Bab 4.Prinsip

Prinsip KomunikasiSaraf dan HormonSEKILAS ISI Komunikasi adalah hal penting bagi kelangsungan hidup sel-sel yang secara tolektilm.Lbent,r[ tl'rb,.rtr.MENGENAL KOMUNIKASI SARAF Kemampuan sel untuk berkomunikasi satu sama lain sangat penting bagi koordinasi beragam aktivitas un-POTENSIAL BERJENJANG tuk mempertahankan homeostasis serta mengontrol pertumbuhan dan perkembangan tubuh keseluruh-I Penentuan derajat potensial berjenjangI Penyebaran potensial berjenjang an. Di bab ini, kita akan membahas renrang caraPOTENSIAL AKSI molekular dan selular yang digunakan oleh dua sistem regulatorik utama tubuh-sistem saraf danI Perubahan potensial membran sewaktu potensial aksi sistem hormon-untuk berkomunikasi dengan sel/I Perubahan permeabilitas membran dan perpindahan ion sewaktu jaringanlorgan yang aktivitasnya dikendalikan oleh potensial aksi keduanya. Kita akan mulai dengan komunikasi saraf, lalu mengalihkan perhatian kita ke komunikasi hor-I Perambatan potensial aksi; hantaran merambat mon, dan disimpulkan dengan perbandingan umumI Periode refrakter cara kerja sistem sarafdan sistem endokrin.I Hukum tuntas-atau-gagal (all-or-none)I Peran mielin; hantaran saltatorik MENGENAL KOMUNIKASI SARAFREGENERASI SERAT SARAF Semua sel tubuh memperlihatkan potensial mem-SINAPS DAN INTEGRASI NEURON bran, yaitu pemisahan muatan positif dan negatif diI Kejadian di sinaps; peran neurotransmiter kedua sisi membran, seperti dibahas di bab sebe-I Sinaps eksitatorik dan inhibitorik lumnya. Potensial ini berkaitan dengan distribusiI Potensial pascasinaps besar; penjumlahanI lnisiasi potensial aksi di axon hillock tak-merata Na., K., dan anion protein inrrasel besarI Neuropeptida sebagai neuromodulator antara cairan intrasel (CIS) dan cairan el.rstraselI lnhibisi atau fasilitasi prasinaps (CES), dan dengan perbedaan permeabilitas mem-I Konvergensi dan divergensi bran plasma terhadap ion-ion ini (lihat h. 81-88).KOMUNIKASI ANTARSEL DAN TRANSDUKSI SINYAL I Saraf dan otot adalah jaringan pekaI Jenis komunikasi antarsel rangsang.I Transduksi sinyal Dua jenis seI, sel saraf dan sel otot, mengalami per-PRINSIP KOMUNIKASI HORMON kembangan sedemikian sehingga dapat memanfaar-'I Klasifikasi hormon berdasarkan sifat kelarutan kan potensial membran ini. Kedua sel ini dapatI Perbandingan pembentukan, penyimpanan, dan sekresi hormon mengalami perubahan cepar sesaar pada potensial peptida dan hormon steroid membrannya. Fluktuasi potensial ini berfungsi seba- gai sinyal listrik. Potensial membran konstan yangI Mekanisme kerja hormon hidrofilik melalui sistem pembawa pesan terdapat ketika sel saraf atau otot tidak memperlihat- kan perubahan cepar dalam potensialnya disebut kedua potensial istirahat.I Mekanisme kerja hormon lipofilik melalui pengaktifan genPERBANDINGAN SISTEM SARAF DAN ENDOKRIN 95

Sel saraf dan otot dianggap sebagai jaringan peka kurang negatif(sebagai contoh, perubahan dari -70 mVrangsang karena jika tereksitasi, keduanya mengubah poten- menjadi -60 m9; muaran yang dipisahkan lebih sedikitsial istirahatnya untuk menghasilkan sinyal listrik. Sel saraf,yang juga dikenal sebagai neuron, frenggunakan sinyal-sinyal dibandingkan dengan potensial istirahat.listrik ini untuk menerima, memproses, memulai, dan mengi- 3. Repolarisasi: Membran kembali ke potensial istirahat-rimkan pesan. Di sel otot, sinyal listrik ini memicu kon- nya setelah mengalami depolarisasi. 4. Hiperpolarisasi: Peningkatan besar potensial membrantraksi. negatif; membran menjadi lebih terpolarisasi dibanding- Dengan demikian, sinyal listrik sangat penting bagi kan pada potensial istirahat. Selama hiperrrolarisasi po-berfungsinya sistem saraf dan semua otot. Di bab ini, kita tensial membran semakin menjauhi 0 mV, menjadi Ie- bih negatif (misalnya perubahan dari -70 mV menjadiakan membahas bagaimana neuron mengalami perubahanpotensial untuk melaksanakan fungsinya. Sel otot dibahas di -80 mD; lebih banyak muatan yang dipisahkan diban-bab-bab selanjutnya. dingkan dengan potensial istirahat.I Potensial membran berkurang sewaktu Salah satu hal yang membingungkan perlu diklarifikasi. Padadepolarisasi dan meningkat sewaktu alat yang digunakan untuk merekam perubahan cepat dala-mhiperpolarisasi. potensial, selama depolarisasi saar bagian dalam menjadi kurang negatif daripada saat istirahat, ?enurunan besar po-Sebelum anda dapat memahami ap^yang dimalsud dengan tensial ini tercermin sebagai defleksi he atas. Sebaliknya, saatsinyal listrik dan bagaimana sinyal tersebut tercipta, akan hiperpolarisasi ketika bagian dalam menjadi lebih negatifmembantu bila anda terbiasa dengan istilah-istilah berikut,yang digunakan untuk menjelaskan perubahan potensial, didaripada saat istirahat, peninghatan besar potensial iniseperti disajikan secara grafis di Gambar 4-1: wakili oleh deflelai he bawah.1. Polarisasi: Muatan-muatan dipisahkan di kedua sisi I Sinyal listrik dihasilkan oleh perubahan pada membran sehingga membran memiliki potensial. Setiap perpindahan ion melintasi membran plasma. nilai potensial membran bukan 0 mV baik dalam arah positif maupun negatif, maka membran berada dalam Perubahan pada potensial membran terjadi karena perubah- an pada perpindahan ion menembus membran. Sebagai con- keadaan polarisasi. Ingatlah bahwa besar potensial ber- toh, jika aliran masuk netto ion bermuatan positif meningkat banding lurus dengan jumlah muatan positif dan negatif dibandingkan dengan keadaan istirahat maka membran yang dipisahkan oleh membran dan bahwa tanda poten- mengalami depolarisasi (bagian dalamnya kurang negatif). sial (+ atau -) masing-masing selalu menunjukkan bahwa Sebaliknya, jika aliran keluar netto ion bermuatan positif me- terjadi kelebihan muatan positif atau kelebihan muatan ningkat dibandingkan dengan keadaan istirahat maka membran mengalami hiperpolarisasi (bagian dalam lebih negatif). negatif di bagian dalam membran. Di sel saraf, pada Perubahan pada perpindahan ion, sebaliknya, ditimbulkan potensial istirahat, membran mengalami polarisasi pada oleh perubahan pada permeabilitas membran sebagai respons -70 mV (lihat h. 86). terhadap berbagai hejadian pemicu. Bergantung pada jenis sinyal Depolarisasi: Penurunan besar potensid membran ne- listriknya, kejadian pemicu dapat berupa (1) perubahan medan gatif; membran menjadi kurang terpolarisasi dibanding- listrik di sekitar membran peka rangsang; (2) interalai suatu kan dengan potensial istirahat. Selama depolarisasi po- perantara kimiawi dengan reseptor pemukaan teftentu di mem- bran sel saraf atau otot; (3) rangsangan, misalnya gelombang tensial membran bergerak mendekati 0 mV, menjadi suara yang merangsang sel-sel sarafkhusus di telinga; atau (4) perubahan spontan potensial akibat ketidak seimbangan inheren +20 Defleksi ke atas = Penurunan potensial siklus bocor-pompa (Anda akan mempelajari mengenai siftt Defleksi ke bawah = Peningkatan potensial berbagai proses pemicu ini seiring dengan berlanjutnya pem- bahasan kita tentang sinyal listrik).?0^ +10 Karena ion-ion larut air yang bertanggung jawabY -10€E membawa muaran tidak dapat menembus lapis-ganda le-6E -zo mak membran plasma maka muatan ini hanya dapat me- -30 nembus membran melalui saluran yang spesifik baginya.'$ -+o Saluran membran dapat berupa saluran bocor atau saluran berpintu/bergerbang. Salatan bocor selalu terbuka, se-oE6 -so hingga ion-ionnya dapat menembus membran melalui -oo saluran ini tanpa kontrol. Sebaliknya, saluran berpintu -70 -80 memiliki pintu yang kadang terbuka, memungkinkan ion melewati saluran, kadang terturup, mencegah lewatnya -go ion melalui saluran. Pembukaan dan penutupan pintu terjadi akibat perubahan dalam konformasi tiga dimensi Waktu (mdtk)Gambar 4-1Jenis perubahan pada potensial membran.96 Bab 4

(bentuk) protein yang membentuk saluran berpintu ter- membran dapat berubah dari -70 menjadi -60 mV (suatusebut. Terdapat €mpat jenis saluran berpintu, bergantung potensial berjenjang 10 mV) atau dari -70 menjadi -50 mVpada faktor yang memicu perubahan konformasi saluran:(1) saluran berpintu voltase, yang membuka atau me- (potensial berjenjang 20 mV).nutup sebagai respons terhadap perubahan potensial mem-bran; (2) saluran berpintu kimiawi, yang mengubah I Sennakin kuat kejadian pemicu, semakin besarkonformasinya sebagai respons terhadap pengikatan pem- potensial berjenjang yang terbentuk.bawa pesan kimiawi tertentu dengan reseptor membranyang berkaitan erat dengan saluran; (3) saluran berpintu Potensial berjenjang biasanya dihasilkan oleh kejadian pe- micu tertentu yang menyebabkan saluran ion berpintu ter-mekanis, yang berespons terhadap peregangan atau defor-masi mekanis lain; dan (4) saluran berpintu termal, yang buka di bagian tertentu membran sel peka rangsang. Pada sebagian besar kasus, saluran ini adalah saluran berpintuberespons terhadap perubahan suhu lokal (panas atau kimia atau berpintu mekanis. Yang biasanya terjadi adalahdingin). terbukanya saluran berpintu Na. yang menyebabkan masuk- Karena itu, kejadian pemicu mengubah permeabilitas nya Na- ke dalam sel mengikuti penurunan gradien kon-membran dan karenanya mengubah aliran ion menembus sentrasi dan listriknya. Depolarisasi yang terjadi*potensialmembran dengan membuka atau menutup saluran yangmelindungi saluran ion tertentu. Perpindahan ion-ion ini berjenjang-terbatas di regio kecil khusus dari keseluruhanmenyebabkan redistribusi muatan di kedua sisi membran, membran plasma.menyebabkan potensial membran berfluktuasi. Besar potensial berjenjang inisial ini (yaitu, perbedaan Terdapat dua bentuk dasar sinyal listrik: (l) potensial antara potensial baru dan potensial istirahat) berkaitanberjenjang, yang berfungsi sebagai sinyal jarak-pendek; dan dengan kekuatan kejadian pemicu: Semakin buat hejadian(2) potensial aksi, yang menjadi sinyal jarak-jauh. Kita se- pemicu, semahin banyak saluran berpintu ydng terbuka, semakin banyak maatan positif yang masuk ke sel, dan semahin besarkarang akan membahas jenis-jenis sinyal ini secara lebih potensial berjenjang terdepolarisasi di tempat inisial. Juga sema- kin lama durasi kejadian pemicu, semabin lama durasi potensialdetil, dimulai dengan potensial berjenjang dan kemudian b erj enj ang (Gambar 4-2).kita akan mendalami bagaimana sel saraf menggunakansinyal-sinyal ini untuk menyampaikan pesan.POTENSIAL BERJENJANG H Fotensial berjenjang menyebar dengan alinan arus pasif.Potensial berjenjang (potensial bertingkat) adalah perubah-an lokal potensial membran yang terjadi dalam berbagai Ketika suatu potensial berjenjang terjadi di membran sebuahderajat atau tingkat kekuatan. Sebagai contoh, potensial sel saraf atau otot maka bagian membran lainnya masih ber- ada dalam potensial istirahat. Daerah yang mengalami depo-Potensial Potensial istirahatberjenjang(perubahan .potensialmembranrelatifterhadappotensialistirahat) WaktuBesar .:r:,,',':l-1rrangsangan tt Rangsangan diberikanGambar 4-2Kekuatan dan lama suatu potensial berjenjang. Besar dan lama suatu potensialberjenjang bergantung langsung pada kekuatan dan lama kejadian pemicu,misalnya suatu stimulus. Frinsip Konlunikasl 5araf i:iarr l-{ormon 97

larisasi remporal disebut daerah aknf. Perhatikan Gambar 4-3 positif (Gambar 4-3c). Di bagian da.lam, muatan positifbahwa di bagian dalam sel, daerah aktif relatif lebih positifdaripada daerah inabtif sekitar yang masih berada dalam mengalir melalui CIS menjauhi daerah aktif depolarisasi yangpotensial istirahat. Di luar sel, daerah aktif relatif kurang po-sitif dibandingkan dengan daerah sekitar. Karena perbedaan relatif lebih positif ke arah daerah istirahat di sekitar yangpotensial ini maka muaran listrik, dalam hal ini dibawa oleh lebih negatif. Di luar sel, muaran positif mengalir melaluiion, mengalir pasif antara daerah aktif dan daerah istirahat CES dari daerah inaktifdi sekitar yang lebih positifke arahsekitar baik di sisi dalam maupun luar membran. Setiap aliran daerah aktifyang relatiflebih negatif Perpindahan ion (yaitumuatan listrik dinamai arus. Berdasarkan perjan.jian, arah arus listrik) berlangsung di sepanjang membran di antaraaliran arus selalu disebutkan berdasarkan arah aliran muatan daerah-daerah yang berdekatan di sisi membran yang sama. Aliran ini berbeda dengan aliran ion menembus membran melalui saluran ion- Cairan ekstraselSaluran Nat ++++++++ +++++++++ Muatan tak berimbangtertutup I Yang tersebar di keduaBagian dari Jr ) sisi membran dansebuah sel berperan membentukpeka rangsang potensial membran Keseluruhan membran pada potensial istirahal . (a) Kejadian pemicu membuka saluran Na* +++++++ +++++++ Daerah inaktif pada Daerah aktif terdepolarisasi potensialistirahat (potensialberjenjang) potensial istirahat (b) Aliran arus lokal antara daerah aktif dan daerah inaktif sekitarnya Daerah ;!!: Ji. J'{,:i! -a.\" 4!1 ,a!i,i Daerah inaktif 5di:re:rill,iya ;!idhi,1 SgmUla aktif !€b!:r:i-iriya irxiih'lr: inaktif hlnr mengaiami rini mengaiarni depoiarisasi depolarisasiGamlrar 4-3 @, Penyebaran depolarisasi W (c)Aliran arus selama potensial berjenjang. (a) Membran suatu sel peka rangsang pada potensial istirahat. (b) Kejadian pemicumembuka saluran Na*, menyebabkan masuknya Na.yang menimbulkan depoiarisasi. Daerah-daerah sekitaryangberada pada potensial istirahat. (c) Aliran arus lokal terjadi antara daerah aktif dan daerah inaktif sekitar. Aliran ina'ktif masih arus lokal inimenyebabkan depolarisasi daerah yang sebelumnya inaktif. Dengan cara ini, depolarisasi menyebar menjauhititik asalnya.98 Bab 4

Akibat arus lokal antara daerah depoiarisasr aktif dan dapat berfungsi sebagai sinyal hanya untuk jarak yang sangardaerah inaktif di sekitarnya maka terjadi perubahan potensial pendek.di daerah yang semula inaktif. Muatan positif mengalir ke Meskipun potensial berjenjang memiliki jangkauandaerah sekitar di sisi dalam, sementara secara bersamaan, sinyal yang terbatas namun potensial ini sangat penting bagimuaran positif mengalir keluar daerah ini di sisi luar. Karena fungsi tubuh, seperti dijelaskan di bab-bab berikutnya.itu, di daerah sekitar bagian dalam menjadi lebih positif (ataukurang negatif), dan bagian luar kurang positif (atau lebih Berikut ini adalah potensial berjenjang: potensial pascasinaps,negatif) daripada sebelumnya (Gambar 4-3c). Dengan kata potensial reseptor, ?otensial end-plate, potensial ?emaculain, daerah sekitar yang semula inaktif telah mengalami de- Qtacemaker), dan potensial gelombang hmbat. Istilah-istilahpolarisasi sehingga potensial berjenjang telah menyebar. Poten- ini mungkin asing bagi anda sekarang, tetapi anda akansial daerah ini kini berbeda dari daerah inaktif di sebelahnya terbiasa dengan mereka seiring dengan pembahasan lanjutandi sisi lain, memicu aliran arus lebih lanjut ke daerah baru ini, kita tentang fisiologi saraf dan otot. Kami menyertakan daflardemikian seterusnya. Dengan cara ini, arus menyebar di kedua ini di sini karena hanya di sinilah potensial berjenjang akanarah menjauhi tempat awal perubahan potensial. disatukan. Untuk saat ini cukup dikatakan bahwa umumnya Besar arus yang mengalir antara dua daerah bergantung sel peka rangsang dapat menghasilkan satu dari berbagai jenispada perbedaan potensial antar daerah dan pada resistensi potensial berjenjang sebagai respons terhadap suatu kejadianbahan tempar arus mengalir. Resistensi adalah hambatan pemicu. Sebaliknya, potensial berjenjang dapat memicu pa-rerhadap perpindahan muatan listrik. Semakin besar beda tensial aksi, yaitu sinyal farak-jauh, di sel peka rangsang.potensial, semakin besar aliran arus; dan semakin rendahresistensi, semakin besar aliran arts. Konduhrar memiliki POTEhISIAL AKSIresistensi rendah sehingga aliran arus tidak banyak mendapathambatan. Kawat (kabel) Iistrik serta CIS dan CES adalah Potensial aftsi adalah perubahan potensial membran yangkonduktor yang baik sehingga arus mudah mengalir melalui berlangsung singkat, cepat, dan besar (100 m.V) saat potensialmereka. Insulator memiliki resistensi tinggi dan sangat meng- sebenarnya berbalik, sehingga bagian dalam sel peka rangsanghambat perpindahan muatan. Plastik yang membungkus secara sesaat menjadi lebih positif daripada bagian luar.kawat listrik memiliki resistensi tinggi, demikian juga lemak Seperti potensial berjenjang, satu potensial aksi hanya me- libatkan sebagian kecil dari keseluruhan membran sel pekatubuh. Karena itu, arus tidak mengalir menembus lapis- rangsang. Namun, tidak seperti potensial berjenjang, poten- sial aksi dihantarkan, atau menjalar, ke seluruh membranganda lemak membran plasma. Arus, yang dibawa oleh ion,dapat menembus membran hanya melalui saluran ion. secara nondecremental; yaitu, potensial ini tidak berkurangI Potensial berjenjang mereda hingga lenyap kekuatannya ketika menyebar dari tempat asalnya ke seluruhdalam jarak pendek. bagian membran lain. Karena itu, potensiai aksi dapat ber- fungsi sebagai sinyal jarak jauh yang\"taat\". Pikirkanlah ten-Aliran arus pasif antara daerah aktif dan daerah sekitar yang tang sel saraf yang menyebabkan kontraksi sel-sel otot diinaktif serupa dengan mengalirnya arus listrik di kawat listrik. jempol kaki anda (lihat Gambar 2-18, h. 47).Jrkaanda inginKita mengetahui dari pengalaman bahwa arus dapat bocor menggoyangkan jempol kaki anda maka perintah dikirimdari kawat listrik yang menimbulkan bahaya kecuali jika dari otak turun ke medula spinalis untuk memulai potensialkawat dibungkus oleh bahan insulator misalnya plastik.(Orang tersengat listrik jika mereka menyentuh kawat listrik 1-telanjang). Demikian juga, arus melenyap menembus mem-bran plasma karena ion-ion pembawa muatan bocor melalui Arah aliran arus Arah aliran arusbagian-bagian membran yang \"tidak berinsulasi\", yaitu me- -*dari tempat awal dari tempat awallalui saluran terbuka. Akibat berkurangnya arus ini maka -Angka menunjukkan potensial lokalkekuatan arus lokal secara progresif melemah seiring dengan dalam mV di berbagai titik sepanjang membranbertambahnya jarak dari tempat asal (Gambar 4-4). Karenaitu, kekuatan potensial berjenjang terus menurun semakin Gambar 4-4jauh potensial ini merambat dari daerah aktif asal. Cara lainuntuk menyatakannya adalah bahwa penyebaran potensial Berkurangnya arus menembus membran plasma. Kebocoranberjenjang bersifat decremental berkurang bertahap (Gambar ion-ion pembawa muatan menembus membran plasma menyebabkan berkurangnya secara progresif kekuatan arus4-5). Perhatikan bahwa di Gambar 4-4, besar perubahan dengan penambahan jarak dari tempat awal perubahan potensial.potensial awalnya adalah 15 mV (perubahan dari -70 menjadi-55 mV), yang berkurang sewaktu potensial bergerak disepanjang membran hingga menjadi 10 mV (dari -70 menjadi-60 mV) dan terus menurun semakin jauh dari tempat aktifawal, sampai tidak lagi terdapat perubahan potensial. Dengancara ini, arus lokal ini mereda hingga lenyap beberapa mili-meter dari tempat awal perubahan potensial dan karenanya Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 99

Perubahan Daerah defleksi cepat ke atas hingga +30 mV karena potensial denganpotensial aktif , ' awal,, cepat membalikkan dirinya sehingga bagian dalam sel men-membran jadi positif dibandingkan dengan bagian luarnya. Membran Idalam mV kemudian mengalami repolarisasi sama ceparnya, kembali ke +relatif terhadap potensial istirahat. G aya, gaya yane menyebabkan repolarisasi membran sering mendorong potensial terlalu jauh, menye-potensial 15 Potensial 10 istirahat babkan hiperpolarisasi ikutan singkat saat bagian dalamistirahat - yi. 5 membran menjadi lebih negatif daripada normal (misalnyabesar sinyal 0listrik -80 m\) sebelum akhirnya potensial istirahat pulih. + m+m -+- _+- Keseluruhan perubahan cepat potensial membran dari mm ambang ke puncak dan kemudian kembali ke istirahat di- Beberapa Beberapa Jarak + sebrr p o t en s i a I a k s i. T idak seperri durasi potensial berj enj ang +--- yang bervariasi, durasi suatu potensial aksi selalu sama di satuGambar 4-5 sel peka rangsang. Di sel saraf, potensial aksi berlangsungPenyebaran potensial .berjenjang yang semakin lemah.Karena kebocoran arus. maka kekuatan potensial berjenjang hanya selama 1 mdet (0,001 detik). Potensial ini berlangsungterus melemah sewaktu potensial ini menyebar secara pasifdari daerah aktif awal. Potensial akhirnya lenyap dalam lebih lama di otot, dengan durasi bergantung pada jenis otot.beberapa milimeter dari tempat inisiasinya. Bagian potensial aksi ketika potensial berbalik (antara 0 danaksi di pangkal sel sarafini, yang terletak di medula spinaiis. +30 m\) disebut oaershoot. Potensial aksi sering disebut se-Potensial alai ini berjalan tanpa berkurang menelusuri aksonpanjang sel saraf yang berjalan di sepanjang tungkai anda bagai sp ibe, karena gambaran rekamann ya yang seperri duri.untuk berakhir di sel-sel oror jempol kaki anda. Sinyal tidak Selain itu, juga dikatakan bahwa membran peka rangsangmelemah atau lenyap namun tetap dipertahankan dengan yang terpicu untuk mengalami potensial aksi menghasilkankekuatan penuh dari awal hingga akhir. lepas muatan (fire). Karcna itu, istilah potensial aksi, spike, dan lepas mantan mengacu kepada fenomena pembalikan Marilah kita melihat perubahan pada potensial seiama cepat potensial membran. Jika potensial ambang tidak ter- capai oleh depolarisasi awal maka tidak terbentuk potensialsuatu potensial aksi, serta permeabilitas dan perpindahan ionyang menjadi penyebab terjadinya perubahan potensial ini, aksi. Karena itu ambang adalah titik kritis tuntas-atau-gagalsebelum kita mengalihkan perhatian kepada cara,cara yang (all-or-none). Hanya terdapar dua kemungkinan terhadapdigunakan oleh potensial aksi menyebar ke seluruh membransel tanpa berkurang. proses depoiarisasi yaitu membran akan mengalami depola- risasi sampai ke ambang sehingga terbentuk porensial aksi atau ambang tidak tercapai sehingga tidak terbentuk potensial alsi.I Sewaktu potensial aksi, potensial membran +70 - = Potensial aksi - = flipslpslarisasi ikutan pemicuberbalik secara cepat dan transien. +60 Potensial keseimbanganJika kekuatannya memadai maka perubahan potensial ber- +50 Na+jenjang dapat memicu potensial aksi sebelum perubahan ber-jenjang tersebut hilang. (Nanti anda akan menemukan cara- +40 Potensial ambangcara bagaimana inisiasi ini dilakukan untuk berbagai jenis go^7c +30 Potensisal istirahatpotensial berjenjang). Biasanya bagian membran peka rang- E *zo Potensial kese.sang tempat potensial berjenjang dihasilkan sebagai responsterhadap suatu kejadian pemicu tidak mengalami potensial *to K+aksi. Namun, potensial berjenjang, melalui cara listrik atau 3E -10kimia, menimbulkan depolarisasi bagian-bagian membran -20sekitar tempat potensial aksi dapat terbentuk. Untuk mem- E0) *eopermudah pembahasan, kita akan meloncat dari kejadian tEF, uopemicu ke depolarisasi bagian membran yang mengalami poten-sial alai, tanpa membahas keterlibatan potensial berjenjang. -50 Untuk memulai suatu potensial aksi, kejadian pemicu -60menyebabkan membran mengalami depolarisasi dari poten- _70sial istirahat -70 mY (Gambar 4-6). Depolarisasi berjalanlambat pada awalnya, sampai tercapai suatu ambang kritis -80yang disebut potensial ambang, biasanya antara -50 dan -55 -90mV. Di potensial ambang ini timbul depolarisasi yang 1 mdeteksplosif. Rekaman potensial pada saat ini memperlihatkan Waktu (mdet) Gambar 4-6 Perubahan pada potensial membran sewaktu potensial aksi100 Bab 4

