1 Cl- = 113 Cl- = 117 Cl- = 4 HCO3- = 27 HCO3- = 27 HCO- = 10 Prot. = 16 Prot. = 2 Prot- = 74

X m Y K+ K+ Cl- Cl- Prot – m = membran semi permeabel yang memisahkan dua kompartemen X dan Y. Membran m ini tidak dapat ditembus oleh protein , tapi mudah ditembus oleh K+ dan Cl-

Intra sel Ekstra sel +++++++++++++++++++++ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Intra sel _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Ekstra sel ( 20% ) Intra sel ( 40% ) Berat Badan 1. Padat ( 40% ) 2. Cair ( 60%) Ekstra sel ( 20% ) Intra sel ( 40% ) Na+ = 14 K+ = 157 Ca++ < 1 Cl- =4 HC03 - =10 Prot. - = 74 Intra Vasc. Interstitial Na+ = 14 ( 25% E.S = ( 75% E.S = K+ = 157 5% BB ) 15% BB ) Ca++ < 1 Cl- = 4 Na+ = 152 Na+ = 143 HCO- = 10 K+ = 5 K+ = 4 Prot- = 74 Ca++ = 5 Ca++ = 5 Cl- = 113 Cl- = 117 HCO3- = 27 HCO3- = 27 Prot. = 16 Prot. = 2 Ca++ <1

rumus Nernst Besar Potensial Membran ( dalam milivolt ) = - 61 log konsentrasi didalam konsentrasi diluar Rumus ini berlaku pada t= 380 C

Membran potensial istirahat = -85 mvolt konsentrasi ion K diluar membran = -5 m Eq/l konsentrasi K ( didalam ) -85 = -61 log _____________________ 5 Membran potensial istirahat = -85 mvolt konsentrasi ion K diluar membran = -5 m Eq/l

Membran istirahat 50 sampai 100 kali lebih permeabel terhadap ion K dibanding ion Na Tiga ion Na dipompa keluar sedangkan hanya dua ion K dipompa kedalam pompa Na menarik ion K dari luar kedalam serabut saraf konsetrasi ion K didalam sel. tinggi  menyebabkan negativitas yang tinggi dalam sel syaraf (tidak disebabkan oleh pompa K)

yang mempengaruhi keseimbangan ion K pada kedua sisi membran 1. Pompa K  memompa ion K kedalam. 2. Perbedaan muatan listrik  menye babkan difusi ion K kedalam serabut syarap. 3. Perbedaan konsentrasi ion K antara bagian luar dan dalam membran  menyebabkan ion K berdifusi keluar.

Potensial membran istirahat ( Nernst ) membran potensial istirahat -85 mvolt konsentrasi ion K diluar membran = 5 m Eq/l konsentrasi K ( didalam )  bisa dicari : -85 = -61 log Kons. K didalam 5

potensial membran istirahat dengan memasukkan konsentrasi ion Na konsentrasi ion Na+ didalam membran = 10 mEq/l ; diluar membran = 142 mEq/l Potensial membran istirahat ( Nernst ) = Na+ ( didalam ) = -61 log ______________ = Na+ ( diluar ) =- 61 log 10 = + 70 mvolt 142

Potensial aksi Serangkaian perubahan yang cepat pada potensial membran , dan perubahan tersebut berlangsung kurang dari satu detik , setelah itu segera diikuti dengan kembalinya potensial membran ke nilai normal kembali.

Rangsangan adekuat : mencapai nilai ambang Potensial aksi Axon + - - +

Faktor yang bisa menimbulkan potensial aksi : 1. Perangsangan listrik pada membran 2. Pemberian zat kimia pada membran sehingga permeabilitas membran terhadap Natrium meningkat 3. Kerusakan mekanik pada membran 4. Panas , dingin atau hampir setiap faktor lain yang untuk sementara akan meng ganggu keadaan istirahat dari membran.

Positive after potential Over shoot Negative after potensial Positive after potential

Difusi biasa ion Natrium dan Kalium melalui serangkaian pori : - saluran Natrium untuk ion Natrium - saluran Kalium untuk ion Kalium. Tiap-tiap saluran diduga dijaga oleh pintu gerbang ( gate )  berfungsi untuk membuka dan menutup saluran. Membran potensial istirahat  saluran Natrium dan Kalium hampir dalam keadaan selalu tertutup

Hilangnya potensial membran istirahat yang normal . permeabilitas pori-pori membran terhadap ion Na tiba-tiba meningkat  banyak Na+ yang masuk kedalam serabut syaraf  banyak membawa muatan positip kedalam membran  potensial membran istirahat berubah

- Pada keadaan istirahat , pintu gerbang saluran Natrium dalam keadaan tetutup. Setiap perubahan potensial listrik yang terjadi secara tiba-tiba melalui membran serabut syarap  perubahan mendadak dari potensial pintu gerbang saluran Natrium ( potensial didalam serabut syarap tesebut mendadak menjadi kurang negatip)  meningkatkan permeabilitas saluran Natrium  pintu gerbang saluran Natrium mulai membuka.

Waktu pintu gerbang mulai membuka Waktu pintu gerbang mulai membuka. ion Natrium berdifusi kedalam serabut syarap  negativitas membran sebelah dalam  berkurang. Peningkatan permeabilitas saluran Natrium ini  disebut pengaktifan membran. Setelah pintu gerbang Natrium itu terbuka lebar  oleh karena alasan yang tidak diketahui  pintu gerbang ini segera menutup kembali  disebut penginaktifan membran

Depolarisasi. banyak Na+ yang masuk kedalam serabut syaraf  keadaan positip didalam serabut syarap  disebut pembalikan potensial ( Reverse Potential ) potensial aksi yang terjadi saat pembalikan potensial  disebut depolarisasi.

Sesaat setelah depolarisasi berlangsung  pori-pori membran kembali hampir tidak pemeabel sama sekali tehadap ion Natrium. Kembalinya potensial membran dari akhir depolarisasi kekeadaan membran istirahat  repolarisasi.

Difusi biasa ion Natrium dan Kalium melalui serangkaian pori : - saluran Natrium untuk ion Natrium - saluran Kalium untuk ion Kalium. Tiap-tiap saluran diduga dijaga oleh pintu gerbang ( gate )  berfungsi untuk membuka dan menutup saluran. Membran potensial istirahat  saluran Natrium dan Kalium hampir dalam keadaan selalu tertutup

Pintu gerbang ( gate ) Tiap-tiap saluran diduga dijaga oleh pintu gerbang ( gate )  untuk membuka dan menutup saluran. Membran potensial istirahat saluran Natrium dan Kalium hampir dalam keadaan yang selalu tertutup Bila pintu gerbang terbukapermeabilitas saluran Natrium meningkat sampai 5000 kali dan permeabilitas saluran Kalium meningkat 50 kali. Pintu-pintu gerbang  mempunyai muatan positip yang terikat didalam saluran , pada permukaannya , atau pada matrik lipid yang berdekatan dengan saluran.

akhir dari potensial aksi untuk selama beberapa milidetik  potensial membran tidak dapat langsung kembali ketingkat istirahat. kembalinya ketingkat istirahat  secara pelan-pelan  menimbulkan grafik yang agak landai disebut negatip after potensial.

Negative after potensial disebabkan bertambahnya ion Kalium diluar membran secara tiba-tiba. perbandingan konsentrasi ion Kalium antara sebelah menyebelah membran untuk sementara menjadi lebih kecil dari normal  mencegah kembalinya potensial membran selama beberapa milidetik untuk kembali secara cepat ke keadaan potensial membran istirahat secara sepenuhnya .

positive after potensial. Waktu potensial membran telah kembali kenilai normal potensial membran ini tidak langsung berhenti sampai disitu,tetapi terus turun kebawah  menjadi sedikit lebih negatip dibanding nilai istirahat normalnya. Negativitas yang berlebihan ini disebut positive after potensial.

negative after potensial & positive after potensial Keadaan membran yang lebih positip dari membran istirahat justru disebut negative after potensial , sedangkan yang lebih negatip dari membran istirahat disebut positive after potensial

Kenapa disebut negative after potensial & positive after potensial potensial-potensial membran ini mengukurnya lebih dulu dimulai dari luar, bukan dari dalam serabut syaraf,sehingga harga positip didalam membran tercatat sebagai negatip , sedangkan harga negatip didalam membran tercatat sebagai positip.

Depolarisasi o.k. : Influx Na+ Repolarisasi o.k. : Efflux K+

Penyebab potensial aksi dengan plateau Inaktivasi yang terlambat dari saluran dari saluran Natrium ion-ion Natrium terus mengalir kedalam serabut syaraf dalam waktu yang lama. Ikut masuknya ion Kalsium kedalam serabut syarap dalam waktu yang bersamaan dengan masuknya ion Natrium. Kedua ion-ion ini ( Natrium dan Kalsium ) bersama - sama mempertahankan keadaan positip didalam membran menimbulkan plateau pada potensial aksi. Penurunan permeabilitas Kalium sekitar lima kali lebih kecil selama terjadinya potensial aksi pada membran syarap.

Plateau Plateau

Plateau  menghambat proses repolarisasi