I Perubahan mencolok pada permeabilitas SALURAN Na. DAN K. BERPINTU VOLTASEmembran dan perpindahan ion menyebabkan Saluran membran berpintu voltase terdiri dari protein-proteinpotensial aksi. yang memiliki sejumlah gugus bermuatan. Medan lisuik (po- tensial) yang mengelilingi saluran ini dapat menyebabkan dis-Bagaimana potensial membran, yang biasanya dipertahankan torsi pada struktur saluran karena bagian-bagian dari proteinpada tingkat istirahat yang tetap, kehilangan keseimbangannya saluran yang bermuatan akan tertarik atau tertolak secara elektrissedemikian sehingga terbentuk potensial aksi? Ingatlah bahwa oleh muatan yangada di cairan sekitar membran. Tidak sepertiK. berperan paling besar dalam pembentukan potensial istirahat mayoritas protein membran, yang tetap stabil meskipun terjadikarena membran saat istirahat jauh lebih permeabel terhadap K. fluktuasi potensial membran, protein saluran berpintu voltasedaripada terhadap Na- (lihat h. 84). Selama potensial aksi, terjadi sangat peka terhadap perubahan voltase. Distorsi kecil bentukperubahan mencolok dalam permeabilitas membran terhadap saluran yang ditimbulkan oleh perubahan potensial dapatNa. dan K- sehingga ion-ion berpindah cepat mengikuti penu- menyebabkan saluran mengubah konformasinya. Di sini kem- bali ditemukan contoh bagaimana perubahan ringan padarunan gradien konsentrasinya. Perpindahan ion-ion ini mem- struktur dapat berpengaruh besar pada fungsi.bawa arus yang berperan dalam perubahan potensial yang terjadi Saluran Na- berpintu voltase memiliki dua prnru: pintuselama potensial aksi. Potensial aksi terjadi akibat pembuJ<aan pengaktifan dan pintu penginahtifan (Gambar 4-7). Pintudan kemudian penurupan dua tipe saluran spesifik saluran Na* pengaktifan menjaga saluran dengan membuka dan menutupberpintu voltase dan saluran K- berpintu voltase. Cairan ekstrasel (CES) .r:.lr:.rr:.i'a,,al::l.,iial.il,:ill ia,iillliar..il i ir ,, ' l, lr .: l r r, Meiribr:an .' , ', :'pl':t\" ,,:pintu Cairan intrasel (ClS)pengaktifan taemrpicbuaFnagda perlahan yang terpicu pada ambangTertutup tetapi Terbuka (aktif) Tertutup dan lidak mampudapat membuka membuka {inaktif)(a) (b) (c)Saluran Kalium Berpintu Voltase Cairan ekstrasel (CES) Cairan u)1:\ Pembukaan intrasel (ClS) lambat yang Terbuka terpicu pada ambangTertutup (e) (d)Gambar 4-7Konformasi saluran natrium dan kalium berpintu voltase Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 101

seperu plnru berengsel. Pintu penginaktifan terdin dan rang, Depolarisasikaian asam-asam amino seperri bola dan rantai. Pintu ini (penurunan potensial membran)terbuka ketika bola rerganrung bebas di rantainya dan ter- Siklus umpan balik positiftutup ketika bola berikatan dengan reseptornya yang terletak lnfluks Na* (yang Pembukaan sebagiandi lubang saluran sehingga saluran rerrurup. Kedua pintu semakin menurunkan dari saluran Na* potensial membran) berpintu voltaseharus terbuka agar Na' dapat melalui saluran, dan penutupansalah satu pintu mencegah lewatnya ion ini. Saluran Na.berpintu voltase ini terdapat dalam tiga konformasi berbeda:(l) tertutup reta?i da?at membuka (pintu pengaktifan te rtutup,pintu penginaktifan terbuka, Gambar 4-7a); (Z) terbuka, atauaktif (keduapintu terbuka, Gambar 4-7b); dan (l) tertutup dantidah dapat membuha, atau inaktif (pintu pengaktifan terbuka.pintu penginaktifan tertutirp, Gambar 4-7c). Saluran K. berpintu voltase lebih sederhana. Saiuran inihanya memiliki satu pintu, yang dapat terbuka atau terrurup(Gambar 4-7d dan e). Saluran Na. dan K- berpintu voltaseini ada selain pompa Na.-K- dan merupakan saluran bocorbagi ion-ion tersebut (dijelaskan di Bab 3).PERUBAHAN PERMEABILITAS DAN PERPINDAHAN Garnhar 4-8 Siklus umpan-balik positif yang berperan dalam pembukaanION SELAMA POTENSIAL AKSI saluran Na. di ambang.Pada potensial istirahat C70 mV), semua saluran Na' dan K-berpintu voltase rertutup, dengan pintu pengaktifan saluran negativitas di bagian dalam dan bahkan membuat bagianNa. tertutup dan pintu penginaktifannya terbuka; yaitu, dalam sel lebih positif daripada bagian luar dalam upayasaluran Na- berpintu voltase berada dalam konformasi \"ter- untuk mendorong potensial membran ke potensial kese-tutup tetapi dapat membuka\". Karena itu, pada potensial imbangan Na- (yang besarnya +60 mV lihat h. 85) (Gambaristirahat Na- dan K- tidak dapat melewati saluran berpintu 4-9). Potensial mencapai +30 mV mendekati potensialvoltase ini. Namun, karena adanya banyak saluran bocor K-dan sangat sedikit saluran bocor Na. maka membran dalam keseimbangan Na.. Potensial tidak dapat menjadi lebih po- sitif karena, pada puncak potensial aksi, saluran Na, mulaikeadaan istirahat 50 sampai 75 kali lebih permeabel terhadap menutup ke keadaan inaktif, dan P*,' mulai rurun ke nilaiK. daripada terhadap Na-. rst iraha t nya. Ketika suatu membran mulai mengalami depolarisasimenuju ambang akibat suatu kejadian pemicu, pintu peng- Apa yang menyebabkan saluran Na. menutup? Ketikaaktifan sebagian dari saluran Na' berpintu voltase membuka. potensial membran mencapai ambang, berlangsung dua pro-Kini kedua pintu saluran ini terbuka. Karena gradien kon, ses yang berkaitan erar di pintu masing-masing saluran Na.. Pertama, pintu pengaktifan terpicu untuk membuka dengansentrasi dan gradien listrik untuk Na. mendorong perpindah, cepat sebagat respons terhadap depolarisasi, mengubah salur-an ion ini masuk ke sel, maka Na' mulai masuk ke dalam sel. an ke konformasi terbuka (aktif) (Gambar 4-7b). yang mengejutkan, pembukaan saluran ini memicu proses penu-Perpindahan Na' yang bermuatan positif menyebabkan tupan saluran. Perubahan konformasi yang membuka saluran juga memungkinkan inaktivasi bola pintu untuk berikatanmembran semakin mengalami depolarisapi, sehingga lebih dengan reseprornya di lubang saluran sehingga mulut saluran tersumbat secara fisik. Namun, penurupan ini memerlukanbanyak saluran Na- berpintu voltase terbuka dan lebih banyak waktu sehingga pinru penginaktifan menutup secdra lambatNa- yang masuk, demikian sererusnya, dalam suatu siklus dibandingkan dengan kecepatan saluran membuka. Semen-umpan-balik positif (Gambar 4-8). tara itu, selama 0,5 mdet jeda antara pintu pengaktifan Di potensial ambang, terjadi lonjakan peningkatan per-meabilitas Na-, yang disimboikan dengan P*.*, sewaktu membuka dan sebelum pintu penginaktifan tertutup, keduamembran dengan cepat menjadi 600 kali lebih permeabel pintu terbuka dan Na. menyerbu masuk ke sel melaluiterhadap Nat daripada terhadap K-. Masing-masing saluran saluran-saluran yang rerbuka ini, membawa potensial aksi keterbuka atau rerturup dan tidak dapat setengah terbuka. puncaknya. Kemudian pintu penginaktifan menurup, per,Namun, mekanisme pintu berbagai saluran berpinru voltase meabilitas membran terhadap Na- merosot ke nilai istirahat- ny^yang rendah, dan pemasukan lebih lanjut Na- ke dalamini cepat membuka oleh perbedaan voltase yang ringan. sel terhenti. Saluran tetap berada dalam konformasi inaktif- nya sampai potensial membran pulih ke nilai istirahatnya.Selama fase awal depolarisasi, semakin banyak saluran Na,yang terbuka seiring dengan semakin menurunnya potensial.Di ambang, cukup banyak pintu Na- yang terbuka untukmenghentikan siklus umpan-balik positif yang menyebabkanpintu Na'sisanya dengan cepat membuka. Kini permeabilitasNa. mendominasi membran, berbeda dengan dominasi K'pada potensial istirahat. Karena itu, pada ambang Na, me-nyerbu masuk ke dalam sel, dengan cepat melenyapkan1O2 Bab 4

Bersamaan dengan inaktivasi saluran Na-, saluran K' bulkan oleh peningkatan mencolok P*'IanB terjadi bersama-berpintu voltase mulai membuka secara perlahan di puncak an dengan inaktivasi saluran Na. di puncak potensial aksi.potensial aksi. Pembukaan pintu saluran K' adalah suatu Dengan pulihnya potensial istirahat, perubahan voltase mengubah saluran Nat ke konformasi \"tertutup tetapi dapatrespons berpintu voltase yang tertunda dan terpicu oleh membuka\", dengan pintu pengaktifan tertutup dan pintudepolarisasi awal ke ambang. Karena itu, di ambang terjadi penginaktifan terbuka. Kini saluran siap kembali untuk be-tiga proses yang berkaitan dengan potensial aksi: (1) pem- respons terhadap kejadian pemicu lainnya. Saluran K- ber-bukaan cepat pintu aktivasi Na-, yang memungkinkan Na' pintu voltase yang baru terbuka juga menutup sehingga jum-masuk, memindahkan potensial dari ambang ke puncaknya lah saluran bocor K. yang terbuka di membran kembali ke tingkat istirahat. Biasanya, saluran K. berpintu voltase menu-yang positif; (2) penutupan lambat pintu inaktivasi Na-, yang tup perlahan. Akibat peningkatan permeabilitas terhadap K.menghentikan pemasukan lebih lanjut Na. setelah jeda sangat yang menetap ini, lebih banyak K- keluar daripada yangsingkat sehingga potensial tidak dapat terus meningkat; dan(3) pembukaan lambat saluran K-, yang, seperti akan anda diperlukan untuk membawa potensial ke istirahat. Efluks K-lihat, berperan besar menirrunkan potensial dari puncaknya yang sedikit berlebihan ini menyebabkan interior sel sesaatke tingkat istirahat. Potensial membran akan secara bertahap lebih negatif daripada potensial istirahat, menyebabkankembali ke istirahat setelah penutupan saluran Na. karena K.terus bocor keluar tetapi tidak ada lagi Na- yang masuk. hiperpolarisasi ikutan.Namun, pemulihan ke tingkat istirahat ini dipercepat oleh I Pompa Na*-K* secara bertahap memulihkanpembukaan pintu K- saat potensial aksi mencapai puncak- gradien konsentrasi yang terganggu akibatnya. Pembukaan saluran K- berpintu voltase sangat mening- potensial aksi.katkan permeabilitas K- (dinamai P*.) menjadi sekitar 300 Pada akhir potensial aksi, potensial membran pulih ke kondisikali daripada P*^. istirahat. istirahatnya, tetapi distribusi ion telah sedikit berubah. Peningkatan mencolok P\". ini menyebabkan K+ me- Natrium telah masuk ke sel selama fase naik dan K-, dalam jumlah setara, telah keluar sel sewaktu fase turun. Pompanyerbu keluar sel mengikuti penurunan gradien konsentrasi Na'-K. memulihkan ion-ion ini ke lokasinya semula dalam fangka panjang, tetapi tidak setelah setiap potensial aksi.dan gradien listriknya, membawa muatan positif kembali ke Proses pemompaan aktif memerlukan waktu jauh lebihluar. Perhatikan bahwa pada puncak potensial aksi, potensial lama untuk memulihkan Na. dan K- ke lokasinya semulapositif di bagian dalam sel cenderung menolak ion K. yang daripada waktu yang diperlukan oleh fluks pasif ion-ion inipositifsehingga gradien listrik untuk K- adalah ke arah luar, sewaktu potensial aksi. Namun, membran tidak perlutidak seperti saat potensial istirahat. Perpindahan keluar K' menunggu hingga pompa Na.-K- secara perlahan memulih-secara cepat memulihkan potensial istirahat yang negatif. kan gradien konsentrasi sebelum membran dapat mengalami Sebagai ringkasan (Gambar 4-9) , f6e nai.k pada potensial potensial aksi berikutnya. Sebenarnya, pada potensial aksi perpindahan hanya segelintir (dibandingkan dengan jumlahaksi (dari ambang ke +30 mV disebabhan oleh influks l\"la. total) ion Na. dan K. sudah menyebabkan perubahan besar(Na. masuk ke sel) akibat peningkatan mendadak PN\"' diambang. Fase turun (dari +30 mV ke potensial istirahat) ter- dalam potensial. Selama potensial aksi, hanya sekitar I dariutama disebabban oleh efluks K (K- keluar sel) yang ditim- 100.000 ion K. yang ada di sel keluar, dengan jumlah Na' setara masuk dari CES. Perpindahan proporsi Na- dan K' +60 yang sangat kecil ini selama satu potensial aksi menyebabkan perubahan potensial dramatik i00 mV (antara -70 dan +30 +50 +zo mV) tetapi hanya perubahan tak berarti pada konsentrasi +40 {Ol / tq9o. ion-ion ini di CES dan CIS. Masih jauh lebih banyak K. y*g f,1 +30 \o) tetap berada di dalam daripada di luar sel, dan Na- masih CoJ l: merupakan ion ekstrasel predominan. Karena itu, gradien *zo raoorrll\ofll-<ro- konsentrasi Nat dan K. tetap ada, sehingga potensiai aksi o38cJo-o-<l(/ill66lorGcrII95 +to E-\"l\o-- dapat kembali terjadi tanpa pompa harus mengejar untukFo G-.\"{l memulihkan gradien.:c9. r l\(nn -10 Tentu saja jika tidak terdapat pompa maka fluks, bahkanE -20 IJ---- yang kecil, yang menyertai potensial aksi berulang-ulang akhirnya akan menghilangkan gradien konsentrasi sehingga_2s4-030 potensial aksi selanjutnya tidak mungkin terjadi. Jika konsen-(€r -50 Potensial ambang trasi Nat dan K- sama antara CES dan CIS maka perubahan -60 Potensial istirahat permeabilitas terhadap kedua ion ini tidak akan menyebab- kan fluks sehingga tidak terjadi perubahan potensial. Karena -70 itu, pompa Na--K. sangat penting untuk mempertahankan gradien konsentrasi dalam jangka panjang. Namun, pompa -80 -90 Waktu (mdet)Gambar 4-9Perubahan permeabilitas dan fluks ion selama potensial aksi Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 103

ini tidak harus melaksanakan kerjanya di antara potensial- khusus menyalurkan informasi sensorik, suatu topik yang akan dijelaskan kemudian di bab lni).potensial aksi, dan tidak secara langsung terlibat dalam fluksion atau perubahan potensial yang terjadi sewaktu porensial Panjang alcon bervariasi dari kurang dari satu milimeter di neuron yang hanya berkomunikasi dengan sel-sel tetanggaaksi. hingga lebih dari saru merer di neuron yang berhubungant Potensial aksi menjalar dari axon hillockke dengan bagian sistem saraf yang jauh atau dengan organterminal akson. perifer. Sebagai contoh, alson neuron y^ngmenyarrLfi jempol kaki anda harus menempuh jarak dari badan selnya di dalamSatu potensial aksi melibatkan hanya sebagian kecil dari per- medula spinalis di bagian bawah punggung anda menelusurimukaan membran total sebuah sel peka rangsang. Tetapi jika tungkai hingga ke jempol kaki.akan berfungsi sebagai sinyal jarak jauh maka potensial aksi Potensial alai hanya dapat timbul di bagian-bagiantidak dapat menjadi sekedar kejadian terisolasi yang terbatas membran yang memiliki banyak saluran Na- berpintulrolias.di daerah terrenru di membran sel saraf arau otot. Harus yang dapat dipicu membuka oleh kejadian yang menyebab- kan depolarisasi. Biasanya bagian-bagian sel peka rangsangterdapat mekanisme untuk menghantarkan atau menyebar- tempat berlangsungnya porensial berjenjang tidak mengalaml potensial aksi, karena saluran Na. berpintu volrase jarangkan potensial aksi ke seluruh membran sel. Selain itu, sinyal ditemukan di sini. Karena itu, tempar-tempar yang kh,rrm mengalami potensial berjenjang tidak mengalami potensialharus ditransmisikan dari satu sel ke sel lain (sebagai contoh, aksi, meskipun dapat mengalami depolarisasi yang bermakna.di sepanjang jalur saraf spesifik). Untuk menjelaskan bagai- Namun, potensial berjenjang dapat, sebelum lenyap, memicumana mekanisme-mekanisme tersebut terlaksana, kita mula- potensial aksi di bagian-bagian membran sekitar denganmula akan membahas secara singkat struktur neuron. Kemu- membawa bagian yang lebih peka tersebut ke ambang melaluidian kita akan meneliti bagaimana suaru porensial aksi aliran arus lokal dari tempat potensial berjenjang. Sebagai contoh, di neuron potensial berjenjang biasanya t.rbentuk di(impuls saraf) dihantarkan ke seluruh sel saraf, sebelum kita dendrit dan badan sel sebagai respons terhadap sinyal kimia-mengalihkan perhatian pada bagaimana sinyal dipindahkan wi yang datang. Jika potensial berjenjang ini memiliki ke-ke sel lain. kuatan cukup besar pada saat menyebar ke axon hilloch makaSebuah sel saraf, arau neuron, biasanya terdiri dari tiga dapat terbentuk potensial aksi di zona pemicu ini.bagian dasar: badan sel, dendrit, dan ahson,meskipun terdapat I Sekali terbentuk, potensial aksi dihantarkan divariasi dalam struktur, bergantung pada lokasi dan fungsi sepanjang serat saraf.neuron. Nukleus dan organel terdapat di badan sel, tempat Setelah potensial aksi terbentuk di axon hiltock, tidak lagibermunculannya banyak tonjolan yang dikenal sebagai den- diperlukan kejadian pemicu untuk mengaktifkan bagian lain serat saraf. Impuls secara otomatis dihantarkan ke seluruhdrit berbentuk seperti antena untuk meningkatkan luas per- neuron tanpa stimulasi lebih lanjut dengan satu dari dua cara perambatan: h antaran contiguo us (merambat) atau h antaranmukaan yang tersedia unruk menerima sinyal dari sel saraf sabatorik (meloncat).lain (Gambar 4-10). Sebagian neuron memiliki hingga Hantaran merambat adalah penyebaran potensial aksi di sepanjang membran mengikuti panjang akson (contiguous400.000 juluran permukaan semacam ini. Di sebagirn besar artinya \"menyentuh\" atau \"di samping pada suatu rang-neuron, membran plasma dendrit dan badan sel mengan- kaian\"). Proses ini diperlihatkan di Gambar 4- I I . Anda me-dung reseptor protein untuk mengikat pembawa pesan lihat representasi skematik potongan longitu,dinal, axon hillock dan bagian akson tepat sesudahnya. Membran di axon hillochkimiawi dari neuron lain. Karena itu, dendrit dan badan sel berada dalam puncak suatu potensial alai. Di daerah ini,adalah zona input neuron, karena komponen-komponen inimenerima dan 'mengintegrasikan bagian dalam sel positif karena Na* telah menyerbu masuk ke sinyal masuk. Di sinilah dalam sel saraf di titik ini. Bagian akson lainnya, yang masih berada dalam potensial istirahat dan negatif di bagian dalam-potensial berjenjang terbentuk sebagai respons terhadap ke- nya, dianggap inaktif. Agar potensial aksi menyebar dari daerah aktif ke daerah inaktif maka daerah inaktif harusjadian pemicu, dalam hal ini, pembawa pesan kimiawi yang mengalami depolarisasi sampai ambang sebelum dapat meng-datang. . alami potensial aksi. Depolarisasi ini terlaksana oleh aliranAkson, arau serat saraf, adalah penjuluran memanjang arus lokal antara daerah yang sudah mengalami potensial aksitubular tunggal yang menghantarkan potensial aksi meniauhi dan daerah inaktif di sebelahnya, serupa dengan aliran arusbadan sel dan akhirnya berakhir di sel lain. Akson sering yang berperan dalam penyebaran potensial berjenjang.membentuk cabang-cabang samping, atau kolateral, di Karena muatan yang berlawanan akan saling tarik, makasepanjang perjalanannya. Bagian perrama akson plus bagian arus dapat mengalir secara lokal antara daerah aktif danbadan sel tempar keluarnya akson dikenal sebagai axonhilloch. Axon hilloch adalah zona pemicu neuron, karena disinilah potensial aksi terbentuk, atau dimulai, oleh potensialberjenjang jika kekuatannya memadai. Potensial aksikemudian dihantarkan di sepanjang alson dari axon hilhchke ujung yang biasanya bercabang-cabang di terminal akson.Terminal ini mengeluarkan pembawa pesan kimiawi yangsecara bersamaan mempengaruhi banyak sel lain yang ber-kontak dengan akson ini. Karena itu, secara fungsional, alsonadalah zona penghantar neuron, dan rerminal akson mem-bentuk zona out?ut. (Pengecualian utama terhadap strukturdan organisasi fungsional khas neuron ini adalah neuron yang104 Bab 4

I o Zona lnput @ Zona lnput: Bagian tempat sinyal datang Dendrit @ zonaPemicu: dari neuron lain diterima dan Badan Sel Bagian tempat potensial aksi dimulaiNukleus @ Zona Penghantar: Bagian yang menghantarkan potensial aksi tanpa berkurang, g sering dengan jarak yang jauh f2) Zona Pemicu @ ZonaOutput: Bagian yang melepaskan neurotransmiter yang Axon hittock mempengaruhi sel lain .f3) Zona Penghantar .,/Akson (panjang bervariasi dari 1 mm hingga lebih dari 1 m)Eo Badan selE-c fl\" + (O Zona OutputL6 , )Termind Akson:J \/ Tanda panah -/=Lo menunjukkan arahoo penyaluran sinyal saraf io (b)Gambar 4-10Anatomi tipe struktural terbanyak neuron (sel saraf). (a) Kebanyakan, tetapi tidak semua neuron terdiri dari bagian-bagiandasar yang disajikan dalam gambar. (b) Mikrograf elektron yang memperjelas badan sel, dendrit, dan sebagian dari akson tipeneuron ini di dalam susunan saraf pusat.daerah inaktif sekitar baik di sisi dalam maupun sisi luar potensial aksi terbentuk dl salah satu bagian membran sel sarafmembran. Aliran arus lokal ini menetralkan arau memper- maha akan terpicu suatu siklus sed.emihian sehinga potensialkecil sebagian dari muatan yang tak seimbang di daerahinaktif; yaitu, aliran tersebut mengurangi jumlah muaran ahsi menjalar he seluruh serat secara otomatis. Dengan cara ini, akson mirip dengan sumbu perasan renteng yang hanya perluberlawanan yang dipisahkan oleh membran, menurunkan dinyalakan salah satu ujungnya. Sekali menyala maka api akan menjalar di sepanjang renreng; kita tidak perlu menya-potensial di daerah ini. Efek depolarisasi ini dengan cepat lakan setiap petasan secara terpisah.membawa daerah yang semula inaktif ke ambang, saat sa- Perhatikan bahwa potensial aksi yang asli tidak perluluran Na- berpintu voltase di bagian membran ini semua berjalan di sepanjang membran. Potensial aksi ini memicumembuka, menyebabkan potensial aksi di daerah yang se-belumnya inaktif. Sementara itu, daerah yang semula aktif, potensial aksi baru identik di daerah sekitar di membran, dankembali ke potensial istirahat akibat efluks K-. proses ini berulang di seluruh panjang akson. Analoginya Selanjutnya, di dekat daerah aktifbaru terdapat daerah adalah \"waue\" (gerakan penonron seperti geiombang) diinaktif lain, sehingga hal yang sama kembali berulang. Siklus stadion. Masing-masing bagian penonton berdiri (fase naikini mengulangi dirinya dalam suatu reaksi berantai sampai potensial aksi), lalu duduk (fase turun) dalam rangkaian satu rnenyusul yang lain s..x-akru gelomLtang menqitari statJi.rn.potensial aksi relah menyebar kc ujung aksan. Sekali suatu Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 105

l'ilil| , :.., Oaerahinaktifdidokatnya Daerahaktif berada timpit,depolarisaei akan, ;,adikpculn,ca',k:::Bote65;a1 mSn$ebafil'a*an segera Sagian akson lailr'jlia:masih ,::' berada dalam'potedsial t$tiiahat rfieflgapqi,ambang. {fl.-, -- +-+I '+ + + + + + + + + + + + + + + + + ++ +,+.,+ + 0 -50 *70 Daerahrsekitar yanCdibrawa ke Daerah lnaktif baru Daerah yang tempatdepolarisasl. ambpng qleh sebelumlyC: I alir4n,,arus lokal; alran ntenyebar; akan kini qktif di.pulcak segefamencaFil , aktif kembali ke', pcteaslat aksi potercialistirahat ambang, @ tf;l*;,, +I + + + + + + + + +.+i+::+r::+::.+ **;',+ +++'-++++++,++:#++++ .,;:rulnilGambar 4-11Hantaran merambat. Aliran arus lokal antara daerah aktif di puncak potensial aksi dan daerah inaktif sekitar yang masih beradadalam potensial istirahat mengurangi potensial di daerah inaktif sekitar ini ke arah ambang, yang memicu potensial aksi didaerah yang sebelumnya inaktif tersebut. Daerah aktif semula kembali ke potensial istirahatnya, dan daerah aktif yang barukemudian menginduksi potensial aksi di daerah inaktif di sebelahnya melalui aliran arus lokal demikian seterusnya siklusberulang di sepanjang akson.Gelombanglah, bukan penonton, yang bergerak mengelilingi gradien elektrokimia, yang pada hakikatnya identik di seluruhstadion. Demikian juga, potensial-potensial aksi baru mun- panjang akson. Karena itu, potensial aksi terakhir di ujungcul secara berurutan di sepanjang akson. Setiap potensial aksi akson identik dengan potensial.aksi semula, berapapun pan-baru dalam proses perambatan tersebut adalah kejadian lokal jang akson. Dengan demikian, satu potensial aksi menyebar\"segar\" yang bergantung pada perubahan permeabilitas dan sepanjang akson tanpa mengalami pelemahan. Dengan cara106 Bab 4

rnr, potensial aksi dapat berfungsi sebagar sinyal jarak-jauh Kedua periode ini terjadi akibat perubahan srarus saluran Naranpa penurunan arau disrorsi. dan Kt berpintu voltase saat dan setelah potensial aksi. Ketika suatu bagian membran akson sedang mengalami potensial Pe rambatan nondecrementa/ suatu potensiai aksi berbeda aksi, bagian ini tidak dapat menghasilkan potensial aksi baru.dari penyebaran denemental potensial berjenjang, yang me- berapapun kuatnya kejadian pemicu yang merangsangnya.lemah dan hilang dalam jarak pendek karena potensial initidak dapat melakukan regenerasi. Tabel 4-1 meringkaskan Periode waktu ketika suatu bagian membran yang baru meng-perbedaan antara potensial berjenjang dan potensial aksi. alami pengaktifan bersifat refrakter total (berarti \"keras ke-yang sebagian baru akan didiskusikan. pala', atau tidak responsif) terhadap stimulasi lebih lanjur dikenal sebagai periode refrakter absolut. Setelah saluranI Periode refrakter memastikan potensial aksi Na- berpintu voltase berubah ke bentuk terbuka atau aktif- nya, saluran ini tidak lagi dapat dipicu untuk terbuka sebagaimerambat ke satu-arah.Apa yang memastikan bahwa potensial aksi menjalar ke satu Daerah yang Daerah aktif baru Daerah inaktif baru di sekitararah menjauhi tempat pengaktifan awal? Dari Gambar 4-12 semula aktif kini sedang dalam yang akan menerima penye-terlihat bahwa sekali potensial ai<si terbentuk (regenerasi) di baran depolarisasi; akan kembali ke poten- puncak potensialtempat sekitar yang baru (kini positif di bagian dalamnya)dan daerah awal telah kembali ke potensial istirahat (bagian sialistirahatnya aksinyadalam kembali negatif), kedekatan muatan-muatzn yangberlawanan antara kedua daerah ini memudahkan terjadinya Aliran arus \"balik\" tidak Aliran arus \"maju\" mengaktifkanaliran arus lokal dalam arah berbalik, serta dalam arah maju mengaktifkan kembali daerah inaktif baruke bagian membran yang belum tereksitasi. Jika aliran arusbalik ini mampu membawa daerah yang baru saja mengalami daerah yang semula aktif Arah perambataninaktivasi ke ambang maka potensial aksi akan timbul kembali karena daerah ini beradadi sini, yang akan menyebar maju maupun mundur, memicu dalam periode refrakterpotensial aksi lain, dan demikian seterusnya. Tetapi jika po- Gambar 4-12tensial aksi dapat berpindah ke kedua arah, maka situasinya Manfaat periode refrakter. Aliran arus \"balik\" dicegah olehakan kacau, dengan banyak potensial aksi terpantul maju- periode refrakter. Selama potensial aksi dan sesaatmundur di sepanjang sumbu akson sampai sel saraf akhirnya sesudahnya, suatu daerah tidak dapat direstimulasi olehkelelahan. Untungnya neuron terselamatkan dari nasib buruk proses normal untuk mengalami potensial aksi lain. Karena itu, periode refrakter memastikan bahwa potensial aksi hanyapotensial bolak-balik ini oleh periode refrakter, yaitu saat dapat menjalar dalam arah maju di sepanjang akson.potensial aksi baru tidak dapat terjadi oleh proses normal dibagian yang baru saja mengalami potensial aksi. Periode refrakter memiliki dua komponen: periodere/rakter absolut dtn periode refabter relatif (Gambar 4-13).Tabel 4.1 POTENSIAL AKSIPerbandingan Potensial Berjenjang dan Potensial Aksi Respons membran tuntas-atau-gagal; kekuatan kejadianPOTENSIAL BERJENJANG pemicu menentukan frekuensi bukan amplitudo potensialPotensial berjenjang berubah; kekuatan bervariasi sesuai a ksibesar kejadian pemicu Durasi konstanDurasi bervariasi sesuai kejadian pemicu Disebarkan ke seluruh membran tanpa berkurangHantaran decremental; kekuatan melemah sesuai jarak dari kekuatannyatempat awal Regenerasi otomatis di daerah membran inaktif sekitarPenyebaran pasif ke daerah membran inaktif sekitar Periode refrakterTidak ada periode refrakter Tidak mungkin dijumlahkanDapat dijumlahkan Selalu depolarisasi dan pembalikan muatanDapat berupa depolarisasi atau hiperpolarisasi Dipicu oleh depolarisasi ke ambang, biasanya melalurDipicu oleh stimulus, oleh ikatan neurotransmiter dengan penyebaran potensial berjenjangreseptornya, atau oleh pergeseran spontan siklus bocor-pompa Terjadi di bagian membran yang banyak memiliki saluran Na.Terjadi di daerah tertentu membran yang dirancang untuk berpintu voltaseberespons terhadap kejadian pemicu Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon rc7

Periode Periode nya yang belum tertutup dan menyebabkan hiperpolarisasi refrakter refrakter persisten, sehingga diperlukan kejadian pemicu depolarisasi absolut yang lebih kuat untuk membawa membran ke ambang saat periode refrakter relatif.E *so Potensial aksi (s Permeabilitas Na+ Saat tempat semula pulih dari periode refrakternya danc c dapat kembali dirangsang oleh aliran arus normal, potensial Permeabilitas K+ aksi telah menjalar cepar dalam arah maju dan terlalu jauh-Eo O (o sehingga tidak lagi dapat mempengaruhi tempat awal. Karena it:i., periode refakter memdstihan potensial aksi merambat he c) t(ss3-o-.=e- satu aralt menyusuri akson menjauhi tempat au,,al pengaktifan. E9roE I Periode refrakter juga membatasi frekuensi =-:rdcoi(aDo oEaco potensial aksi.o E9E Periode refrakter juga berperan menentukan batas atas fre-o- 300 6=a kuensi potensial aksi; yaitu, periode ini menentukan jumlah maksimal potensial aksi baru yang dapat dimulai dan me- -70 €9o rambat sepanjang suatu serar dalam periode waktu terrentu. Tempat awal harus pulih dari periode refrakternya sebelum CFo^Qs potensial aksi baru dapat terbentuk untuk mengikuti potensial aksi sebelumnya. Lama periode refrakter bervariasi untuk 75 35s berbagai jenis neuron. Semakin lama periode refrakter, se- makin lama jeda sebelum potensial aksi baru dapat terbentuk 1 dan semakin kecil frekuensi respons sel saraf terhadap 12345678 rangsangan berulang atau berkepanjangan. Waktu (mdet)Gambar 4-13Periode refrakter absolut dan relatif. Selama periode refrakterabsolut, bagian membran yang baru mengalami potensial aksitidak dapat dirangsang kembali. Periode ini sesuai denganwaktu saat saluran Na. tidak berada dalam konformasiistirahatnya. Selama periode refrakter relatif, membran dapatdirestimulasi hanya oleh stimulus yang lebih kuat daripadayang biasanya diperlukan. Periode ini sesuai dengan waktusaat pintu Kt yang terbuka sewaktu potensial aksi belumtertutup.respons terhadap kejadian pemicu depolarisasi lain, bagai- I Potensial aksi terjadi secara tuntas-atau-gagal.manapun kuatnya, sampai potensial istirahat pulih dan sa-luran kembali berubah ke posisinya semula. Karena itu, Jika suatu bagian membran neuron mengalami depolarisasiperiode refrakter mutlak berlangsung sejak dari pembukaan ke ambang, maka terbentuk potensial aksi yang akan dise-saluran Na. berpintu voltase saat ambang, melewati penutup- barkan di sepanjang membran tanpa berkurang. Selain itu,an pintu penginaktifannya saar puncak potensial aksi, sampai sekali ambang tercapai, maka potensial aksi yang terbentukpemulihan ke potensial istirahat saat pintu pengaktifan sa- selalu maksimal. Penyebab efek ini adalah bahwa perubahanluran tertutup dan pintu penginaktifan kembali terbuka; voltase selama potensial aksi terjadi akibat perpindahan ionyaitu, sampai saluran berada dalam konformasi \"tertutup te- mengikuti penurunan gradien konsentrasi dan listrik, dan gradien ini tidak dipengaruhi oleh kekuatan kejadian pemicutapi mampu membuka\". Baru setelah itu membran dapat depolarisasi. Suatu kejadian pemicu yang lebih kuat daripada yang dibutuhkan untuk membawa membran ke ambangberespons terhadap depolarisasi lain dengan letupan pening- tidak menghasilkan potensial alsi yang lebih besar. Namun,katan P*\"' untuk memulai potensial aksi baru. Berkat adanya kejadian pemicu yang gagal mendepolarisasi membran keperiode refrakter mutlak ini, satu potensial aksi harus sudah ambang tidak akan menghasilkan potensial aksi sama sekali.selesai sebelum potensial aksi lain dapat dimulai di tempat Karena itrt, suatu membran peka rangsang berespons terhadapyang sama. Potensial aksi tidak dapat bertumpang tindih atauditambahkan di atas potensial lain secara tumpang tindih. kejadian pemicu dengan potensial aksi maksimal yang menyebar Setelah periode refrakter absolut terjadi periode refrak- tanpa berhurang ke seluruh membran, atau tidak menghasilhanter relatif, saat potensial aksi kedua dapat diproduksi hanyaoleh kejadian pemicu yang jauh lebih kuat daripada yang potensial absi sama sehali. Sifat ini disebut hukum tuntas-biasanya diperlukan. Periode refrakter relatif terjadi setelah atau-gagal (all-or-none law).potensial aksi selesai karena dua efek: inaktivasi saluran Na.berpintu voltase yang berkepanjangan dan lambatnya saluran Konsep runras-arau-gagal ini analog dengan menem-K- berpintu voltase yang terbuka saat puncak potensial aksimenutup. Selama periode ini, terdapat saluran Na- berpintu bakkan pistol. Pelatuk dapat kurang ditarik sehingga pelurutegangan, dengan jumlah lebih sedikit daripada normal, tidak meletus (ambang tidak tercapai) atau ditarik cukupberada dalam posisi siap meletup terbuka oleh kejadian kuat sehingga menyebabkan pistol menyalak (ambang ter-pemicu depolarisasi. Secara bersamaan, K* masih mening- capai). Menarik pelatuk dengan lebih keras tidak menghasil-galkan sel melalui salurannya yang lambat menurup setelah kan ledakan yang lebih besar. Demikian juga, seperti pistolhiperpolarisasi ikutan. Masuknya Na. dalam jumlah yang yang tidak dapat ditembakkan dengan separuh tarikan, kitakurang daripada norma.l, sebagai r€spons terhadap kejadian juga tidak dapat menghasilkan potensial aksi separuh.pemicu Iain dilawan oleh bocornya K- keluar melalui salLrran- Fenomena ambang memungkinkan dibedakannya rang- sangan oenting dan tidak penring atau kejadian pemicu lain-'108 Bab 4

Kbnsep, TantanEan, dan KontroversiSklerosis Multipel: Mielin-Compang-CampingSklerosis multipel (5M) adalah suatu bahwa timbulnya SM berkaitan dengan sklerosrs (artinya \"keras\") di berbagaikondisi patofisiologik di mana serat infeksi oleh bentuk tertentu virus bagian mielin yang rusak. Jaringansaraf di berbagai lokasi di seluruh herpes, H HV-6. Virus ini menyebabkan parut ini semakin mengganggu dan roseola, suatu penyakit masa bayi yang akhirnya menghambat total perambat-sistem saraf mengalami demielinasi relatif ringan dan ditandai oleh demam an potensial aksi di akson di bawahnya.(kehilangan mielin). SM adalah suatu dan ruam. Lebih dari 90% bayi Selain itu, fase peradangan yangpenyakit otoimun, di mana sistem terjangkit oleh penyakit ini. Setelahpertahanan tubuh secara keliru menimbulkan infeksi, HHV-6 akan ditandai oleh kerusakan mielin memicu fase degeneratif berikutnya yangmenyerang selubung mielin yang dorman di serat saraf. Dalam suatu ditandai oleh rusaknya akson yangmengelilingi serat saraf bermielin (oto studi baru-baru ini, peneliti menemu- kan bahwa lebih dari 70% pasien SM sakit.artinya \"diri\"; imun arlinya \"pertahan- yang dipelajari memperlihatkan bukti infeksi aktif oleh HHV-6, yang tampak- Gejala 5M sangat bervariasi,an terhadap\"). Penyakit ini mengenai nya mengalami reaktivasi bertahun- bergantung pada luas dan lokasi tahun kemudian pada para pasien ini. kerusakan mielin dan degenerasisekitar 1 dari 1000 orang di Amerika SM biasanya mulai muncul pada usia 20 sampai 40 tahun. Yang menarik, akson. Gejala tersering adalah masalahSeri kat. virus ini mungkin bekerja sebagai penglihatan, kesemutan dan baal, Banyak peneliti percaya bahwa 5M \"cermin molekular\" mielin pada kelemahan otot, gangguan orang-orang yang rentan secaraberasal dari kombinasi faktor genetik genetis; yaitu, virus memiliki beberapa keseimbangan dan koordinasi, dandan lingkungan. Sebagian orang secara f itur struktural yang sama dengan paralisis gradual. Tahap awal penyakitgenetis rentan terjangkit penyak;t ini. mielin pasien. Hal ini berarti bahwa sering ditandai oleh siklus kambuh danSaudara kandung atau orang tua antibodi yang dihasilkan terhadap pulih, sementara stadium kronik virus ini dapat secara keliru menyerang selanjutnya ditandai oleh perburukanpasien SM memiliki kemungkinan dan menyebabkan peradangan mielin. gejala yang lambat. 5M menyebabkanmengidap penyakit ini 6 sampai 10 kali hendaya tetapi tidak mematikan.lebih besar daripada populasi umum. Hilangnya mielin akibat seranganAnggota keluarga kemungkinan besar imun yang salah sasaran ini memper- Saat ini belum ada pengobatanmengalami peningkatan kerentanan lambat transmisi impuls di neuron yang yang menyembuhkan atau efektif bagiterhadap faktor-faktor lain yang dapat terkena. Terbentuk jaringan parut yang 5M, meskipun para peneliti sedangmemicu penyakit. Berbagai faktor mengeras yang dikenal sebagailingkungan diperkirakan dapat berupaya mencari cara untukmenjadi pemicu, termasuk infeksi virus, mencegah, menghentikan, atau bahkan memulihkan gejala-gejalanyatoksin lingkungan, dan defisiensivitamin D, tetapi belum ada bukti yang yang menyebabkan hendaya.meyakinkan. Di antara berbagai teoritentang SM yang menonjol adalahI Garis tengah serat juga mempengaruhi diperlukan. Memang, hal inilah yang terjadi pada banyak invertebrata. Dalam perjalanan evolusi vertebrata, kebutuhankecepatan perambatan potensial aksi. akan serat sarafyang sangat besar telah diatasi oleh pengem- bangan selubung mielin, yang memungkinkan pengirimanSelain efek mielinasi, diameter serat mempengaruhi kecepatan sinyal jarak jauh yang cepat dan ekonomis.suatu akson menghantarkan potensial aksi. Kekuatan aliranarus (yaitu, jumlah muatan yang berpindah) bergantung tidak Keberadaan sel bermielin dapat sangat bermanfaat atau sangat merugikan ketika suatu akson terpotong, bergantungsaja pada perbedaan dalam potensial antar dua regio bermuat- pada apakah kerusakan terjadi di saraftepi atau di susunan sara.fan listrik yang berdekatan tetapi juga pada resistensi atau ha- pusat (SSP). Berikutnya kita akan membahas rentang regenerasilangan terhadap perpindahan muatan listrik antara dua regio serat saraf yang rusak, suatu pokok yang sangar penting dalamtersebut. Jika diameter serat bertambah maka resistensi ter- cedera medula spinalis atau trauma lain yang mengenai sarafhadap arus lokal berkurang. Karena itu, semakin besar garistengah serat semakin cepat potensial alsi dapat dihantarkan. REGENERASI SERAT SARAF Serat besar bermielin, misalnya serat yang menyarafi Apakah suatu akson yang rerputus akan mengalami regene-otot rangka, dapat menghantarkan potensial aksi dengan rasi bergantung pada iokasinya. Akson yang terputus dikecepatan hingga 120 m/dtk (268 mllljam), dibandingkandengan kecepatan hantaran 0,7 mldtk (2 milljam) di serat susunan saraf tepi dapat mengalami regenerasi sedangkankecil tak-bermielin misalnya serat yang menyarafi saluran yang di susunan sarafpusat tidak.cerna. Perbedaan dalam kecepatan hantaran ini berkaitan I Sel Schwann memandu regenerasi akson periferdengan urgensi informasi yang disampaikan. Sinyal ke otot yang putus.rangka untuk menjalankan gerakan tertentu (misalnya, men-cegah anda jatuh ketika tersandung sesuatu) harus disalurkan Pada kasus terpotongnya akson di susunan saraftepi, bagianlebih cepat daripada sinyal untuk memodifikasi proses pen- akson yang terletak lebih iauh dari badan sel mengalamicernaan yang berjalan perlahan. Thnpa mielinasi, diameterakson di jalur saraf urgen tersebut harus sangat besar dantidak praktis untuk mencapai kecepatan hantaran yang Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 11'l

degenerasi, dan sel Schwann sekitar memfagosit debrisnya. pat mendorong pembentukan tunas-tunas serat saraf baru di tempat cedera. Baru-baru ini berhasil ditemukan salah satuSel Schwann itu sendiri menetap dan membentuk tabung inhibitor pertumbuhan saraf, yang dinamai Nogo. Kini pararegenerasi untuk menuntun serat saraf melaksanakan rege- peneliti mencoba merangsang pertumbuhan kembali aksonnerasi dalam arah yang benar. Bagian akson sisanya yang pada hewan percobaan dengan cedera medula spinalis denganterhubung ke badan sel mulai tumbuh dan maju di dalamkolom sel Schwann dengan gerakan amuboid (lihat h. 49). menggunakan antibodi terhadap Nogo.Ujung akson yang tumbuh maju \"mengendus\" jalannyadengan arah yang tepat, diruntun oleh bahan kimia yang I Peneliti lain berelsperimen menggunakan tandur sarafdikeluarkan oleh sel Schwann ke dalam tabung regenerasi.Berhasilnya regenerasi serat dirandai oleh pulihnya sensasi perifer untuk menjembatani defek di bagian medula spinalisdan gerakan beberapa waktu setelah cedera saraf perifer,meskipun regenerasi ini tidak selalu berhasil. yang cedera. Thndur ini mengandung sel Schwann, yangI Oligodendrosit menghambat regenerasi akson mengeluarkan protein-protein perangsang pertumbuhansentral yang putus. saraf.Serat di SSB yang mendapat mielin dari oligodendrosit dan I Cara lain yang menjanjikan dan sedang diteliti adalahbukan sel Schwann, tidak memiliki kemampuan regenerasiini. A.kson-akson itu sendiri sebenarnya mampu beregenerasi, transplantari olfactory ensheathing glia ke tempat yang cedera.tetapi oligodendrosit yang mengelilingi mereka menghambat Neuron olfaktorius, sel-sel yang membawa informasi tentangpertumbuhan akson, sangat berbeda dengan efek sel Schwann bau ke otak, diganti secara terarut tidak seperti kebanyakan(yang memielinasi akson perifer) yang mendorong pertum- neuron. Akson yang tumbuh dari neuron-neuron baru inibuhan saraf. Pertumbuhan saraf di otak dan medula spinalis masuk ke otak untuk membentuk koneksi fungsional dengandikontrol oleh keseimbangan rumit antara berbagai proteinpendorong pertumbuhan saraf dan protein penghambat pertum- neuron yang sesuai di otak. Kemampuan ini didorong olehbuhan saraf Selama masa perkembangan bayi, pertumbuhan olfactory ensheatlting glia l{tusul yang membungkus dansaraf di SSP dapat terjadi karena otak dan medula spinalissedang terbentuk. Para peneliti berspekulasi bahwa inhibitor memielinasi akson olfaktorius. Elsperimen-eksperimen awalpertumbuhan saraf, yang terbentuk pada akhir masa perkem- memperlihatkan bahwa transplantasi sel-sel pembentukbangan janin di selubung mielin yang mengelilingi serat SSBmungkin berfungsi sebagai \"pagar jalan\" untuk menjaga agar mielin khusus ini dapat membantu menginduksi regenerasiujung-ujung sarafbaru tidak keluar dari jalurnya yang benar. akson di SSPKarena itu, efek oligodendrosit yang menghambat pertum-buhan mungkin berfungsi untuk mensrabilkan struktur SSP I Hal lain yang memberi harapan adalah ditemukannyayang sangat rumit. sel punca saraf (lihath.7-9 dan 150). Sel-sel ini suatu hari Namun, inhibisi pertumbuhan merupakan suatu ken- mungkin dapat ditanam di medula spinalis yang rusak dandala, ketika akson perlu disambung, misalnya saat medula dirangsang untuk bermultiplikasi dan berdiferensiasi menjadispinalis terputus akibat kecelakaan. Serat sentral yang rusaksegera memperlihatkan tanda-tanda memperbaiki diri setelah neuron matang fungsional yang akan menggandkan neuronsuatu cedera, tetapi dalam beberapa minggu serar rersebur yang hilang.mulai berdegenerasi, dan terbentuk jaringan parut di tempat I Strategi baru lain yang |uga masih dalam penelitian ada,cedera yang menghambat pemulihan. Karena itu, serar lah penguraian homponen inhibitorih secara enzimatis di jaring,neuron yang rusak di otak dan medula spinalis tidak dapat an parut yang secara alami terbentuk di tempat cedera danmengalami regenerasi. menghambat tunas serat saraf baru menembus sawar ini. I Sebagian peneliti sedang mengeksplorasi cara lain untuk merangsang perbaikan alson-aftson senrral, dengan tujuan memungkinkan korban cedera medula spinalis dapat berjalan kembali. Kini anda telah melihat bagaimana potensial aksi me- rambat di sepanjang akson dan mempelajari rentang faktor- faktor yang mempengaruhi kecepatan perambatan ini. Tetapi apayang terjadi ketika potensial aksi mencapai ujung alaon? Kini kita akan mengalihkan perhatian kepada topik ini.I Para peneliti berupaya mendorong regenerasi SINAPS DAN INTEGRASI NEURONakson sentral yang terputus. Ketika mencapai terminal alson, potensial aksi membebas- kan pembawa pesan kimiawi yang mengubah aktivitas sel-CATAIAN KLINIS. Namun, pada masa mendatang, denganbantuan temuan-temuan baru yang menarik, serat yang ru- sel tempat neuron ini berakhir. Neuron dapat berakhir disak di SSP mungkin dapat diinduksi untuk melakukan rege-nerasi. Berikut adalah berbagai bidang penelitian terkait: salah satu dari tiga struktur berikut: otot, kelenjar, arau neu- ron lain. Karena itu, bergantung pada di mana suatu neuronI Para ilmuwan mampu menginduksi regenerasi signifi- berakhir, neuron dapat menyebabkan sel orot berkontrasi, kelenjar mengeluarkan sel.<resinya, neuron lain menyalurkankan saraf pada tikus yang terputus medula spinalisnya denganmenghambat secara kimiaui inhibitor pernmbuhan sarafsehingga bahan-bahan kimia penguat pertumbuhan saraf da-1'12 Bab 4

pesan listrik di sepanjang jalur saraf atau fungsi lain. Jika lnput sinaps Dendritneuron berakhir di otot atau kelenjar, maka neuron dikata- r Lihatkan menyaraff, atau memasok, struktur tersebut. Pertemuan Gambarantata saraf dan kelenjar atau otot yang disarafinya akan 4-16diterangkan kemudian. Saat ini kita akan berkonsentrasi pa-da hubungan antara dua neuron-sinaps. (Kadang-kadangkata sinaps digunakan untuk menjelaskan taut antara dua selpeka rangsang, tetapi kita akan membatasi pemakaian kataini untuk taut antara dua neuron).I Sinaps adalah taut antara neuron prasinaps danpascasinaps.Biasanya sinaps adalah hubungan antara satu terminal akson Akson l*',suatu neuron, yang dikenal sebagai neuron prasinaps, dandendrit atau badan sel neuron lain, yang dikenalsebagai neuron bermielin:,'pascasinaps. (Pra artinya\"sebelum', danpasca artinya \"sesudah\";neuron prasinaps terletak sebelum sinaps dan neuron pasca- Terminal (a)sinaps terletak sesudah sinaps). Dendrit dan, dengan tingkat Badan sel neuronyang lebih rendah, badan sel sebagian besar neuron menerimaribuan masukan sinaptik, yaitu terminal akson dari banyak !oneuron lain. Sebagian neuron di susunan saraf pusat menerima Ehingga 100.000 masukan sinaps (Gambar 4-15). C Anatomi salah satu dari ribuan sinaps ini diperlihatkan fdi Gambar 4-16a. Terminal akson suatu neuron prasinaps, .9.yang menghantarkan potensial aksinya menuju ke sinaps, Gambar 4-15berakhir di suatu pembengkakan ringan, slnalrtic bnob. Masukan sinaptik ke neuron pascasinaps. (a) GambaranSynaptic knob mengandung vesikel sinaps, yang menyimpan skematik masukan sinaps (terminal akson prasinaps) kepembawa pesan kimiawi spesifik, neurotransmiter yang te- dendrit dan badan sel sebuah neuron pascasinaps tunggal. (b)lah disintesis dan dikemas oleh neuron prasinaps. Synaptic Mikrograf elektron yang memperlihatkan terminal-terminalknob terletak dekat, tetapi sebenarnya tidak berkontak lang- akson prasinaps di sebuah badan sel pascasinaps.sung, dengan neuron pascasinaps, neuron yang potensialaksinya menjalar menjauhi sinaps. Ruang antara neuron pra-sinaps dan pascasinaps disebut celah sinaps. Arus tidak menyebar langsung dari neuron prasinaps keneuron pascasinaps karena tidak terdapat saluran di mem-bran prasinaps untuk lewatnya Nat dan K- yang bermuatanlistrik. Karena itu, potensial aksi tidak dapat lewat secaraelektris di antara dua neuron. Potensial aksi di neuronprasinaps mengubah potensial neuron pascasinaps melaluimetode kimiawi. Sinaps hanya bekerja satu arah; yaitu,neuron prasinaps menyebabkan perubahan potensial mem-bran neuron pascasinaps. tetapi neuron pascasinaps tidaksecara langsung mempengaruhi potensial neuron prasinaps.Penyebab hal ini akan jelas jika anda mempelajari kejadian-kejadian yang berlangsung di sinaps.I Neurotransmiter membawa sinyal menyeberangisuatu sinaps.Inilah kejadian-kejadian yang berlangsung di sinaps (dilukis-kan di Gambar 4-16):i. Ketika potensial aksi di neuron prasinaps telah menjalar ke terminal akson (langkah,0, perubahan potensial lo- kal ini memicu terbukanya saluran Ca2. berpintu voltase di synaptic knob. Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 113

2. Karena Ca2. jauh lebih pekat di CES dan gradien I Sebagian sinaps merangsang sementara yang listriknya mengarah ke dalam, maka ion ini mengalir ke lain menghambat neuron pascasinaps. dalam synaptic hnob rr'elahi, saluran-saluran yang ter- buka (langkah *). Setiap neuron prasinap biasanya hanya mengeluarkan satu neurotransmiter; namun, neuron yang berbeda mengeluar-3. Ca2* memicu pelepasan neurotransmiter dari sebagian kan neurotransmiter yang berbeda pula. Setelah berikatan dengan reseptornya di membran subsinaps, berbagai neuro- vesikel sinaps ke dalam celah sinaps (langkah S). Pele- transmiter ini menyebabkan beragam perubahan permeabili- pasan ini terlaksana dengan eksositosis. tas ion. Terdapat duajenis sinaps, bergantung pada perubah- an permeabilitas yang ditimbulkannya di neuron pascasinaps4. Neurotransmiter yang dibebaskan berdifusi menye- oleh ikatan neurotransmiter spesifik dengan reseprornya: sinaps ehsitatorik dan sinaps inhibitorih. berangi celah dan berikatan dengan reseptor protein spesifik di membran subsinaps, bagian membran pasca- SINAPS EKSITATORIK sinaps yang tepat berada di bawah ,tna?tic knob (sub Di sinaps eksitatorik, respons terhadap pengikatan suaru neu- rotransmiter ke reseptornya adalah terbukanya saluran kation artinya \"di bawah') (langkah,4). spesifik di membran subsinaps yang memungkinkan lewatnya Na- dan K. melalui saluran tersebut (lni adalah tipe saluran yang5. Pengikatan ini memicu terbukanya saluran-saluran ion berbeda dari yang pernah anda jumpai sebelumnya). Karena itu, permeabilitas terhadap kedua ion ini meningkat pada saat yang spesifik di membran subsinaps, mengubah permeabilitas sama. Seberapa banyak ion yang berdifusi melalui saluran kation neuron pascasinaps terhadap ion (langkah g). Ini adalah yang terbuka bergantung pada gradien elektrokimiawinya. Pada saluran-saluran berpintu kimiawi, yang berbeda dari potensial istirahat, gradien konsentrasi dan listrik untuk Na- saluran berpintu voltase yang berperan dalam pemben- tukan potensial aksi dan influks Ca'- ke dalam synaptic knob.Karena terminal prasinaps mengeluarkan neurotransmiterdan membran subsinaps neuron pascasinaps memiliki resep-tor untuk neurotransmiter tersebut maka sinaps hanya dapatberoperasi dalam arah dari neuron prasinaps ke neuronpascasinaps.:i;i:l:,.,. rri:::,:.-: e Potensial aksi menjalar ke ujung sebuahi::i::!i!:3!:!!.:, neuron prasrnaps @C(u?lu\"ngmapsrausktnkaepss)ynaptic knob @ Neurotransmiter dibebaskan dengan eksositosis ke dalam celah sinaps @ Neurotransmiter berikatan dengan reseptor di neuron pascasinaps ($) Saluran ion tertentu membuka - di membran subsinaps (a) (b)Gambar 4-16Struktur dan fungsi sinaps. (a) Gambaran skematik struktur sinaps tunggal. Angka dalam lingkaran menunjukkan rangkaiankejadian yang berlangsung di sinaps. (b) Gambar pembesaran memperlihatkan pembebasan neurotransmiter dengan eksositosisdari terminal akson prasinaps dan pengikatan dengan reseptoryang spesifik untuknya di membran subsinaps n\"uionpascasinaps.114 Bab 4

mendorong perpindahan ion ini masuk ke neuron pascasinaps, c +30sementara hanya gradien konsentrasi untuk K. yang mendorongperpindahan ion ini keluar. Karena itu, perubahan permeabilitas fo^ r--yang terpicu di sinaps eksitatorik menyebabkan perpindahansedikit ion Kt keluar neuron pascasinaps, sementara ion Na- -cSo(ooo- 0dalam jumlah relatif besar secara bersamaan masuk ke neuronini. Hasilnya adalah perpindahan netto ion positif ke dalam sel. ::cHal ini menyebabkan bagian dalam membran sedikit kurangnegatif daripada saat potensial istirahat sehingga menimbulkan C6depo Ia ri sas i kec i I neuron pascasi naps. '6(E Pengaktifan satu sinaps eksitatorik dapat menyebabkan cO-depolarisasi neuron pascasinaps yang mencapai ambang. Terlaiu !0)sedikit saluran yang terlibat di satu membran subsinaps untuk Imemungkinkan perpindahan ion yang adekuat untuk mengu-rangi potensial menuju ambang. Namun, depolarisasi ringan ini 15 25 35membawa neuron pascasinaps lebih dekat ke ambang. mening-katkan kemungkinan bahwa ambang akan tercapai (sebagai Waktu (mdet)respons terhadap input eksitatorik selanjutnya) dan akan timbul (a)potensial aksi. Yaitu, membran kini lebih peka rangsang (lebihmudah mencapai ambang) daripada saat istirahat. Karena itu, :^oc +30 Potensialperubahan potensial pascasinaps yang terjadi di sinaps eksitato- ambang P*t>r 'rik ini disebut potensial pascasinaps eksitatorik (PPE) So(Gambar 4-l-a). c(E -.LcSINAPS INHIBITORIK !o9(05 -50Di sinaps inhibitorik, pengikatan neurotransmiter yang berbeda q)dengan reseptornya meningkatkan permeabilitas membran sub- o_ -70sinaps terhadap K. atau Cl. Pada keadaan tersebut kasus,perpindahan ion yang terjadi biasanya menyebabkan 515253545hiperpolarisasi hecil nevon pascasinaps-yaitu, negativitas bagian Waktu (mdet)dalam yang lebih besar. Pada peningkatan P**, lebih banyak fiiannlb;*i ,i]l-'l ? (b)muatan positif keluar dari sel melalui efluks K., meninggalkan Potensial pascasinaps.muatan lebih negatif di bagian dalam sel. Untuk menimbulkanhiperpolarisasi membran pada peningkatan P.,-, lebih banyak (a) Sinaps eksitatorik. Potensial pascasinaps eksitatorik (PPE)muatan negatif masuk ke sel dalam bentuk ion Cl', karena disebabkan oleh aktivasi masukan prasinaps eksitatorik yangkonsentrasi Cl- di luar sel jauh lebih tinggi, daripada yang membawa neuron pascasinaps mendekati potensial ambang.terdorong keluar oleh gradien listrik yang terbentuk oleh (b) Sinaps inhibitorik. Potensial pascasinaps inhibitorik (PPl)potensial membran istirahat (lihat h. 87). Pada keduanya, disebabkan oleh aktivasi masukan presinaps inhibitorik yang membawa neuron pascasinaps jauh dari potensial ambang.hiperpolarisasi kecil ini membawa potensial membran semakinjauh dari ambang (Gambar 4-17b), memperkecil kemungkinan PENUNDAAN SINAPSbahrna neuron pascasinaps akan mencapai ambang dan Perubahan sinyal listrik di neuron prasinaps (potensial aksi)mengalami potensial atr<si. Yaitu, membran kini kurang peka menjadi sinyal listrik di neuron pascasinaps (PPE atau PPI) dengan cara kimiawi (melalui ikatan neurotransmiter-resep-rangsang (lebih sulit dibawa ke ambang oleh masukan eksitatorik)dibandingkan ketika keadaan istirahat. Membran dikatakan tor) memerlukan waktu. Penundaan sinaps ini biasanyaterhambat oleh keadaan ini, dan hiperpolarisasi kecil sel pasca- berlangsung selama 0,5 sampai 1 mdet. Di jalur saraf sinyalsinaps disebut potensial pascasinaps inhibitorik (PPI). Di sel yang potensial keseimbangannya untuk Cl- sama sering harus melewati rangkaian neuron. Semakin kompleks jalurnya, semakin besar penundaan sinaps dan semakin lamapersis dengan potensial istirahat, peningkatan P.,- tidak me- wahtu reaksi total (waktu yang diperlukan untuk beresponsnyebabkan hiperpolarisasi karena tidak terdapat gaya pen- terhadap kejadian tertentu).dorong untuk memindahkan C1-. Pembukaan saluran Cl'di I Setiap ikatan neurotransmiter-reseptorsel-sel ini cenderung menahan membran pada potensial menghasilkan respons yang sama.istirahatnya, mengurangi kemungkinan tercapainya ambang. Banyak bahan kimia berfungsi sebagai neurotransmiter (Thbel Perhatikan bahwa PPE dan PPI dihasilkan oleh pem- 4-2). Meskipun neuroffansmiter bervariasi dari satu sinaps kebukaan saluran-saluran berpintu kimiawi, tidak seperti po-tensial aksi, yang dihasilkan oleh pembukaan saluran-saluranberpintu voltase. Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 115

+*.nUei t..,,.''..,,., t ..i,i, ';:ii.ri spesifik di dalam membran subsinaps, arau secara aktif diserap , 1,,t.i',,,...,.i .,'r kembali ke terminal alson oleh mekanisme transpor diBebcirapa Neu rofianrOiterr,Urnum, l .i'. ..: membran prasinaps. Setelah dikembalikan, neurorransmirer r, dapat disimpan dan dibebaskan di lain waktu (didaur-ulang) sebagai respons terhadap potensial aksi berikutny^ ataLLAsetilkolin Histamin dihancurkan oleh enzim-enzim di dalam sTnaptic knob. MetodeDopamin Glisin yang digunakan bergantung pada masing-masing sinaps.Norepinefrin GlutamatEpinefrin AspartatSerotonin Asam gama-aminobutirat (GABA) I Potensial pascasinaps akhir bergantung pada jumlah aktivitas semua input prasinaps.sinaps lain, narnun sinaps tertentu selalu mengeluarkan neuro- PPE dan PPI adalah potensial berjenjang. Tidak seperti potensial aksi, yang berperilaku sesuai hukum tuntas-atau-transmiter yang sama. Selain itu, di suatu sinaps, pengikatan gagal, potensial berjenjang dapat memiliki kekuatan yangneurotransmiter dengan reseptor subsinapsnya yang sesuai berbeda-beda, tidak memiliki periode refrakteg dan dapat dijumlahkan (ditambahkan ke atas potensial aksi lain). Apaselalu menyebabkan perubahan permeabilitas and perubahan mekanisme dan arti penjumlahan?potensial membran pascasinaps yang sama. Yaitu, responsterhadap kombinasi neurotransmiter-resepror tertentu selalu Proses-proses yang terjadi di sebuah sinaps menyebab-sama. Ikatan ini tidak menyebabkan PPE pada suatu keadaan kan PPE atau PPI di neuron pascasinaps. Tetapi jika satu PPEdan menghasilkan PPI pada saat yang lain. Sebagian neu- tidak dapat membawa neuron pascasinaps ke ambang danrotransmiter (misalnya glutamat, neurotransmiter eksitatorik PPI membawanya menjauhi ambang, bagaimana suatu po-paling umum di otal<) biasanya menyebabkan PPE, sementara tensial aksi dapat terbentuk di neuron pascasinaps? Jawaban- nya terletak pada ribuan masukan prasinaps yang biasanyayang lain (misalnya asam gtlma-aminobutirat, atau GABA, diterima oleh badan sebuah neuron pascasinaps dari banyakneurouansmiter inhibitorik urama otak) selalu menyebabkan neuron lain. Sebagian dari masukan prasinaps ini mungkinPPI. Neurotransmiter yang lain (misalnya nore?inefin) cvkrp membawa informasi sensorik dari lingkungan; sebagianbervariasi, menghasilkan PPE di satu sinaps dan PPI di sinaps mungkin memberi sinyal adanya perubahan internal dalam keseimbangan homeostatik; yang lain mungkin membawayanglain; yaitu dapat terjadi perbedaan perubahan permeabiiitas sinyal dari pusat kontrol di otak; dan yang lain lagi mungkindi neuron pascasinaps sebagai respons terhadap ikatan satu membawa informasi lain. Pada setiap waktu, sebagian neuronneutotransmiter yang sama dengan reseptor subsinaps neuron prasinaps ini (mungkin ratusan) mungkin melepaskan muat-pascasinaps yang berbeda. an sehingga mempengaruhi tingkat aktivitas neuron pasca- Umumnya setiap terminal akson hanya mengeluarkan sinaps. Potensial total di neuron pascasinaps, potensialsatu neurotransmiter. Namun, bukti-bukti terakhir meng-isyaratkan bahwa pada beberapa kasus dapat rerjadi pelepasan pascasinaps akhir, adalah gabungan dari semua PPE dandua neurotransmiter berbeda secara bersamaan dari satu PPI yang terjadi pada waktu yang hampir bersamaan.terminal akson. Sebagai contoh, glisin dan GABA, di manakeduanya menyebabkan efek inhibitorik, dapat dikemas dan Neuron pascasinaps dapat dibawa ke ambang melalui duadibebaskan dari vesikel sinaps yang sama. Para ilmuwan ber- cara: (1) penjumlahan uaktu/temporal dan (2) penjumlahanspekulasi bahwa glisin yang bekerja cepat dan GABA yangbekerja lebih lambat mungkin saling melengkapi satu sama ruanghpesial. Untuk menggambarkan metode penjumlahanlain dalam mengontrol aktivitas yang bergantung pada ke- ini, kita akan meneliti kemungkinan interaksi tiga masukantepatan waktu-misalnya koordinasi gerakan kompleks. prasinaps - dua masukan eksitatorik (Exl dan Ex2) dan satuI Neurotransmiter cepat dibersihkan dari celah masukan inhibitorik (Inl)-pada sebuah neuron pascasinapssinaps. hipotetis (Gambar 4-18). Rekaman yang diperlihatkan di gambar mencerminkan potensial di sel pascasinaps. IngatlahSelama neurotransmiter tetap terikat ke reseptornya maka selama pembahasan kita renrang versi yang sangar disederha- nakan ini bahwa sebenarnya terdapat ribuan sinaps berinter-perubahan permeabilitas membran yang menyebabkan PPE aksi dengan cara yang sama pada sebuah badan sel dan dendrit-atau PPI akan berlanjut. Namun, neurotransmiter harus dendritnya.diinaktiftan atau disingkirkan setelah menimbulkan respons PENJUMLAHAN WAKTUyang sesuai di neuron pascasinaps sehingga \"piring\" pascasinapskembali \"bersih' untuk siap menerima pesan lain dari input Misal Exl memiliki potensial aksi yang menyebabkan PPE di n€uron pascasinaps. Jika kemudian, setelah PPE, ini lenyap,prasinaps yang sama atau yang lain. Karena itu, setelah potensial alai lain terjadi di Ex1, maka muncul PPE denganberikatan dengan reseptor pascasinaps, neurotransmiter di- kekuatan setara (panel A di Gambar 4-18). Kemudian,bersihkan dan respons dihentikan. Beberapa mekanisme dapatmenyingkirkan neurotransmiter: Neurotransmiter mungkin anggaplah Exl memiliki dua potensial aksi yang berturutanberdifusi menjauhi celah sinaps, diinaktifkan oleh enzim (panel B). Potensial aksi pertama di Exl menghasilkan PPE116 Bab 4

di membran pascasinaps. Sementara membran pascasinaps C). Potensial aksi di Exl atau Ex2 akan menghasilkan PPE dimasih mengalami depolarisasi parsial akibat PPE pertama ini,potensial aksi kedua di Ex1 menghasilkan PPE kedua. PPE neuron pascasinaps; namun, masing-masing masukan tersebut tidak dapat membawa membran ke ambang untuk memicukedua menambah PPE pertama, membawa membran ke potensial aksi pascasinaps. Tetapi potensial aksi secara ber-ambang sehingga terbentuk potensial aksi di neuron pasca- samaan di Ex1 dan Ex2 menghasilkan PPE yang saling mem-sinaps. Potensial berjenjang tidak memiliki periode refrakter perkuat, membawa membran pascasinaps ke ambang sehinggasehingga efek aditifini dapat terjadi. dapat terjadi potensial aksi. Penjumlahan beberapa PPE yang berasal dari beberapa masukan prasinaps yang datang ber- Penjumlahan beberapa PPE yang terjadi sangat berde-katan dari aspek waktu akibat lepas muatan berturutan dari samaan (yaitu, dari berbagai titik dalam \"ruang\") dikenalsebuah neuron pascasinaps ini dikenal sebagai penjumlahan sebagai penjumlahan ruang/spasial. Karena itu, cara keduawaktu/tempo nl (tempus artinya ' waktu '). Dalam kenyataan, untuk memicu potensial aksi di sel pascasinaps adalah melalui pengaktifan beberapa masukan eksitatorik secara bersamaan.situasinya jauh lebih rumit daripada yang baru dijelaskan. Dalam kenyataannya, diperlukan hingga 50 PPE simultan untuk membawa membran pascasinaps ke ambang. Mungkin diperlukan penjumlahan hingga 50 PPE Demikian juga, PPI dapat mengalami penjumlahanuntuk membawa membran pascasinaps ke ambang. Setiap waktu dan ruang. Namun, karena PPI saling memperkuatpotensial aksi di sebuah neuron prasinaps memicu pengo-songan vesikel sinaps dalam jumlah tertentu. Karena itu, maka membran menjadi semakin jauh dari ambang.jumlah neurotransmiter yang dibebaskan dan besar perubah-an pada potensial pascasinaps berbanding lurus dengan PENGURANGAN PPE DAN PPI YANG TERJADIfrekuensi potensial aksi prasinaps. Karena itu, salah satu cara BERSAMAANuntuk membawa membran pascasinaps ke ambang adalahmelalui eksitasi berulang cepat dari satu masukan persisten. Jika masukan eksitatorik dan inhibitorik diaktifkan secara ber- sarrraan maka PPE dan PPI tersebut sedikit banyak saling me-PENJUMLAHAN RUANG niadakan. Tingkat pengurangan ini bergantung pada kekuatan masing-masing. Pada kebanyakan kasus, potensial membranMarilah kita lihat apa yang terjadi di neuron pascasinaps jika pascasinaps tetap dekat dengan potensial istirahat (panel D).kedua masukan eksitatorik dirangsang secara bersamaan (panel t l':'io.',.ri.i ', O FPPsi6lju*lm#:le' h;aif'ir'tl Penundaan E PPE-PPISel pascasinaps a +30 '@C Potensial ambang 3G 0 Potensial oo istirahat c6 oc b -50 E E -70 oc o CL Waktu (mdet) Panel @ Jika sebuah input prasinaps eksitatorik (Exl) dirangsang kedua kalinya setelah PPE pertama di sel pascasinaps mereda, maka akan terjadi PPE kedua dengan kekuatan yang sama. eanet @ Namun, jika Ex1 dirangsang kedua kalinya sebelum PPE pertama mereda, maka PPE kedua akan memperkuat, atau menambah PPE pertama, menghasilkan penjumlahan temporal, yang dapat membawa sel pascasinaps ke ambang. tlpanel Sel pascasinapsjuga dapatdibawa ke ambang oleh penjumlahan spasial PPE yang ditimbulkan oleh pengaktifan secara - bersamaan dua (Exl dan Ex2) atau leb h input prasinaps eksitatorik. eanet @ Pengaktifan simultan sebuah input prasinaps eksitatorik (Exl) dan inhibitorik (lnl) tidak mengubah potensial pascasinaps, karena PPE dan PPI Vanq teriadi salinq meniadakan.Gambar 4-18Penentuan potensial pascasinaps akhir oleh penjumlahan aktivitas masukan'masukan prasinaps. Dua masukan prasinapseksitatorik (Exl dan Ex2) dan satu inhibitorik (ln1) berakhir di neuron pascasinaps hipotetis ini. Tampak rekaman potensialneuron pascasinaps. Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 117

PENTINGNYA INTEGRASI NEURON PASCASINAPS berfungsi sebagai alat komputasi rumit, atau integraror. Dendrit berfungsi sebagai prosesor utama informasi yangKekuatan PPA bergantung pada jumlah aktivitas di semua datang. Dendrit menerima dan menghitung sinyal yang da- tang dari semua neuron prasinaps. Keluaran setiap neuronmasukan prasinaps dan, sebaliknya, menenrukan apakah sua-tu neuron akan mengalami potensial aksi untuk menyalurkan dalam bentuk frekuensi potensial aksi ke sel lain (sel otot, selinformasi ke sel tempat berakhirnya neuron. Contoh berikutyang telah sangat disederhanakan mempedihatkan manfaat kelenjar, atau neuron lain) mencerminkan keseimbanganintegrasi neuron ini. Penjelasannya tidak benar-benar akurat aktivitas masukan yang diterimanya melalui PPE atau PPIsecara teknis, tetapi prinsip penjumlahannya benar. dari ribuan neuron lain yang berakhir padanya. Setiap neuron pascasinaps menyaring dan tidak menyalurkan informasi Misalnya, demi menyederhanakan, berkemih dikontrol yang diterimanyayz;ng tidak cukup signifikan untuk mem-oleh sebuah neuron pascasinaps yang menyaraft kandung ke- bawanya ke ambang. Jika setiap potensial aksi di setiap neu-mih. Ketika neuron ini melepaskan muaran, kandung kemih ron prasinaps yang berhubungan dengan neuron pascasinapsberkontraksi. (Sebenarnya kontrol volunter atas berkemih di- tertentu harus menimbulkan potensial aksi di neuron pasca-lakukan oleh integrasi pascaneuron di neuron yang mengon- sinaps tersebut maka jalur saraf akan dipenuhi oleh informasitrol sfingter uretra eksternus, bukan oleh kandung kemih itu \"remeh\". Hanya jika suatu sinyal prasinaps eksitatorik diper-sendiri). Sewaktu kandung kemih mulai terisi oleh urin dan kuat oleh sinyal penunjang lain melalui penjumlahan barulahteregang, terpicu suatu refleks yang akhirnya menghasilkan informasi diteruskan. Selain itu, interaksi potensial pasca-PPE di neuron pascasinaps yang berperan menyebabkan sinaps merupakan suatu cara bagi sekelompok sinyal untuk meniadakan kelompok lain (PPI menegasikan PPE). Hal inikontraksi kandung kemih. Pengisian parsial kandung kemihtidak cukup menghasilkan eksitasi untuk membawa neuron memungkinkan derajat diskriminasi menjadi lebih halus dantersebut ke ambang sehingga berkemih tidak terjadi (panel A kontrol dalam menentukan informasi apa yang akan diterus-Gambar 4-18). Seiring dengan semakin penuhnya kandung kan.kemih, frekuensi potensial aksi meningkat secara progresif dineuron prasinaps yang memberi sinyal kepada neuron pasca- Marilah kita sekarang melihat bagaimana potensial aksi dibentuk di axon hillock.sinaps tentang tingkat pengisian kandung kemih (Exl di I Potensial aksi dimulai di axon hillock karenapanel B). Ketika frekuensi telah cukup besar sehingga PPE bagian ini memiliki ambang paling rendah.mengalami penjumlahan temporal hingga ke ambang, neuron Potensial ambang tidak sama di seluruh neuron pascasinaps.pascasinaps mengalami potensial aksi yang merangsang kon- Ambang terendah terdapat di axon hillock, karena bagian initraksi kandung kemih. memiliki kepadatan saluran Na. berpintu voltase paling tinggi dibandingkan dengan bagian neuron lainnya. Tinggi- Bagaimana jika waktunya kurang tepar unruk berkemih? nya kepadatan saluran peka voltase ini menyebabkan axon hillock iauh lebih peka daripada dendrit atau badan sel ter-PPI dapat dihasilkan di neuron pascasinaps kandung kemih hadap perubahan potensial. Bagian,bagian yang terakhir me-oleh masukan-masukan prasinaps yang berasal dari pusat- miliki ambangyangjauh lebih tinggi daripada axon hillock.pusat yang lebih tinggi di otak dan berperan atas kontrol Karena aliran arus lokal maka perubahan pada potensial membran (PPE atau PPI) yang terjadi di mana saja di dendritvolunter (In1 di panel D). PPI 'volunter\" ini berefek atau badan sel menyebar ke seluruh dendrit, badan sel, dan axon hillock. Ketika terjadi penjumlahan PPE, ambang axonmengurangi \"refleks\" PPE yang dipicu oleh peregangan hilhck yanglebih rendah akan tercapai lebih dahulu, semen-kandung kemih. Karena itu, neuron pascasinaps tetap pada tara untuk dendrit dan badan sel, pada potensial yang sama,potensial istirahat dan tidak mengalami potensial aksi masih berada jauh di bawah ambangnya (yang lebih tinggi). Karena itu, potensial aksi berasal dari axon hillock dan men-sehingga kandung kemih dapat dicegah agar tidak berkontraksi jalar dari sini ke ujung akson.dan mengosongkan isinya meskipun penuh. I Neuropeptida terutama berfungsi sebagai Bagaimana jika kandung kemih hanya berisi sebagian neuromodulator.sehingga masukan prasinaps yang berasal dari sumber inikurang cukup untuk membawa neuron pascasinaps ke Selain berbagai neurorransmiter ldasik yang baru dijelaskan,ambang untuk menimbulkan kontraksi kandung kemih,sementara yang bersangkutan perlu mengeluarkan urin un- sebagian neuron juga mengelu arkan neurop eptida. I\ europep-tuk analisis laboratorium? Yang bersangkutan dapat secara tida berbeda dari neurorransmiter klasik dalam beberapasengaja mengaktifkan neuron prasinaps eksitatorik (Ex2 di aspek penting (Tabel 4-3). Neurotransmiter klasik adalahpanel C). PPE yang berasal dari neuron ini dan PPE neuronprasinaps yang diaktifkan oleh refleks (Ex1) mengalami pen- molekul kecil kerja cepat yang biasanya memicu pembukaanjumlahan spasial agar neuron prasinaps mencapai ambang. saluran ion spesifik untuk menimbulkan perubahan potensialHal ini menghasilkan potensial aksi yang diperlukan untukmerangsang kontraksi kandung kemih meskipun kandung di neuron pascasinaps (PPE atau PPI) dalam beberapakemih belum penuh. Contoh ini menggambarkan pentingnya integrasi neu-ron pascasinaps. Setiap neuron pascasinaps dapat dikatakan\"menghitung\" semua masukan yang diterimanya dan meng-ambil \"keputusan\" mengenai apakah informasi perlu diterus-kan (yaitu, apakah ambang tercapai dan tercipta potensialaksi yang disalurkan melalui akson). Dengan cara ini, neuron118 Bab 4

milidetik atau kurang. Kebanyakan neurotransmiter klasik neuromodulator dapat mempengaruhi kadar suatu enzim yangdisintesis dan dikemas secara lokal di vesikel sinaps di sitosol berperan dalam sintesis suatu neurotransmiter di neuron pra-terminal akson. Pembawa pesan kimiawi ini terutama adalah sinaps, atau mengubah sensitivitas neuron pascasinaps terha- dap neurotransmiter tertentu dengan menimbulkan perubahanasam amino atau senyawa yang serupa. jangka panjang pada jumlah reseptor subsinaps untuk neuro- transmiter tersebut. Karena itu, neuromodulator secara tetap Neuropeptida adalah molekul yang lebih besar dan terdiri mengatur respons sinaps. Efek dapat bertahan beberapa haridari 2 sampai 40 asam amino. Molekul ini disintesis di badan atau bahkan beberapa bulan atau tahun. Sementara neuro-sei neuron di retikulum endoplasma dan kompleks Golgi (lihat transmiter berperan dalam komunikasi cepat antara neuron-h. 28) untuk kemudian dipindahkan dgngan uanspor akson di neuron, neuromodulator lebih berperan dalam efek-efek jang-sepanjang \"jalan tol\" mikrotubulus ke terminal akson (lihat h. ka panjang, misalnya belajar dan motivasi.45). Neuropeptida tidak disimpan di dalam vesikel-vesikel si-naps kecil seperti neurotransmiter klasik, tetapi dikemas dalam Yang menarik, neuromodulator yang dilepaskan di sinaps mencakup banyak bahan yang juga memiliki peran tersendirivesikel berinti padat besar, yang jrga terdapat di terminal sebagai hormon yang dilepaskan ke dalam darah dari jaringanakson. Vesikel berinti-padat ini mengalami eksositosis (di- endolrin. Sebagai contoh, kolesistokinin (CCK) adalah hor-indutr<si oleh Ca'?-) dan membebaskan neuropeptida pada saat mon terkenal yang dikeluarkan oleh usus halus. Di antarayang sama dengan pelepasan neurotransmiter dari vesikel si-naps. Sebuah terminal akson biasanya hanya mengeluarkan berbagai aktivitasnya pada pencernaan, CCK menyebabkansatu jenis neurotransmiter klasik, tetapi terminal yang samajuga mungkin mengandung satu atau lebih neuropeptida yang kontraksi kandung empedu dan pelepasan empedu ke dalamjuga dikel uarkan bersama neurorransmiter. usus, seperri akan dijelaskan lebih lengkap di Bab 16. CCK juga ditemukan di vesikel terminal akson di otak, tempat zat Meskipun neuropeptida saat ini banyak diteliti namun ini dipercayai menyebabkan rasa ddak lagi lapar. Pada banyak keadaan, neuropeptida diberi nama berdasarkan perannyapengetahuan kita tentang fungsi dan kontrolnya masih terba- pertama kali sebagai hormon, misalnya kolesistokinin (Zale artinya \"empedu'; sisto artinya \"kandung kemibi'; kinin artinyatas. Senyawa ini diketahui berdifusi secara lokal dan bekerja \"kontralsi\"). Sejumlah pembawa pesan kimia tampaknya me- miliki banyak fungsi, bergantung pada sumber, distribusi, danpada neuron sekitar pada konsentrasi yang jauh lebih rendahdaripada yang dilakukan neurotransmite! dan senyawa ini interaksinya dengan berbagai jenis sel.menimbulkan respons yang lebih lambat dan berkepanjangan. I lnhibisi atau fasilitasi prasinaps dapat secaraSebagian neuropeptida yang dibebaskan di sinaps mungkin selektif mengubah efektivitas input prasinaps.berfungsi sebagai neurotransmiter sejati, tetapi sebagian besar Selain neuromodulasi, inhibisi atau fasilitasi prasinaps adalahdipercayai berfungsi sebagai neuromodulator. Neuromodula- cara lain untuk menekan atau meningkatkan efektivitas sinaps. Kadang suatu neuron ketiga dapat mempengaruhi aktivitastor adalah pembawa pesan kimiawi yang tidak menyebabkan antara ujung prasinaps dan neuron pascasinaps. Terminal aksonpembentukan PPE atau PPI, tetapi menimbulkan perubahanjangka panjang yang secara samar memodulasi-menekan ata:umeningkatkan-kerja sinaps. Bahan ini berikatan denganreseptor neuron di tempat nonsinaps-yaitu, bukan di mem-bran subsinaps-dan tidak secara langsung mengubah permea-bilitas dan potensial membran. Neuromodulator dapat bekerjadi tempat prasinaps maupun pascasinaps. Sebagai contoh,Tabel 4-3Perbandingan Neurotransmiter Klasik dan NeuropeptidaKARAKTERISTIK NEUROTRANSMITER KLASIK NEUROPEPTIDAUkuran Kecil; satu asam amino atau bahan kimia serupa Besar; panjang 2 sampai 40 asam aminoTempat Pembentukan Sii.osol synaptic knob Retikulum endoplasma dan kompleks Golgi diTempat Penyimpanan Di vesikel sinaps yang kecil di terminal akson badan sel; berjalan ke synaptic knob denganTempat Peiepasan Terminal akson transpor aksonKecepatan dan Lama Kerjaiempat Kerja Respons cepat, singkat Di vesikel besar berinti padat di terminal akson Membran subsinaps sel pascasinapsEfek Terminal akson; dapat disekresikan bersama Biasanya mengubah potensial sel pascasinaps dengan neurotransmiter dengan membuka saluran ion tertentu Respons lambat, berkepanjangan Bagian nonsinaps di sel prasinaps atau pascasinaps dengan konsentrasi yang jauh lebih rendah daripada neurotransmiter klasik Biasanya meningkatkan atau menekan efektivitas sinaps melalui perubahan jangka panjang pada sintesis neurotransmiter atau reseptor pascasinaps (bekerja sebagai neuromodu lator). Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 119

prasinaps (berlabel A di Gambar 4-19) dapat disarafi oleh I Obat dan penyakit dapat memodifikasi transmisiterminal alson lain (berlabel B). Neurotransmiter yangdibebaskan dari terminal modulatorik B berikatan dengan di sinaps.reseptor di terminal A. Pengikatan ini mengubah jumlahneurouansmiter yang dikeluarkan dari terminal A sebagai CACATAN KLINIS. Sebagian besar obat yang mempengaruhi sistem saraf bekerja dengan mengubah mekanisme di sinaps.respons terhadap potensial alsi. Jika jumlah neurotransmiter Obat-obat sinaptik ini dapat menghambat efek yang tidak di-yang dibebaskan dari A berkurang maka fenomenanya dikenal inginkan atau meningkatkan efek yang diinginkan. Kemungkin-sebagai inhibisi prasinaps. Jika pelepasan neurouansmirer an obat bekerja melalui (1) perubahan sintesis, transpor akson, penyimpanan, atau peiepasan suatu neurotransmiter; (2) modi-ditingkatkan maka efeknya disebut fasilitasi prasinaps. ffkasi interaksi neurorransmiter dengan resepror pascasinaps; (3) pengaruh pada penyerapan kembali atau penguraian neuro- Marilah kita melihat lebih dekat bagaimana proses ini transmiter; dan (4) pengganrian neurorransmirer yang kurangbekerja. Anda mengetahui bahwa masuknya Ca2. ke dalam dengan transmiter penggan ti.terminal akson menyebabkan pelepasan neurotransmiter me-lalui eksositosis vesikel sinaps. Jumlah neuroransmirer yang Perekaman potensial sel pascasinaps Cdibebaskan dari terminal A bergantung pada berapa banyakCi. yang masuk ke terminal ini sebagai respons terhadap jr4l1i\"potensial aksi. Masuknya Ca'- ke dalam terminal A, sebaliknya, .ltrdapat dipengaruhi oleh aktivitas di terminal B modulatorik. co(J '::, il\"vtMarilah kita gunakan inhibisi prasinaps untuk menjelaskannya fco(Gambar 4- I 9). Jumlah neurotransmir er yangdikeluarkan dari Eterminal A prasinaps, suatu input eksitatorik pada contoh kita, omempengaruhi potensial di neuron pascasinaps tempat termi- (Enal ini berakhir (berlabel C di gambar). Lepas muatan A '6c oa(Esendirian, menyebabkan PPE di neuron pascasinaps C. Marilahkita anggap B terangsang secara simukan bersama A. Ketika o-neurotransmirer dari terminal B berikatan di terminal A, Eocomasutnya Cal ke dalam terminal A berkurang. Penurunan opemasukan Ca2. berarti pelepasan neurotransmiter dari A juga o-berkurang. Perhatikan bahwa neuron B modulatorik dapat Waktu (mdet)menekan pelepasan neurorransmiter dari A hanya jika A me-lepaskan muatan. Jika inhibisi prasinaps oleh B ini mencegah A Garnbar 4-19 lnhibisi prasinaps. A, suatu ujung terminal eksitatorik pada selmengeluarkan neurotransmiternya, maka pembentukan PPE di pascasinaps C, disarafi oleh terminal B inhibitorik. Stimulasi terminal A saja menyebabkan PPE di sel C, tetapi stimulasimembran pascasinaps C dari input A secara spesifik dicegah. bersamaan terminal B mencegah pelepasan neurotransmiterAkibamya, tidak terjadi perubahan pada potensial neuron eksitatorik dari terminal A. Akibatnya, tidak ada ppE yang terbentuk di sel C meskipun terminal A dirangsang. lnhibisipascasinaps meskipun terjadi potensial alsi di A. prasinaps ini secara selektif menekan aktivitas dari terminal A tanpa menekan masukan eksitatorik lain ke sel C. Stimulasi Dapatkah hal yang sama tercapai oleh produlai simultan terminal D eksitatorik menghasilkan ppE di sel C meskipunsuatu PPI melalui pengaktifan masukan inhibitorik untuk terminal B inhibitorik dirangsang secara bersaman karenameniadakan PPE yang dihasilkan oleh pengaktifan A? Tidak terminal B hanya menghambat terminal A.juga. Pengaktifan suatu masukan inhibirorik ke sel C akanmenghasilkan PPI di sel C, tetapi PPI ini dapat meniadakantidak hanya PPE dari masukan A tetapi juga setiap PPE yangdihasilkan oleh terminal eksitatorik lain, misalnya terminal Ddi gambar ini. Keseluruhan membran pascasinaps mengalamihiperpolarisasi oleh PPI sehingga informasi eksitatorik yangmasuk ke setiap bagian sel dari setiap masukan prasinapsdihambat (dinegasikan). Sebaliknya, inhibisi prasinaps (ataufasilitasi prasinaps) bekerja dengan cara yang jauh lebih spesifikdaripada efek input inhibitorik pada sel pascasinaps. Inhibisiprasinaps merupakan cara di mana masukan tertentu ke neu-ron pascasinaps dapat secara selektif dihambat ranpa mem-pengaruhi kontribusi masukan lain. Sebagai contoh, lepasmuatan oleh B secara spesifik mencegah pembentukan suatuPPE di neuron pascasinaps dari neuron prasinaps eksitatorikA tetapi tidak berpengaruh pada masukan prasinaps eksitatoriklain. Masukan D elaitatorik dapat tetap menghasilkan PPE dineuron pascasinaps meskipun B sedang melepaskan muatan-nya. Integrasi neuron jenis ini adalah cara lain untuk mengatursecara halus sinyal listriL di antara sel-sel saraf.12O Bab 4

Sebagai contoh, kokain, obat yang sering disalah- pleks. Gangguan gerakan ini ditandai oleh kekakuan otot dan tremor involunter saat istirahat, misalnya tangan atau kepala gunakan, menghambat penyerapan kembali neurotransmiter gemetar ritmik involunter. Terapi baku untuk pp adalahdopamin di terminal prasinaps. Obat ini bekerja dengan pemberian leuodopa (L-dopa), suatu prekursor dopamin.menghambat secara kompetitif transporter penyerapan kem-bali dopamin, yaitu molekul protein yang mengambil do- Dopamin itu sendiri tidak dapat diberikan karena tidakpamin yang dibebaskan dari celah sinaps dan mengem- mampu melewati sawar darah-otak (dibahas di bab selan-balikannya ke terminal akson. Dengan kokain menemparitransporter dopamin maka dopamin berada di celah sinaps jutnya), tetapi L-dopa dapat masuk ke otak dari darah. Sete-dalam waktu yang lebih lama daripada biasanya dan terus lah berada di otak, L-dopa diubah menjadi dopamin untukberinteraksi dengan reseprornya di sel pascasinaps. Alibatnya mengganti defisiensi neurorransmiter ini. Pada sebagian besaradalah pengaktifan berkepanjangan jalur-jalur saraf yang pasien, terapi ini banyak mengurangi gejala yang berkaitanmenggunakan bahan kimia ini sebagai neurorransmirernya. dengan defisiensi ini. Anda akan mempelajari penyakit iniDi antara jalur-jalur tefsebut adalah jalur yang berperan lebih jauh ketika kita membahas nukleus basalii. Transmisi melalui sinaps juga rentan terhadap toksindalam respons emosi, terutama perasaan nikmat. Pada haki-katnya, ketika terdapat kokain, tombol saraf di jalur kenik- saraf, yang dapat menimbulkan penyakit sistem saraf denganmatan terkunci dalam posisi \"nyala'. bekerja di tempat prasinaps atau pascasinaps. Sebagai contoh, dua racun saraf yang berbeda, toksin tetanus dan striknin, Kokain menimbulkan kecanduan karena menyebabkan bekerja di bagian sinaps yang berbeda untuk menghambatadaptasi molekular jangka panjang neuron-neuron yang rer- impuls inhibitorik semenrara masukan eksitatorik tidak ter-libat sehingga neuron-neuron rersebut tidak dapat menya-lurkan impuls secara normal melalui sinaps tanpa mening- ganggu. Tolisin tetanus mencegah pembebasan suatu neuro-katkan dosis obat. Karena terus menerus dirangsang dalam transmiter inhibitorik, GABA, dari masukan prasinaps inhi-waktu yang lama maka sel-sel pascasinaps menjadi terbiasa bitorik yang berakhir di neuron-neuron yang menyarafi otot rangka. Masukan eksitatorik yang tak terkendali ke neuron-atau beradaptasi untuk \"mengharapkan\" ringkar stimulasi neuron ini menyebabkan spasme oror yang tidak terkontrol.yang tinggi ini; sehingga, mereka \"terjerat\" oleh obat tersebut.Kata toleransi merujuk kepada clesentisisasi terhadap suatu Pada awal penyakit, spasme ini terjadi terutama di otot ra-obat adiktif ini sehingga pemakai memeriukan jumlah obatyang lebih besar untuk memperoleh efek yang sama. Secara hang sehingga timbul nama /a chjaw (rahangterkunci, trismus)spesifik, pada pemakaian kokain jangka panjang, jumlahreseptor dopamin di otak berkurang sebagai respons terhadap bagi penyakit ini. Kemudian spasme meluas ke otot-ototberlimpahnya bahan yang bersangkutan. Akibat desensitisasiini, pemakai harus terus-menerus meningkatkan dosis obat untuk bernapas yang dapat menyebabkan kematian.untuk memperoleh sensasi kenikmatan yang sama. Ketika Striknin, sebaliknya, bersaing dengan neurotransmitermolekul kokain berdifusi keluar, perasaan nikmat tersebutmenguap, karena tingkat normal aktivitas dopamin tidak inhibitorik lain, glisin, di reseptor pascasinaps. Racun inicukup \"memuaskan\" sel pascasinaps yang kebutuhannya telah berikatan dengan resepror tetapi sama sekali tidak mengubah potensial sel pascasinaps. Striknin malah menghambat resep-sangat meningkat. Pemakai kokain yang mencapai hal ini tor tersebut sehingga tidak dapat berinteraksi dengan glisinakan menjadi gelisah dan mengalami depresi berat. Hanya ketika glisin dibebaskan dari ujung prasinaps inhibitorik.kokain yang lebih banyak yang membuat mereka merasa Karena itu, inhibisi pascasinaps (pembentukan PPI) lenyapnyaman kembali. Tetapi pemakaian berulang kokain memo- di jalur saraf yang menggunakan glisin sebagai neurorrans-difikasi responsivitas terhadap obat. Dalam perjalanan waktu miter inhibitorik. Jalur eksitatorik yang tidak terkontrol me-kecanduan tersebut, pemakai sering tidak lagi merasakan nyebabkan kejang, spasrisitas otot, dan kematian.kenikmatan dari obat tetapi menderita gejala putus obat Toksin teranus dan racun striknin menimbulkan hasil(wirhdrawal symptoms) yang tidak menyenangkan setelah efek yang sama) tetapi satu racun (toksin tetanus) mencegah pe- lepasan neurotransmiter inhibitorik tertentu dari neuronobat mereda. Selain itu, jumlah kokain yang dibutuhkan prasinaps sementara yang lain (striknin) menghambat resepror inhibitorik pascasinaps rerrenru.untuk mengatasi gejala tersebut semakin meningkat. Pemakaibiasanya kecanduan terhadap obat, secara kompulsif men- Obat lain dan penyakit yang mempengaruhi transmisicari dan memakai obat dengan segala daya, pertama untuk di sinaps terlalu banyak untuk disebut, tetapi seperti yangmerasakan sensasi kenikmatan dan selanjutnya untuk meng- digambarkan oleh contoh di atas, seriap tempat di sepanjanghindari gejala negatif putus obat, meskipun obat tersebut jalur bersinaps rawan terhadap pengaruh, baik secara farma-sudah tidak lagi memberi kenikmatan. Kokain disalahguna- kologis (imbas obat) atau patologis (disebabkan olehkan oleh jutaan orang yang menjadi kecanduan terhadap sifatobat ini yang mempengaruhi pikiran, dengan dampak sosial penyaki r ).dan ekonomi yang parah. I Neuron-neuron dihubungkan oleh jalur Sementara penyalahgunaan kokain menyebabkan akti-vitas berlebihan dopamin, penyakit Parkinson (PP) berkait- konvergensi dan divergensi yang kompleks.an dengan defisiensi dopamin di nuhleus basal, suaubagian Terdapat dua hubungan penting antara neuron-neuron: kon-otak yang berperan dalam mengontrol gerakan-gerakan kom- vergensi dan divergensi. Satu neuron dapat memiliki banyak neuron lain bersinaps padanya. Hubungan semacam ini di- kenal sebagai konvergensi (Gambar 4-20). Melalui masukan konvergensi ini, sebuah sel dipengaruhi oleh ribuan sel lain. Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon ,l,21

Satu. sel ini, selanjutnya, mempengaruhi tingkat aktivitas Konvergensi masukan (satu sel dipengaruhibanyak sel lain melalui divergensi keluaran. Kata divergensi oleh banyak sel lain)merujuk kepada percabangan terminal akson sehingga satusel bersinaps dengan dan mempengaruhi banyak sel lain. Masukan Divergensi Keluaran prasinaps (satu sel mempengaruhi Perhatikan bahwa suatu neuron adalah neuron pasca- banyak sel lain)sinaps bagi neuron yang berkonvergensi padanya tetapi pra-sinaps bagi sel lain tempat neuron tersebut berakhir. Karenait:u', kata pras inaps dan p as c as inaps hanya merujuk kepada satusinaps. Sebagian besar neuron adalah prasinaps bagi satukelompok neuron dan pascasinaps bagi kelompok lain. Diperkirakan di otak saja terdapat 100 milyar neurondan I 0 la ( I 00 kuadriliun) sinapsl Jika anda memperhitungkanbesarnya dan rumitnya interkoneksi yang mungkin terbentukdi antara neuron-neuron tersebut melalui jalur konvergensidan divergensi, anda dapat membayangkan betapa rumitnyamekanisme interkoneksi sistem saraf kita. Bahkan komputerpaling canggih sekalipun jauh lebih sederhana daripada otakmanusia. \"Bahasa\" sistem saraf-yaitu, semua komunikasi diantara neuron-neuron*adalah dalam bentuk potensial berjen-jang, potensial aksi, sinyal neurotransmiter menyeberangisinaps, dan bentuk-bentuk' percakapan' kimiawi non sinapslainnya. Semua aktivitas yang dikendalikan oleh sistem saraf-setiap sensasi yang anda rasakan, setiap perintah untuk meng-gerakkan otot, setiap pikiran, setiap emosi, setiap ingatan,setiap percikan kreativitas-bergantung pada pola pembentuk-an sinyal listrik dan kimiawi di antara neuron-neuron yangmembentuk anyaman saraf maha kompleks ini. Sebuah neuron berkomunikasi dengan sel yang dipenga-ruhinya dengan mengeluarkan neurotransmiter, tetapi inihanya salah satu dari cara-cata komunikasi antarsel. Sekarangkita akan membahas semua cara yang digunakan oleh seluntuk \"saling bercakap-cakap\". Neuron pascasinaps \ Tanda panah menunjukkan arah penyaluran informasiKOMUNIKASI ANTARSEL DAN Gambar 4-20TRANSDU KSI SINYAL Konvergensi dan divergensi.Koordinasi berbagai aktivitas sel-sel di seluruh tubuh untukmelakukan kegiatan yang mempertahankan kehidupan danmelaksanakan keinginan bergantung pada kemampuan seluntuk berkomunikasi satu sama lain. khusus ini, ion dan molekul kecil secara langsungI Komunikasi antara sel-sel terutama dipertukarkan antara sel-sel yang berinteraksi tersebut tanpa pernah masuk ke cairan ekstrasel (lihat h. 66).dilaksanakan oleh pembawa pesan kimiawi 2. Adanya penanda-penanda identifikasi di membran per-ekstrasel. mukaan sebagian sel memungkinkan mereka langsung berhubungan secara transien dan berinteraksi dengan selKomunikasi antarsel berlangsung melalui cara-cara berikut lain dengan carakhusus. Ini adalah carayar\gdigunakan(Gambar 4-21): oleh fagosit pada sistem pertahanan tubuh untuk menge-1. Cara paling intim dalam komunikasi antarsel adalah nal dan secara selektif menghancurkan hanya sel yang tidak diinginkan, misalnya sel kanker, sedangkan selmelalui taut celah, yaitu saluran-saluran halus yang tubuh sendiri yang sehat ridak terpengaruh.menjembatani sitoplasma sel-sel yang berdekatan di 3. Cara tersering yang dilakukan sel untuk berkomunikasijenis jaringan tertentu. Melalui susunan anatomik satu sama lain adalah secara ridak langsung dengan122 Bab 4

menggunakan pembawa pesan (perantara) kimiawi difusi sederhana, maka kerja bahan ini terbatas pada jarak ekstrasel, yang terdiri dari empat jenis: parakrin, neu- rotransmiter, /tormon, dan neurohormon. Pada masing- pendek. Bahan ini tidak masuk ke dalam darah dalam jumlah masingnya, sel tertentu membentuk perantara kimiawi bermakna karena cepat diinaktifkan oieh enzim-enzim lokal. spesifik untuk tujuan tertentu. Setelah dibebaskan ke dalam CES atas stimulasi yang sesuai, bahan-bahan Salah satu contoh parakrin adalah histamin, yang dibebaskan pembawa sinyal ini bekerja pada sel tertentu, yaitu sel dari sejenis sei jaringan ikat sewaktu terjadi respons peradangan sasaran pembawa pesan, dengan cara yang telah di- di jaringan yang rusak. Histamin antara lain menyebabkan tetapkan. Untuk menimbulkan efek, pembawa pesan dilatasi (pelebaran) pembuluh darah sekitar untuk mening- kimiawi ekstrasel ini harus berikatan dengan reseptor katkan aliran darah ke jaringan. Efek ini menyebabkan ke- sel sasaran yang spesifik untuknya. datangan iebih banyak sel-sei pertahanan yang berasal dari Keempat jenis pembawa pesan kimiawi berbeda dalam darah ke bagian yang cedera arau terinfeksi.sumber serta jarak dan cara yang digunakan untuk sampai ketempat kerjanya sebagai berikut: Parakrin harus dibedakan dari bahan kimia yang mem- pengaruhi sel sekitar setelah dibebaskan secara non spesifikI Parakrin adalah pembawa pesan kimiawi lokal yang selama aktivitas sel. Sebagai contoh, peningkatan konsentrasi CO, lokal di otot yang sedang bekerja adalah salah satu fak-efeknya hanya terjadi di sel-sel sekitar dalam lingkungan dekattempat sekresinya. Karena parakrin tersebar melalui proses tor yang mendorong dilatasi lokal pembuluh darah yang mendarahi otot. Peningkatan aliran darah yang terjadi ikut membantu memenuhi peningkatan kebutuhan metabolik jaringan. Namun, CO, dihasilkan oleh semua sel dan tidak(/\\_'\"a-/l-)\l-i--l\/y1Taut celah lkatan langsung transien antara sel-sel trD )l{olruri krsl .\lrii:ri:srl il rlrir iL, m:il.i u n !l iiil ril a l u l F'trnt Lrtvr Ftr'*sa n lo,i ll iernri E kstrase NSekresi Parakrin Sekresi Neurotransmiter Sel sasaran Sel lokal Sel sasaran +lokt,a-l y'A.Sekresi hormon Sekresi neurohormon( *=)\r/Sel pensekresi(sel endokrin)r@ Sel non-sasaran Sel non-sasaran (tanpa reseptor) (tanpa resepior),l Molekul kecil dan ion ,,t Parakrin e Neurotransmiter \" Hormon c NeurohormonGambar 4-21Jenis komunikasi antarsel. Taut celah dan ikatan langsung transien antara sel-sel adalah cara komunikasi langsung antara sel-sel.Parakrin, neurotransmitel hormon, dan neurohormon adalah pembawa pesan (perantara) kimiawi ekstrasel yangmelaksanakankomunikasi tak langsung antara sel-sel. Berbagai pembawa pesan kimiawi ini berbeda dalam sumber dan jarak y-ng harusditempuh untuk mencapai sel sasaran mereka. Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon i23

secara spesifik dibebaskan untuk melaksanakan respons khu- ini dapat berikatan dengan reseptor di dalam sel sasaran untuksus ini, sehingga CO, dan bahan-bahan kimia lain yang di- memicu sendiri respons intrasel yang diinginkan. Sebaliknya,keluarkan secara non-spesifik tidak dianggap parakrin. pembawa pesan kimiawi ekstrasel yang larut air tidak dapat masuk ke sel sasaran karena kurang larut dalam lemak dan tidakI Seperti yang baru anda pelajari, neuron-neuron berko- dapat menerobos membran plasma. Hormon protein yang disalurkan oleh darah dan neurouansmiter yang dikeluarkanmunikasi secara langsung dengan sel-sel yang mereka sarafi oleh ujung saraf adalah pembawa pesan kimiawi ekstrasel larut(sel sasaran) dengan mengeluarkan neurotransmiter, yaitu air yang utama. Pembawa pesan ini memberi tahu sel sasaranpembawa pesan kimiawi berjarak sangat dekat, sebagai res- untuk melaksanakan respons tertentu dengan mula-mula ber-pons terhadap sinyal listrik (potensial aksi). Seperti parakrin, ikatan dengan reseptor di permukaan membran yang spesifikneurotransmiter berdifusi dari tempat pelepasannya dan me- bagrnya. Reseptor ini adalah protein khusus di dalam membrannyeberangi ruang ekstrasel sempit untuk bekerja lokal hanya plasma (lihat h. 62).lkatan pembawa pesan ekstrasel dengandi sel sasaran yang tersambung, yang mungkin berupa neuronlain, otot, atau kelenjar. reseptor membran permukaan memicu rangkaian proses intraselI Hormon adalah pembawa pesan kimiawi jarak jauh yang yang akhirnya mengontrol aktivitas tertentu sel, misalnyasecara spesifik dikeluarkan ke dalam darah oleh kelenjar transpor membran, sekresi, metabolisme, atau kontraksi. Meskipun kemungkinan respons yang terjadi beragamendokrin sebagai respons terhadap sinyal yang sesuai. Darahmembawa pembawa pesan tersebut ke bagian-bagian tubuh namun pengikatan suatu pembawa pesan ekstrasel (pembawalain, untuk mempengaruhi sei sasaran yang berjarak dari pesan perrtama) ke reseptornya menimbulkan respons intraseltempat sekresinya. Hanya sel sasaran dari hormon tertentuyang memiliki reseptor membran untuk berikatan dengan yang diinginkan hanya melalui dua cara umum: (l) membukahormon ini. Sel non sasaran tidak dipengaruhi oleh hormondalam darah yang mencapai sel tersebut. atau menutup saluran atau (2) mengaktifkan sistem pembawaI Neurohormon adalah hormon yang dibebaskan ke da- pesan kedua. Karena kedua cara ini bersifat universal, makalam darah oleh neuron neurosekretorik. Seperti neuron biasa, marilah kita membahas masing-masing secara lebih mendalam.neuron neurosekretorik dapat berespons terhadap dan meng- I Sebagian pembawa pesan kimiawi ekstraselhantarkan sinyal listrik. Namun, neuron neurosekretoriktidak secara langsung menyarafi sel sasaran tetapi membe- membuka saluran berpintu kimiawi.baskan pembawa pesan kimiawinya, neurohormon, ke dalam Sebagian pembawa pesan ekstrasel memicu respons intraseldarah setelah mendapat rangsangan yang sesuai. Neurohor- yang diinginkan dengan membuka arau menutup saluranmon ini kemudian terdistribusi melalui darah ke sel sasaranyang jauh. Karena itu, seperti sel endokrin, neuron neuro- berpintu kimiawi tertentu di membran untuk mengatursekretorik mengeluarkan pembawa pesan kimiawi ke dalamdarah, sementara neuron biasa mengeluarkan neurotrans- perpindahan ion tertentu masuk atau keluar sel. Salah satu contohnya adalah pembukaan saluran berpintu kimiawi dimiter jarak pendek ke dalam ruang tertutup. Di masa men- membran subsinaps sebagai respons terhadap terikatnya suatudatang, kata umum hormon akan secara perlahan mencakuphormon darah dan pembawa pesan neurohormon. neurotransmiter. Perpindahan singkat ion-ion pembawa muatan menembus membran melalui saluran yang terbuka ini Demikianlah, pembawa pesan kimiawi eksrasel dibebas-kan dari satu jenis sel dan berinteraksi dengan sel sasaran lain menghasilkan sinyal listrik-dalam contoh ini, PPE dan PPI.untuk menghasilkan efek yang diinginkan di sel sasaran. Kini Stimulasi sel otot untuk menghasilkan kontraksi jugakita mengalihkan perhatian pada bagaimana pembawa pesankimiawi ini menimbulkan respons sel yang diinginkan. terjadi ketika saluran berpintu kimiawi di sel otot terbukaI Pembawa pesan kimiawi ekstrasel menimbulkan sebagai respons terhadap pengikatan neurotransmirer yang dikeluarkan oleh neuron yang menyarafi otot tersebut. Andarespons sel terutama dengan transduksi sinyal, akan mempelajari lebih jauh tentang mekanisme ini di babIstilah transdulsi sinyal merujuk kepada proses di mana sinyal tentang otot (Bab 8). Karenanya, kontrol saluran berpintudatang (instruksi dari pembawa pesan kimiawi elstrasel) disam- kimiawi oleh pembawa pesan elatrasel adalah mekanismepaikan ke bagian dalam sel untuk dilalaanakan. (Ti'arnduceradalah alat yang menerima energi dari satu sistem dan menya- regulatorik penting dalam fisiologi saraf dan otot.lurkannya dalam bentuk lain ke sistem lain. Sebagai contoh, Setelah respons tuntas, pembawa pesan ekstrasel di-radio anda menerima gelombang radio yang dikirimkan daristasiun radio dan menyalurkan sinyal ini dalam bentuk gelom- keluarkan dari reseptornya dan saluran berpintu kimiawibang suara yang dapat ditangkap oleh telinga anda). Pembawa kembali tertutup. Ion-ion yang berpindah melewati mem-pesan kimiawi ekstrasel larut lemai<, misalnya hormon steroid bran melalui saluran yang terbuka untuk memicu responsyang berasal dari kolesterol, dapat masuk ke dalam sel dengan kini kembali ke lokasinya semula oleh pengangkut/pembawa khusus di membran.melarutkan diri dan melewati lapis ganda lemak membranp.-t*plasma sel sasaran. Karenanya, p.ran kimiawi elatrasel I Banyak pembawa pesan kimiawi ekstrasel mengaktifkan jalur pembawa pesan kedua. Banyak pembawa pesan kimiawi ekstrasel yang tidak dapat benar-benar masuk ke dalam sel sasaran menimbulkan res- pons intrasel yang diinginkan dengan cara lain di luar pem-124 Bab 4

bukaan saluran berpintu kimiawi. Pembawa pesan perrama kular dan selular, bagian terakhir dari bab ini akan mem-ini menyampaikan perintahnya dengan memicu proses \"sst,tolong teruskan\". Pengikatan pembawa pesan pertama ke bandingkan secara umum bagaimana sistem saraf dan endo-reseptor membran menyebabkan terbentuknya sinyal untuk krin berbeda sebagai sistem regulatorik.mengaktifkan pembawa pesan kedua intrasel. Pembawapesan kedua akhirnya menyampaikan perintah tersebut me- I Hormon diklasifikasikan secara kimiawi sebagailalui serangkaian perantara biokimiawi ke protein-proteinintrasel tertentu yang melaksanakan perintah, misalnya hidrofilik atau lipofilik.mengubah metabolisme sel atau aktivitas sekresi. Jalur-jaiurintrasel yang diaktifkan oleh pembawa pesan kedua sebagai Hormon-hormon secara kimiawi tidak sama dan digolong-respons terhadap terikatnya pembawa pesan pertama ke kan ke dalam dua kelompok berbeda berdasarkan sifat ke-reseptornya di permukaan sei sangat mirip di antara berbagai larutannya: hormon hidrofilik atau lipofilik. Hormon dalamsel meskipun respons akhir terhadap sinyal tersebur sangat kelompok masing-masing dibagi lagi berdasarkan strukturberagam. Variabilitas respons bergantung pada spesialisasi sel, biokimia dan/atau sumbernya sebagai berikur (Tabel 4-4).bukan pada mekanisme yang digunakan. 1. Hormon hidrofilik (\"menyrrkai air\") sangat larut air Sebagian neurotransmiter berfungsi melalui sistem pem-bawa pesan kedua intrasel. Sebagian besar, tetapi tidak semua dan memiliki kelarutan lemak yang rendah. Sebagianneurotransmiter, berfungsi dengan mengubah konformasi besar hormon hidrofilik adaiah peptida atau hormonsaluran berpintu kimiawi sehingga permeabilitas membran protein yang terdiri dari asam-asam amino spesifik ter-dan fluks ion melewati membran pascasinaps berubah, suatu susun dalam rantai dengan panjang bervariasi. Rantaiproses yang sudah anda kenal. Sinaps-sinaps yang meng- yang lebih pendek adalah peptida, dan yang lebih pan-gunakan respons cepat ini dianggap sinaps \"cepat\". Namun, jang adalah protein. Untuk memudahkan, selanjutnyacara lain transmisi melalui sinaps yang digunakan oleh se-bagian neurotransmiter, misalnya serotonin, adalah dengan kita akan menyebut keseluruhan kategori ini sebagaimengaktifkan pembawa pesan kedua intrasel. Sinaps yangmenghasilkan respons yang diperantarai oleh pembawa pesan peptida. Salah satu contoh adalah insulin dari pankreas. Kelompok lain hormon hidrofilik adalah kateholamin,kedua dikenal sebagai sinaps \"lambat\", karena respons ini yang berasal dari asam amino tirosin dan secara spesifikmemerlukan waktu lebih lama dan sering berlangsung lebih dikeluarkan oleh medula adrenal. Kelenjar adrenal ter-lama daripadayang dicapai oleh sinaps cepat. Sebagai con-toh, pembawa pesan kedua yang diaktifkan oleh neurotrans- diri dari medula adrenal di sebelah dalam dikelilingimiter mungkin memicu perubahan sel pascasinaps jangka oleh korteks adrenal di sebelah luar. (Anda akan mem-panjang yang dipercayai berkaitan dengan tumbuh kembangsaraf, serta mungkin berperan dalam proses belajar dan pelajari lebih lanjut renrang lokasi dan struktur kelenjar endokrin di bab-bab selanjutnya). Epinefrin adalah ka-mengingat. tekolamin yang utama. Sistem pembawa pesan kedua digunakan secara luas di 2. Hormon lipofilik (\"menyukai lemak\") memiliki kela-seluruh tubuh, termasuk salah satu cara kunci yang diguna-kan oleh kebanyakan hormon larut air untuk menimbulkan rutan lemak yang tinggi dan kurang larut dalam air.efeknya. Sekarang marilah kita alihkan perhatian kepada Hormon lipofilik mencakup ltormon tiroid dan hormon steroid. Hormon tiroid, seperti diisyaratkan oleh nama-komunikasi hormon, di mana kita akan meneliti sistem nya, disekresikan secara eksklusif oleh kelenjar tiroid. Hormon tiroid adalah turunan tirosin beriodium.pembawa pesan kedua secara lebih rinci. Meskipun katekolamin dan hormon tiroid berperilaku sangar berbeda namun keduanya kadang disatukan kePRINSIP KOMUNIKASI HORMON dalam golongan h ormon amin karenasama-sama turun- an tirosin. Steroid adalah lemak netral yang berasal dariEndokrinologi adalah ilmu tentang penyesuaian kimiawi kolesterol. Hormon yang disekresikan oleh korteks adre-homeostatik dan aktivitas lain yang dilaksanakan oleh hor- nal, misalnya kortisol, dan hormon seks (testosteron pada pria dan estrogen pada wanita) yang disekresikanmon, yang disekresikan ke dalam darah oleh kelenjar endo- oleh organ reproduksi adalah steroid.krin. Sistem saraf dan sistem endokrin adalah dua sistemregulatorik utama tubuh. Bagian perrama dari bab ini men- Perbedaan ringan dalam struktur kimia antara hormon- hormon dalam masing-masing kategori sering menimbulkanjelaskan mekanisme molekular dan selular mendasar yang respons biologis yang sangat berlainan. Sebagai contoh,berfungsi sebagai basis bagi bekerjanya keseluruhan sisremsaraf-pembentukan sinyal listrik di dalam neuron dan trans- dengan membandingkan dua hormon steroid di Gambarmisi kimiawi sinyal antara neuron-n€uron. Kini kita akan 4-22, perhatlkan perbedaan kecil antara resrosreron, hormonberfokus pada ciri molekular dan selular kerja hormon dan seks pria yang bertanggung jawab dalam pembentukan karak-akan membandingkan kemiripan dan perbedaan dalam teristik maskulin, dan estradiol, suatu bentuk estrogen, yaitu hormon seks wanita penentu sifat feminin.bagaimana sel saraf dan sel endokrin berkomunikasi dengansel lain dalam melaksanakan tugas regulasi mereka. Yang Aspek kelarutan suatu hormon menentukan (1)terakhir, berdasarkan perbedaan cara kerja di tingkat mole- bagaimana hormon rersebut diproses oleh sel endokrin, (2) cara hormon tersebut diangkut dalam darah, dan (3) meka- nisme yang digunakan hormon untuk mempengaruhi di sel sasaran. Kita mula-mula akan membahas berbagai cara Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 125

Tabel 4-4Klasifikasi Hormon Secara Kimia AMINASIFAT PEPTIDA Katekolamin Hormon Tiroid STEROIDKelarutan Hidrof ilik Hidrof ilik Lipofilik LipofilikStruktur Rantai asam-asam amino Turunan tirosin Turunan kolesterolSintesis spesifik Turunan tirosin Di retikulum endoplasma Dalam sitosol (lihat h. 771) beriodium Modifikasi bertahapPenyimpanan kasar; dikemas dalam molekul kolesterol di kompleks Golgi Dalam koloid, suatu berbagai kompartemenSekresi pulau ekstrasel (lihat intraselTranspor Dalam Banyak di granula h.7s7) Tidak disimpan; prekursorDarah sekretorik kolesterol disimpan dalamReseptor Di granula kromafin (lihat Dalam koloid (lihat butiran lemakMekanisme Eksositosis granula Difusi sederhanaKerja 5ebagai hormon bebas h.771) h. 7s8) Sebagian besar terikat ke protein plasmaHormon Tipe lni Permukaan sel sasaran Eksositosis granula Endositosis koloid Perubahan saluran atau Separuh terikat ke protein Di dalam sel sasaran pengaktifan sistem plasma Sebagian besar Pengaktifan gen spesifik pembawa pesan kedua terikat ke protein untuk membuat protein untuk mengubah aktivitas Permukaan sel sasaran plasma baru yang menghasilkan protein yang sudah ada efek yang menimbulkan efek Pengaktifan sistem Di dalam sel sasaran Sebagian besar hormon pembawa pesan kedua Hormon dari korteks untuk mengubah aktivitas Pengaktifan gen adrenal dan gonad protein yang sudah ada spesifik untuk yang menghasilkan efek membuat protein baru yang menghasilkan efek Hanya hormon dari Hanya hormon dari medula adrenal sel folikel tiroidpemrosesan hormon di tempat asalnya yaitu sel endokrin,sebelum membandingkan cara transpo! dan mekanismekerjanya.I Mekanisme sintesis, penyimpanan, dansekresi hormon bervariasi sesuai perbedaan Testosteron, Estradiol,kimiawinya. hormon hormon maskulinisasi feminisasiKarena adanya perbedaan kimiawi, maka cara sintesis. pe-nyimpanan, dan sekresi berbagai jenis hormon juga berlainan, Gambar 4-22sebagai berikut. Perbandingan dua hormon steroid, testosteron dan estradiol.PEMROSESAN HORMON PEPTIDA HIDROFILIK 2. Selama perjalanan melalui RE dan kompleks Golgi, molekul prekursor praprohormon besar ini \"dipangkas\"Hormon peptida disintesis dan disekresikan dengan tahap- menjadi hormon aktif.tahap yang sama dengan yang digunakan untuk membentuk Kompleks Golgi kemudian mengemas hormon jadi iniprotein yang akan diekspor keluar sel (lihat Gambar 2-3, h.78). Sejak disintesis sampai disekresikan, hormon peptida ke dalam vesikel sekretorik yang terlepas dan disimpanselalu dipisahkan dari protein-protein intrasel dengan me- di sitoplasma sampai terdapat sinyal yang sesuai untuknempatkannya di dalam kompartemen terbungkus mem- memicu pelepasannya.bran. Inilah ringkasan dari tahap-tahap tersebut: 4. Pada stimulasi yang sesuai, vesikel sekretorik menyaru1. Protein perkursor besar, atau praprohormon, disintesis dengan membran plasma dan melepaskan isinya keluar oleh ribosom di retikulum endoplasma (RE) kasar. Prekursor ini kemudian bermigrasi ke kompleks Golgi dalam vesikel terbungkus membran yang terlepas dari RE halus.\"126 Bab 4

dengan eksositosis (lihat h. 29). Sekresi semacarn ini biasa- Hanya sejumlah kecil fraksi hormon lipofilik yang tidak nya tidak berlangsung terus-menerus; sekresi ini dipicu ha- nya oleh rangsangan tertentu. Darah kemudian menyerap terikat (bebas) yang aktifsecara biologis (yaitu, bebas menembus hormon yang disekresikan tersebut unruk didisuibusikan. dinding kapiler dan berikatan dengan reseptor sel sasaran untuk menimbulkan efek). Setelah berinteralsi dengan sel sasaran,PEMROSESAN HORMON STEROID LIPOFILIK hormon cepat diinaktifkan atau disingkirkan sehingga tidak lagi tersedia untuk berinteraksi dengan sel sasaran lain. KarenaSemua sel steroidogenik (penghasil steroid) melakukan lang- hormon yang terikat ke pembawa berada dalam keseimbangankah-langkah berikut untuk menghasilkan dan mengeluarkan dinamik dengan hormon bebas, maka bentuk hormon steroidproduk hormon mereka: dan tiroid yang terikat menjadi kompartemen cadangan yang1. Kolesterol adalah prekursor bersama untuk semua hor- dapat digunakan untuk mengganti kompartemen bebas yang aktif Untuk memperrahankan fungsi normal endolrin, yang mon steroid. dipantau adalah jumlah hormon lipofilik bebas yang aktif dan bukan konsentrasi totalnya dalam plasma.2. Sintesis berbagai hormon steroid dari kolesterol memer- I Katekolamin adalah hormon tak lazim karena hanya lukan serangkaian reaksi enzimatik yang memodifikasi molekul kolesterol dasar-sebagai contoh, dengan meng- sekitar 507o dari hormon hidrofilik ini yang beredar sebagai ubah jenis dan posisi gugus samping ylng melekat ke hormon bebas; 50% lainnya berikatan secara longgar dengan rangka kolesterol (Gambar 4-23). Setiap konversi dari protein plasma albumin. Karena katekolamin larut air maka kolesterol menjadi hormon steroid spesifik memerlukan makna pengikatan ke protein ini masih belum diketahui. bantuan dari sejumlah enzimyanghanya terdapar di or- gan steroidogenik tertentu. Karena itu, setiap orga-n ste- CATAIAN KLINIS. Sifat kimia suatu hormon menen- roidogenikhanya dapat menghasilkan hormon (-hormon) tukan tidak saja cara-cara hormon tersebut diangkut oleh darah tetapi juga bagaimana hormon tersebut dapat secara steroid yang perangkat enzimnya dimiliki oleh organ artifisial dimasukkan ke dalam darah untuk tujuan terapetik. Karena sistem pencernaan ridak mengeluarkan enzim yang tersebut. Sebagai contoh, suatu enzim kunci yang diper- dapat mencerna hormon steroid dan tiroid maka kedua hor- lukan untuk menghasilkan kortisol hanya ditemukan di mon ini, misalnya steroid seks yang terkandung dalam pil korteks adrenal, sehingga tidak ada organ steroidogenik KB, jika dimakan dapat diserap utuh dari saluran cerna ke lain yang dapat menghasilkan hormon ini. dalam darah.Tidak ada hormon jenis lain yang dapat di- berikan per oral karena enzim-enzim pencerna protein akan3. Tidak seperti hormon peptida, hormon steroid tidak menyerang hormon tersebut dan mengubahnya menjadi fragmen-fragmen inaktif. Karena itu, hormon-hormon ini disimpan. Setelah terbentuk, hormon steroid larut lemak harus diberikan melalui rure non-oral; misalnya, defisiensi insulin diterapi dengan penyuntikan insulin setiap hari. ini segera berdifusi melalui membran plasma lemak sel steroidogenik untuk masuk ke darah. Hanya prekursor Kini kita akan membahas bagaimana hormon hidrofilik hormon kolesterol yang disimpan dalam jumlah ber- dan lipofilik berbeda dalam mekanisme kerja mereka di sel makna di dalam sel steroidogenik. Karena itu, kecepatan sekresi hormon steroid seluruhnya dikontrol oleh laju sasaran. sintesis hormon. Sebaliknya, sekresi hormon peptida terutama dikontrol dengan mengatur pelepasan hormon I Hormon umumnya menimbulkan efeknya simpanan yang telah disintesis. dengan mengubah protein intrasel. Katekolamin adrenomedula dan hormon tiroid memi- Untuk menginduksi efeknya, suatu hormon harus berikatanIiki jalur sintetik dan sekresi unik yang akan dijelaskan dalam dengan reseptor sel sasaran yang spesifik baginya. Setiap interaksi antara suatu hormon dengan reseptor sel sasarannyapembahasan tentang masing-masing hormon ini secara menghasilkan respons yang sangat khas yang berbeda di antara hormon-hormon dan di antara sel-sel sasaran berbedaspesifik di bab-bab mengenai endol.<rin (Bab 18 dan 19). yang dipengaruhi oleh hormon yang sama. Baik lokasiI Hormon hidrofilik larut dalam plasma; hormon reseptor di dalam sel sasaran maupun mekanisme induksilipofilik diangkut oleh protein plasma. respons oleh pengikatan hormon ke reseptornya bervariasi, bergantung pada aspek kelarutan hormon.Semua hormon diangkut oleh darah tetapi dengan carayangtidak sama: LOKASI RESEPTOR UNTUK HORMON HIDROFITIK DAN LIPOFI[IKI Hormon peptida hidrofilik diangkut oleh darah dalam Hormon dapat dikelompokkan menjadi dua kategori ber-bentuk terlarut. dasarkan lokasi utama reseprornya:I Steroid dan hormon tiroid iipofilik, yang kurang larut da- 1. Peptida dan katekolamin hidrofilik, yang sukar larutlam air, tidak dapat larut dalam plasma yang mengandung air. dalam lemak, tidak dapat menembus sawar membranSebagian besar hormon lipofilik beredar dalam darah menujusel sasaran dengan terikat secara reversibel ke protein-proteinplasma. Sebagian terikat ke protein plasma spesifik yang di-rancang untuk membawa hanya satu jenis hormon, sementaraprotein plasma yang lain, misalnya albumin, tanpa memilihakan mengangkur semua hormon yang \"ingin menumpang\". Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 127

Kolesterol '=.L- 1-l-+ Deh idroepiandrosteron (hormon korteks adrenal) ,',,'' 1 '' II I Testosteron I Androgen '\'\"-I (hormon seks pria) ,, ,,,, l''., , I Aldosteron Kortisol.riMinefalokorti.kOid.i' l'..r' il' ii .i.' ii. Glu'kokortikoid (hormon korteks adrenal) (hormon kor,teks adrenal) 'i].-\"'..y' -- = Zat-zal antara yang pada manusia tidak aktif secara biologisGambar 4-23Jalur steroidogenik untuk hormon-hormon steroid utama. Semua hormon steroid dihasilkan melalui serangkaian reaksienzimatik yang memodifikasi molekul kolesterol, misalnya dengan mengubah-ubah gugus samping yang melekat paCanya.Setiap organ steroidogenik hanya menghasilkan hormon steroid yang enzim-enzim pemodifikasi spesifik kolesterolnya dimilikioleh organ tersebut. Sebagai contoh, testis memiliki enzim yang dibutuhkan untuk mengubah kolesterol menjadi testosteron(hormon seks pria), sementara ovarium memiliki enzim-enzim yang dibutuhkan untuk menghasilkan progesteron dan berbagaiestrogen (hormon seks wanita). lemak sel sasaran. Hormon kelompok ini berikatan sasaran. Pengaktifan ini secara langsung mengubah akti- uitas protein intrasel yang sudah ada, biasanya enzim, dengan reseptor spesifik yang terletak di permuhaan untuk menghasilkan efek yang diinginkan. membran plasma luar sel sasaran. 3. Semua hormon lipofilik terutama berfungsi dengan2. Hormon tiroid dan steroid lipofilik mudah menembus mengaktifkan gen-gen spestfk di sel sasaran untuk me- membran permukaan dan berikatan dengan resepror nyebabkan pembentukan protein intrasel baru, yang pada spesifik yang terletak di dalam sel sasaran. gilirannya menghasilkan efek yang diinginkan. ProteinCARA UMUM KERJA HORMON HIDROFILIK DAN yang baru ini dapat berupa enzim arau protein struk-LIPOFILIK tural.Meskipun menimbulkan respons biologis yang beragam namunsemua hormon pada akhirnya mempengaruhi sel sasaran mereka Marilah kita teliti dua mekanime urama kerja hormon (peng-dengan mengubah protein sel melalui tiga cara umum: aktifan sistem pembawa pesan kedua dan pengaktifan gen) secara lebih detil.I. Sebagian kecil hormon hidrofilik, setelah berikatan dengan reseptor di permukaan sel sasaran, mengubah I Hormon hidrofilik mengubah protein yang sudah permeabilitas srl (membuka atau menutup saluran untuk satu atau lebih ion) dengan mengubah konformasi (ben- ada melalui sistem pembawa pesan kedua. tuk) protein-protein pembentuk saluran yang telah ada di Sebagian besar hormon hidrofilik (peptida dan katekolamin) membran. berikatan dengan resepror membran permukaan dan menghasilkan efeknya di sel sasaran dengan bekerja melalui2. Sebagian besar hormon hidrofilik berfungsi dengan sistem pembawa pesan kedua untuk mengubah aktivitas mengaktiJkan sistem pembawa pesan kedua di dalam sel128 Bab 4

protein yang sudah ada. Terdapat dua jalur pembawa pesan protein enzimatik terrentu yang mengatur proses meta-kedua yang utama: Satu menggunakan adenosin monofos- bolik tertentu dapat meningkat atau menurun.fat siklik (AMP siklik atau cAMP) sebagai pembawa pesankedua, dan yang lain menggunakan Ca2.. Setelah respons terlaksana dan pembawa pesan pertama di- keluarkan, subunit cr. kembali menyatu dengan subunit B danJALUR PEMBAWA PESAN KEDUAAMP SIKLIK y untuk memulihkan kompleks protein G inaktif. AMP siklik dan bahan-bahan kimia lain yang ikut serta diinaktifkan se-Dalam penjelasan berikut tentang jalur cAMII langkah- hingga pesan intrasel \"terhapus\" dan respons dapat dihenti- kan. Jika tidak maka sekali terjadi respons akan berlangsunglangkah yang diberi nomor berkaitan dengan langkahJangkah tanpa henti sampai sel kehabisan bahan yang diperlukan.bernomor di Gambar 4-24 (h. 130) Perhatikan bahwa jalur transduksi sinyal ini, Iangkah-1. Pengikatan pembawa pesan ekstrasel yang sesuai (pem- langkah yang melibatkan pembawa pesan pertama ekstrasel, bawa pesan pertama) ke reseptornya di membran per- reseptor, kompleks protein G, dan protein efektor terjadi di mukaan akhirnya rnengaktifkan enzim adenilil siklase membran plasma dan menyebabkan pengaktifan pembawa (langkah li), yang terletak di sisi sitoplasma membran pesan kedua. Pembawa pesan ekstrasel tidak dapat masuk ke plasma. Suatu \"kurir\" terikat membran, protein G, be- dalam sel untuk \"secara pribadi\" menyerahkan pesannya kerja sebagai perantara antara reseptor dan adenilil sikla- kepada protein yang melaksanakan respons yang diinginkan. se. Protein G ditemukan di permukaan dalam membran Pembawa pesan ini memicu proses-proses yang mengaktifkan plasma. Protein G non-aktif terdiri dari kompleks sub- pembawa pesan intrasel, cAMP Pembawa pesan kedua ini kemudian memicu suatu reaksi biokimia berantai di dalam sel unit alfa (cr), beta (0), dan gama (y). Saat ini telah di- yang menyebabkan timbulnya respons sel. temukan sejumlah protein G berbeda dengan subunit cr, Berbagai jenis sel memiliki protein jadi yang berbeda- bervariasi. Berbagai protein G ini diaktifkan sebagai res- beda, yang tersedia untuk difosforilasi dan dimodifikasi oleh pons terhadap pengikatan pembawa pesan pertama ke protein kinase A. Karena itw, satu jenis pembawa pesan hedua, reseptor di permukaan sel. Ketika pembawa pesan per- tama berikatan dengan reseptornya, reseptor melekat ke cAMP, dapat memicu beragam respons di sel yang berbeda, protein G yang sesuai, menyebabkan pengaktifan sub- bergantung pada protein ap^ yang mengalami modifikasi. unit ct. Setelah aktif, subunit o terpisah dari kompleks AMP siklik dapat dianggap sebagai suatu \"tombol\" molekular protein G dan bergerak di sepanjang permukaan dalam yangseringdipakaiuntuk\"menyalakan' (atau \"memadamkan\") membran plasma sampai mencapai suatu protein efek- berbagai proses sel, bergantung pada jenis aktivitas protein tor. Protein efektor ini adalah saluran ion atau enzim di yang akhirnya termodifikasi di berbagai sel sasaran. Jenis dalam membran. Subunit c berikatan dengan protein protein yang diubah oleh pembawa pesan kedua bergantung efektor dan mengubah aktivitasnya. Di jalur AMP siklik, pada spesialisasi masing-masing sel. Hal ini dapat diibaratkan adenilil siklase adalah protein efektor yang diaktifkan. sebagai kemampuan menerangi atau mendinginkan suatu Para peneliti telah mengidentifikasi lebih dari 300 re- ruangan bergantung pada apakah rombol yang anda tekan septor berbeda yang menyampaikan instruksi pembawa dihubungkan ke alat khusus untuk menyalakan lampu atau pesan ekstrasel melintasi membran ke protein efektor melalui protein G. ke alat khusus untuk menciptakan gerakan udara (kipas2. Adenilil siklase menginduksi perubahan ATP intrasel angin). Di tubuh, variabilitas respons ketika tombol dinyala- menjadi cAMP dengan memutuskan dua fosfat (lang- kan bergantung pada perbedaan yang telah diprogram secara kah &). (Ini adalah ATP yang sama dengan yang di- gunakan sebagai \"uang\" energi di tubuh). genetik pada sekumpulan protein di sel-sel yang berbeda. Sebagai contoh, pengaktifan sistem cAMP menyebabkan3. cAMP, dengan bekerja sebagai pembawa pesan kedua modifikasi kecepatan denyut jantung di jantung, stimulasi intrasel, memicu suatu rangkaian reaksi biokimia yang pembentukan hormon seks wanita di ovarium, penguraian telah terprogram di dalam sel untuk menghasilkan res- simpanan glukosa di hati, kontrol konservasi air sewaktu pons yang telah ditentukan oleh pembawa pesan per- tama. Mula-mula cAMP mengaktifkan suatu enzim in- pembentukan urin di ginjal, pembentukan jejak-jejak ingatan trasel spesifik, protein kinase A (langkah $). sederhana di otak, dan persepsi rasa manis oleh papil kecap.4. Protein kinase A, selanjutnya, memfosforilasi (melekat- SISTEM PEMBAWA PESAN KEDUA Ca2* kan sebuah gugus fosfat dari AIP ke) protein intrasel Sebagian sel menggunakan Ca2., bukan cAMB sebagai pem- spesifik yang sudah ada (langkah $), misalnya suatu bawa pesan kedua. Dalam hal ini, pengikatan pembawa pesan pertama dengan reseptor permukaan akhirnya menyebabkan, enzimyang penting dalam jalur metabolik tertentu. dengan bantuan protein G, pengaktifan enzim fosfolipase C, suatu protein efektor yang terikat ke sisi dalam membran5. Fosforilasi menyebabkan protein berubah bentuk dan (langkah $l di Gambar 4-25) . Enzim ini menguraikan fosfa- fungsinya (mengaktifkan atau menghambatnya) (lang- kah S). tifilinositol bisfosfat (disingkat PIPr), suatu komponen dari ekor molekul fosfolipid di dalam membran itu sendiri.6. Protein yang telah berubah ini menimbulkan perubahan Produk pemecahan PIP, adalah fiasilgliserol (DAG) dan pada fungsi sel (langkah $). Perubahan yang terjadi ada- lah respons fisiologik akhir sel sasaran terhadap pem- inositol trisfosfat (IPr) (langkah S). IP, adalah fragmen yang bawa pesan pertama. Sebagai contoh, aktivitas suatu Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 129

Pembawa pesan pertama, @ Pengikatan pembawa pesan ekstrasel,suatu pembawa pembawa pesan pertama, ke resepior membran permukaan mengaktifkanpesan enzim adenilil siklase yang terikat membran melalui perantaraan protein G.kimiawi _-wg Membran plasma Adenilil siklase mengubah ATp intraselekstrasel Zat antara plotein G @-- menjadi AMP siklik. CES @ nve siklik bekerja sebagai pembawa l-',',' pesan kedua intrasel. memicu respons sel yang diinginkan dengan mengaktifkan I protein kinase A. l @ Protein kinase A pada gitirannya memfosforilasi protein intrasel tertentu.Reseotor @ Adenilil CIS @ Fosforilasi memicu perubahan bentuk @ (Mengubah) siklase(Pengikatan pembawa Pembawa pesan dan fungsi protein tersebut. fuATp)pesan ekstrasel ke reseptor kedua @ Protein yang telah berubah tersebut kemudian melaksanakan respons selmengaktifkan protein G, yang I @ (Mensaktirkan) sesuai dengan yang diperintahkan olehsubunit o-nya kemudian pembawa pesan ekstrasel.berpindah ke dan Protein kinase Amengaktifkan adenilil siklase) f@ (Memfosrorilasil ArP ( oo, Protein terrtetentnu tu ll-€4- #w (Fosforilasi memicu perubahan bentuk protein) Bentuk dan fungsi protein berubahO = tottutGambar 4-24Mekanisme kerja hormon hidrofilik melalui pengaktifan AMP siklik dan pembawa pesan keduaberperan dalam memetabolisasi simpanan Ca2' intrasel untuk Meskipun jalur cAMP dan Ca2- adalah sistem pembawameningkatkan Ca2- sitosol (langkah 3). Kalsium kemudian pesan kedua yang paling banyak dijumpai namun bukanmengambil alih peran pembawa pesan kedua, yang akhirnyamenyebabkan terjadinya respons yang ditentukan oleh pem- satu-satunya. Sebagai contoh, di beberapa sel guanosinbawa pesan pertama. Banyak dari proses sel dependen Ca2-dipicu oleh pengaktifan kalmodulin, suatu protein pengikat monofosfat siklik (GMP siklik) berfungsi sebagai pembawaCa2- intrasel (langkah 4). Pengaktifan kalmodulin oleh Ca2- pesan kedua dalam suatu sistem yang analog dengan sistemserupa dengan pengaktifan protein kinase A oleh cAMP Dari cAMP.sini pola kedua jalur serupa. Kalmodulin yang telah akdfmengubah bentuk dan fungsi protein sel lain (langkah 5), Banyak hormon hidrofilik menggunakan cAMp sebagaibaik mengaktifkannya maupun menghambatnya. Protein pembawa pesan keduanya. Beberapa memakai Ca2. intraselinilah yang menghasiikan respons sel yang diinginkan (lang- dalam peran ini; bagi yang lain; pembawa pesan keduanyakah 6). (Secara bersamaan, produk penguraian PIP, lainnya, masih belum jelas. Ingatlah bahwa pengaktifan pembawaDAC, memicu jalur pembawa pesan kedua yang lain. DAG pesan kedua adalah suatu mekanisme universal yang diguna-mengaktifkan protein binase C (PKC), yang pada gilirannya kan oleh berbagai pembawa pesan ekstrasel selain hormonmenghasilkan respons sel dengan memfosforilasi protein- hidrofilik. (Lihat fitur dalam boks, Konsep, Thntangan, danprotein sel tertentu). Kontroversi, untuk penjelasan tentang suatu jalur transduksi Jalur cAMP dan Ca2- sering bertumpang tindih dalam sinyal yang mengejutkan - jalur yang menyebabkan sel bu-menghasilkan aktivitas sel tertentu. Sebagai contoh, cAMPdan Ca2. dapat mempengaruhi satu sama lain. Kalmodulin nuh diri).yang diaktifkan oleh kalsium dapat mengatur adenilil siklase AMPLIFIKASI OLEH JALUR PEMBAWA PESANdan dengan demikian mempengaruhi cAMB semenrara pro- KEDUAtein kinase A dapat memfosforilasi dan, karenanya, meng- Beberapa hal penting renrang pengaktifan resepror dan proses- proses selanjutnya layak diperhatikan. Pertama, dengan me-ubah aktivitas pembawa atau saluran Ca2*. Iihat jumlah langkah yang berperan dalam sistem pembawa pesan kedua, anda mungkin bertanya-tanya mengapa sedemi-130 Bab 4

**' -'''\"fiPembawa pesan \"',.-^nuprotein Membran plasma @ Pengikatan suatu pembawa pesan ekstrasel ke reseptor membranpertama, pembawa f ros,rotioasce permukaan mengaktifkan enzim fosfolipase C yang terikat ke membran G melalui perantaraan protein G. Fosfolipase C mengubah PlPr, suatu komponen membran, menjadi DAG dan lP..-\".\",..H%reffi @ 't. pada gilirannya memobilisasi Ca2* yang disimpan di dalam organel. (Pengikatan pembawa pesan ekstrasel ke reseptor : cls@ ieler 6;u5uh e1s6 @ yang bekerja sebagai pembawa mengaktifkan protein G, menjadifosfolipase C \"p.eusa,n kedua, mengaktifkan kalmodulin yang subunit c-nya kemudian DAG dan lPr) @ Kalmodulin menginduksi perubahan G;Oberpindah ke dan mengaktii;\" c)fosfoliPase bentuk dan fungsi protein intrasel tertentu. Memurai ,ur* J @ (N/emobilisasi) @ Protein yang telah berubah kemudian menghasilkan respons sel yang diinginkan pembawa pesan Ca2* intrasel yang di- sesuai perintah pembawa pesan ekstrasel. kedua yang lain simpan di dalam organel Pembawa pesan kedua €D (Mensaktifkan) (Menginduksi perubahan bentuk protein)PlP, = p6.lulidilinositol bisfosfatDAG = Diasilgliserol = lnositol trisfosfatlPsGambar 4-25Pengaktifan sistem pembawa pesan kedua kalsium oleh pembawa pesan ekstraselkian banyak sel menggunakan sistem kompleks yang sama ini, konsentrasi hormon dan pembawa pesan kimiawi lain yanguntuk melaksanakan sedemikian banyak fungsi. Banyaknya sangat rendah sudah dapat memicu respons sel yang men-langkah pada jalur pembawa pesan kedua sebenarnya meng- colok.untungkan, karena efek multipliffkasi jaiur ini sangat mem-perkuat sinyal awal. Amplifikasi berarti bahwa kekuatan MODIFIKASI JALUR PEMBAWA PESAN KEDUAkeluaran suatu sistem jauh lebih besar daripada masukannya.Pengikatan satu molekul pembawa pesan ekstrasel ke reseptor- Meskipun reseptor membran berfungsi sebagai penghubungnya mengaktifkan sejumlah molekul adenilil siklase (marilah antara pembawa pesan perrama ekstrasel dan pembawa pesankita anggap 10), yang masing-masing mengaktifkan banyak kedua intrasel dalam pengaturan aktivitas-aktivitas sel tertenru,(dalam contoh hipotetis kita, katakan 100) molekul cAMP reseptor itu sendiri juga sering berada di bawah kontrol. PadaSetiap molekul cAMP kemudian bekerja pada saru protein banyak keadaan, jumlah dan afinitas (daya ikat reseptor araskinase A, yang memfosforilasi dan karenanya mempengaruhi pembawa pesan kimiawinya) dapat berubah, bergantung padabanyak (kembali kita andaikan 100) protein spesifik, misalnya keadaan. Sebagai contoh, jumlah resepror untuk hormonenzim. Setiap enzim, pada gilirannya, bertanggung jawab insulin dapat turun sebagai respons terhadap peningkatanmenghasilkan banyak (mungkin 1 00) molekul produk tertentu, kronik insulin dalam darah. Kemudian, saat kira membahasmisalnya produk selretorik. Hasil dari proses berjenjang ini, kelenjar-kelenjar endokrin spesifik secara detil, anda akandengan satu proses memicu proses berikutnya dalam rangkai- mempelajari lebih banyak tentang mekanisme yang mengaruran, adalah amplifikasi luar biasa sinyal awal. Dalam contoh responsivitas sel sasaran terhadap hormonnya ini.hipotetis kita, satu molekul pembawa pesan kimiawi berperanmenghasilkan i 0 juta rnolekul produk sekretorik. Dengan cara CATAIAN KLINIS. Banyak proses penyakit dapat di- kaitkan dengan malfungsi resepror atau defek di salah satu Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 131

Konsep, Tantangan, dan KontroversiBunuh Diri sel Terprogram: contoh Mengejutkan Jalur Transduksi sinyalPada sebagian besar kasus, jalur pada tubuh orang dewasa. Fungsi pasokan O, akibat penyumbatan total optimal sebagian besar jaringan pembuluh darah yang mendarahinya,transduksi sinyal yang dipicu oleh bergantung pada keseimbangan mati akibat nekrosis (lihat h. 362).pengikatan suatu pembawa pesan antara produksi sel baru dankimiawi ekstrasel dengan reseptor destruksi diri sel. Keseimbangan ini Meskipun nekrosis dan apoptosismembran permukaan ditujukan untuk mempertahankan jumlah sel yangmendorong fungsi yang sesuai, sesuai di suatu jaringan sembari sama-sama menyebabkan kematian,pertumbuhan, kelangsungan hidup, menjamin pasokan sel segar yang tahap-tahap yang terlibat sangatatau reproduksi sel. Sebaliknya, setiap berada dalam puncak kinerjanya.sel memiliki jalur inheren tak lazim berbeda. Pada nekrosis, sel yang matiyang, jika terpicu, menyebabkan sel I Kematian sel terprogram berperan adalah korban yang pasif, sementara pada apoptosis sel secara aktif ikutmelakukan bunuh diri dengan penting dalam sistem imun. serta dalam kematiannya sendiri. padamengaktifkan enzim-enzim penggun-ting protein intrasel, yang memotong Apoptosis adalah salah satu cara nekrosis, sel yang cedera tidak dapatsel menjadi kepingan-kepingan kecil untuk menghilangkan sel yang memompa keluar Na* seperti biasa.yang mudah dibersihkan. Kematian sel terinfeksi oleh virus berbahaya. Akibatnya, air masuk melalui osmosis,terprogram yang disengaja ini disebut Selain itu, sel darah putih yang menyebabkan sel membengkak danapoptosis. (Kata ini berarti \"terlepas\", pecah. Biasanya pada nekrosis melawan infeksi dan telah melak- gangguan yang menyebabkandalam kaitannya dengan membuang sanakan tugasnya serta tidak lagi kematian sel juga mencederai banyaksel yang tidak lagi bermanfaat, seperti diperlukan akan mematikan dirinya sel sekitar sehingga banyak sel sekitardaun rontok pada musim gugur). send iri. membengkak dan pecah bersama-Apoptosis adalah bagian normal dari I Sel-sel yang tidak diinginkan yang sama. Pelepasan isi sel ke dalamkehidupan-sel-sel yang menjadi jaringan sekitar memicu responsberlebih atau terganggu dipicu untuk me nga nca m homeostasis b i asa nya peradangan di tempat kerusakanmenghancurkan dirinya sendiri demi disingkirkan dari tubuh dengan tersebut (lihat h. 450). Sayangnya,tujuan yang lebih besar yaitu pemeli- respons peradangan memiliki kemung-haraan kesehatan tubuh keseluruhan. apoptosis. Yang termasuk dalam kinan merusak sel-sel sekitar yang daftar \"korban\" ini adalah sel tua,Peran Apoptosis sel yang mengalami kerusakan tak masih sehat. tersembuhkan akibat terpajan keDi sini adalah contoh-contoh peran radiasi atau racun lain, dan sel yang Sebaliknya, apoptosis terjadi padapenting yang dilakukan oleh program mungkin akan kacau. Banyak sel sel tertentu tanpa mengenai sel-selpengorbanan intrinsik ini: mutan dieliminasi dengan cara ini sekitar. Sel yang memberi sinyal untuk sebelum benar-benar menjadi bunuh diri melepaskan dirinya dariI Eliminasi-diri sel-sel tertentu yang kanker. sel-sel sekitar kemudian menciut, bukan membengkak dan pecah. Sebagai dapat diperkirakan adalah bagian Perbandingan Apoptosis dan Nekrosis normal dari perkembangan. 5el-sel Apoptosis bukan satu-satunya cara senjatanya yang mematikan, sel yang tertentu yang tidak diinginkan yang kematian sel, namun ini adalah cara diproduksi selama perkembangan yang paling rapi. Apoptosis adalah cara bunuh diri tersebut mengaktifkan suatu diprogram untuk membunuh diri terkontrol, disengaja, rapi untuk jenjang enzim pemotong protein mereka sendiri. Selama perkem- menghilangkan sel-sel yang tidak lagi dibutuhkan atau menimbulkan intrasel yang dalam keadaan normal bangan seorang wanita, misalnya, inaktif, kaspase, yang membunuh sel ancaman bagi tubuh. Bentuk lain dari dalam. Ketika sel diberi sinyal apoptosis secara sengaja menghi- kematian sel, nekrosis (memiliki arti untuk menjalani apoptosis, mitokondria Iangkan duktus embrionik yang \"membuat mati\") adalah pembunuhan menjadi bocor sehingga sitokrom c dapat membentuk saluran repro- yang tidak terkendali, tidak disengaja, keluar ke dalam sitosol. Sitokrom c, duksi pria. Demikian juga, apoptosis dan \"kotor\" pada sel-sel berguna yang suatu komponen rantai transpor membentuk jari tangan dari tangan mengalami cedera berat oleh sesuatu elektron, biasanya ikut serta dalam berbentuk kantung dengan dari luar sel, misalnya pukulan fisik, fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan menghilangkan membran mirip jala kekurangan 02, atau penyakit. Sebagai ATP (lihat h. 38). Di luar lingkungan di antara jari-jari tersebut. contoh. selama serangan jantung, sel-sel otot jantung yang kekurangan normalnya di mitokondria, sitokrom cI Apoptosis penting dalam perputar- mengaktif kan jenjang kaspase. Sekali diaktifkan, enzim-enzim golongan a nlpe rtu ka ra n (tu rn-ove r) ja ri ng a n kaspase ini bekerja seperti guntingdari berbagai komponen jalur transduksi sinyal. Sebagai con- I Dengan merangsang gen, hormon lipofiliktoh, gangguan reseptor merupakan penyebab cebol Laron(Laron duafism). Pada penyakit ini, pasien bertubuh sangat mendorong sintesis protein baru.pendek meskipun kadar hormon pertumbuhannya normal,karena jaringan tidak dapat berespons secara normal terhadap Semua hormon lipofilik (hormon steroid dan tiroid) berikat-hormon pertumbuhan. Hal ini bertentangan dengan jenis an dengan reseptor intrasel dan terutama menghasilkan efekcebol yang lebih umum di mana tubuh pasien sangat pendek di sel sasarannya dengan mengaktifkan gen-gen terrenrukarena defisiensi hormon pertumbuhan. untuk mensintesis protein stuktural atau enzimatik baru. Setelah mempelajari cara-cara hormon hidrofilik me- LangkahJangkah dalam proses berikut ini berkorelasi dengannimbulkan perubahan pada sel sasarannya, kini kita akan angka-angka di Gambar 4-26,h. 135:berfokus pada mekanisme kerja hormon lipofilik. 1. Hormon lipofilik bebas (hormon yang tidak terikat ke pembawa) berdifusi menembus membran plasma sel132 Bab 4

molekul untuk membongkar sel secara bagi tubuh, bahwa semua di lingkungan Meskipun semua sel memiliki perang-sistematis. Dengan menggunting kat kematian yang sama namun sinyalprotein demi protein, enzim-enzim ini sekitar sel baik-baik saja, dan bahwa yang menginduksi mereka untukmemotong nukleus, menguraikan DNA bunuh diri bervariasi.yang esensial untuk kehidupan, lalu segala sesuatu di dalam sel bekerjamenguraikan sitoskeleton penentu dengan baik. Sinyal-sinyal ini menca- Mengingat bahwa kehidupan setiapbentuk internal, dan akhirnya meme- kup faktor pertumbuhan spesifik sel bergantung pada keseimbangancah-mecah sel itu sendiri menjadi jaringan, hormon-hormon tertentu, yang rawan ini setiap saat, tidaklahpaket-paket terbungkus membran dan kontak yang sesuai dengan sel-sel mengherankan bahwa kegagalanyang mudah dibersihkan. Yang kontrol apoptosis-yang menyebabkanpenting, isi sel yang mati tetap tetangga dan matriks ekstrasel.terbungkus oleh membran plasma bunuh diri sel berlebihan atausepanjang proses bunuh diri ini Sinyal-sinyal kelangsungan hidup kekurangan-tam paknya berperansehingga isi intrasel yang berpotensi ekstrasel ini memicu jalur-jalur intrasel pada banyak penyakit penting.merusak tidak keluar seperti pada yang menghambat pengaktifan Aktivitas apoptoti k berlebihannekrosis. Tidak terjadi respons jenjang kaspase sehingga perangkat dipercaya ikut berperan dalamperadangan sehingga sel-sel sekitar kematian sel otak pada penyakittidak terganggu. Sel-sel di sekitar kematian sel dapat ditahan. Sebagian Alzheimer, penyakit Parkinson, dan besar sel terprogram untuk bunuh diri stroke, serta kematian dini sel-selmalah dengan cepat menelan dan jika mereka tidak mendapat sinyal penahan infeksi pada AlD5. Sebaliknya,menghancurkan fragmen-fragmen sel kelangsungan hidup yang \"menen- apoptosis yang terlalu sedikit kemung-apoptotik dengan fagositosis. Produk teramkan\" tersebut. Jika jalur-jalur kinan besar berperan dalam kanker.penguraian didaur ulang untk tujuan intrasel pelindung tersebut dihilangkan Bukti-bukti mengisyaratkan bahwa sellain sesuai kebutuhan. Sementara itu, maka enzim-enzim penggunting kanker tidak berespons terhadapjaringan secara keseluruhan terus protein yang mematikan akan beraksi. sinyal-sinyal ekstrasel normal yangberfungsi normal, dengan sel apopotik mendorong kematian sel. Karena tidakdiam-diam mematikan dirinya sendiri. Sebagai contoh, terhentinya sinyal dari mati setelah mendapat sinyal yang faktor pertumbuhan atau terlepasnyaKontrol Apoptosis sel dari matriks ekstrasel menyebabkan sesuai maka sel-sel ini terus tumbuhJika di setiap sel terdapat kaspase- tak terkendali, membentuk massakaspase poten yang dapat merusak sel sel tersebut segera bunuh diri.itu sendiri, apa yang secara normal kacau yang lepas kontrol.menjaga enzim-enzim kuat ini tetap 5elain itu, sel memperlihatkan Apoptosis saat ini merupakan salahberada di bawah kendali (yaitu, dalambentuk inaktif) saat sel yang \"reseptor kematian\" di membran satu topik penelitian yang palingbermanfaat bagi tubuh dan layak plasmanya yang menerima \"sinyal \"panas\". Para peneliti berlomba untukhidup? Demikian juga, apa yang menguraikan berbagai faktor yangmengaktifkan jenjang kaspase di sel kematian\" ekstrasel, misalnya dari berperan dalam jalur transdul<si sinyalyang tidak diinginkan yang ditakdirkan hormon tertentu atau pembawa pesan yang mengendalikan proses ini.untuk mengeliminasi dirinya sendiri? kimiawi spesifik dari sel darah putih. Harapan mereka adalah menemukanKarena pentingnya keputusan Pengaktifan jalur kematian oleh cara untuk memperbaiki perangkathidup-atau-mati ini, tidaklah sinyal-sinyal ini dapat menggilas apoptotik untuk mencari terapi-terapimengherankan bahwa terdapat jalur-jalur penyelamat nyawa yang baru untuk berbagai penyakitbanyak jalur yang mengontrol secara mematikan.ketat apakah suatu sel hidup atau diaktifkan oleh sinyal kelangsunganmati. Sebuah sel secara normalmenerima \"sinyal kelangsungan hidup. Jalur transduksi kematian selhidup\" secara terus-menerus, yang dengan cepat menyalakan perangkatmeyakinkan sel bahwa ia bermanfaat apoptotik internal, mendorong sel ke kematiannya sendiri. Demikian juga, perangkat bunuh-diri diaktifkan ketika sel menderita kerusakan intrasel yang tidak dapat diperbaiki. Karena itu, sebagian sinyal menghambat apopto- sis, sementara yang lain mengaktifkan- nya. Apakah sebuah sel akan hidup atau mati bergantung pada sinyal mana yang mendominasi pada setiap waktu. sasaran dan berikatan dengan reseptor spesifiknya di da- bagai hormon steroid dan hormon tiroid, setelah berikatan lam sel (langkah rg:). Sebagian besar reseptor hormon lipofilik terletak di nukleus. dengan reseptor masing-masing, melekat ke HRE yang2. Setiap reseptor memiliki regio spesifik untuk berikatan berbeda di DNA. Sebagai contoh, komplela esrrogen- dengan hormonnya dan regio lain untuk berikatan dengan reseptor berikatan di elemen respons estrogen DNA. DNA. Reseptor tidak dapat mengikat DNA kecuali jika ia mula-mula mengikat hormonnya. Setelah hormon ber- 3. Pengikatan kompleks hormon-reseptor dengan DNA akhirnya \"menyalakan\" suatu gen spesifik di sel sasaran. ikatan dengan reseptor, kompleks hormon-reseptor ini kemudian berikatan dengan DNA di tempat pengikatan Gen ini mengandung kode/sandi untuk membentuk spesifik di DNA yang dikenal sebagai hormone response element (HRE, elemen respons hormon) (langkah }). Ber- protein rertentu. Kode gen yang diaktifkan ini ditrans- kripsikan menjadi messenger RNA (mRNA) komplemen- ter (langkah g. Prinsip Komunikasi 5araf dan Hormon 133

4. mRNA yang baru meninggalkan nukleus dan masuk ke Selanjutnya kita akan membandingkan persamaan dan perbedaan respons saraf dan hormon di tingkat sistem. sitoplasma (langkah S. PERBANDINGAN SISTEM SARAF5. Di sitoplasma, mRNA berikatan dengan ribosom, \"meja DAN SISTEM ENDOKRIN kerja'tempat peny'usunan protein baru . Di sini, mRNA Seperti anda ketahui, sistem saraf dan endokrin adalah dua mengarahkan sintesis protein baru sesuai kode DNA sistem regulatorik utama tubuh. Sistem saraf dengan cepat pada gen yang diaktifkan di atas (langkah g). menyalurkan impuls listrik ke otot rangka dan kelenjar6. Protein yang baru dibentuk, baik struktural maupun eksokrin yang disarafinya. Sistem endokrin mengeluarkan hormon ke dalam darah untuk disalurkan ke tempat kerja enzimatik, menghasilkan respons fisiologis sel sasaran yang terletak jauh. Meskipun kedua sistem ini berbeda dalam banyak segi, namun juga memiliki banyak kesamaan (Thbel terhadap hormon (langkah iil. 4-5). Keduanya akhirnya mengubah sel sasaran (tempat kerja)Melalui mekanisme ini, hormon lipofilik yang berbeda meng- dengan mengeluarkan pembawa pesan kimiawi (neurotrans-aktifkan gen yang berbeda pula sehingga timbul efek biologis miter pada sel saraf, hormon pada sel endokrin) yang berikatan dengan resepror spesifik di sel sasaran.Pengikatan ini memicuyang beragam. respons sel yang ditentukan oleh sistem regulatorik. Marilah Meskipun sebagian besar kerja steroid terjadi melalui kita teliti perbedaan anatomik antara kedua sistem ini sertapengikatan hormon ke reseptor intraselnya yang menyebab- berbagai cata yarg digunakan untuk menimbulkan efekkan pengaktifan gen, studi-studi terakhir mengungkapkanadanya mekanisme lain yang digunakan hormon steroid spesifik.untuk menimbulkan efek-efek yang terlalu cepat untuk I Sistem saraf adalah sistem \"kabel\", dan sistemdiperantarai oleh transkripsi gen. Para peneliti telah mem- endokrin adalah sistem \"nirkabel\".pelajari bahwa sebagian hormon steroid, terurama beberapahormon seks, berikatan dengan reseptor steroid unik dimembran plasma, selain berikatan dengan reseptor steroidtradisional di nukleus. Pengikatan di membran ini menye-babkan efeb reseptor steroid nongenomik, yaitu, efek yangdilaksanakan oleh sesuatu di luar perubahan aktivitas gen,misalnya dengan menginduksi perubahan fluks ion melewatimembran atau mengubah aktivitas enzim-enzim sel.I Respons hormon lebih lambat dan lebih lama Secara anatomis, sistem saraf dan endokrin cukup berbeda.daripada respons saraf. Pada sistem saraf, setiap sel saraf berakhir langsung di selDibandingkan dengan respons sarafyang terlaksana dalam sasaran spesifik; yaitu, sistem saraf adalah \"kabel\" yang ter-hitungan milidetik, kerja hormon relatif lambat dan ber- susun sangat spesifik membentuk jalur-jalur anatomik yangkepanjangan, memerlukan waktu beberapa menit sampai rapi untuk menyalurkan sinyal dari satu bagian tubuh kebeberapa jam setelah hormon berikatan dengan resepror- bagian lain. Informasi dibawa di sepanjang rantai neuron kenya. Variabilitas waktu awitan untuk respons hormon ini tujuan yang diinginkan melalui perambatan potensial aksibergantung pada mekanisme yang digunakan. Hormon disertai transmisi melalui sinaps. Sebaliknya, sistem endokrinyang bekerja melalui sistem pembawa pesan kedua untuk adalah sistem \"nirkabel\" yaitu bahwa kelenjar endokrin tidakmengubah aktivitas enzim yang sudah ada, sudah bekerja berkaitan secara anaromis dengan sel sasarannya. pembawa pesan kimiawi endolrin disekresikan ke dalam darah danmaksimal dalam beberapa menit. Sebaliknya, respons disalurkan ke sasaran yang letaknya jauh. Pada kenyataannya,hormon yang memerlukan sintesis protein baru mungkin komponen-komponen sistem endokrin itu sendiri tidak se-memerlukan waktu hingga beberapa jam sebelum efek cara anatomis berkaitan; kelenjar endokrin tersebar di selu-timbul. ruh tubuh (lihat Gambar 18-1, h. 726). Namun, secara fung- Juga berbeda dari respons sarafyang cepat selesai setelah sional kelenjar-kelenjar ini membentuk suatu sistem karenasinyal pemicu berhenti, respons hormon menetap untuk semuanya mengeluarkan hormon dan terjadi banyak inter-beberapa waktu setelah hormon tidak lagi terikat ke resep-tornya. Sekali suatu enzim diaktifkan sebagai respons terha- aksi di antara berbagai kelenjar endokrin.dap input hormon hidrofilik, enzim tersebut tidak lagi ber- I Spesifisitas neuron disebabkan oleh kedekatangantung pada keberadaan hormon. Karena itu, respons anatomik; spesifisitas endokrin disebabkan olehbertahan hingga enzim diinaktifkan. Demikian juga, sekali spesialisasi reseptor,suatu protein terbentuk sebagai respons terhadap input hor-mon lipofilik, protein tersebut terus berfungsi hingga terurai. Akibat perbedaan anatomik mereka, sistem saraf dan sistemAkibatnya, efek hormon biasanya berlangsung hingga bebe- endokrin memperoleh spesifisitas kerja melalui cara yangrapa lama setelah penghentiannya. Dapat diperkirakan bah- berbeda. Spesifisitas komunikasi saraf bergantung padawa respons yang bergantung pada sintesis protein bertahan keeratan hubungan anatomik sel saraf dengan sel sasarannya,lebih lama daripada yang ditimbulkan oleh pengaktifan sehingga setiap neuron memiliki jangkauan pengaruh yangenzim. sangat sempit. Neurotransmiter dibebaskan dengan distribusi terbatas ke sel-sel sasaran sekitar lalu cepar diinaktifkan atau134 Bab 4

Sitoplasma sel sasaran Nukleus @ Horrnon lipofilik berdifusi melewati membran plasma dan membran nukleus sel sasarannya dan berikatan dengan reseptor nukleus yang spesifik baginya. @- Kompleks hormon-reseptor sebaliknya berikatan dengan elemen respons hormon, suatu segmen DNAyang spesifik bagi kompleks hormon-reseptor. @ Pengikatan ke DNA ini mengaktifkan gen-gen spesifik, yang menghasilkan mRNA komplementer. @ mRNA meninggalkan nukleus. @ Di sitoplasma, mRNA mengarahkan sintesis protein baru. @ Protein-protein baru ini, baik enzimatik maupun struktural, melaksanakan respons fisiologik sel sasaran terhadap hormon.H = hormon lipofilik bebas HRE = hormone response elementR = reseptor hormon lipofilik mRNA = messenger RNAGambar 4-26Mekanisme kerja hormon lipofilik melalui pengaktifan gen(Sumber: Diadaptasi dengan ijin dari GeorgeA, Hedge, Howard D. Colby, dan Robert L. Goodman, Clinical Endocrine PhysiologylPhiladelphia: WB Saunders Company, 19871, Gbr. 1-9, h. 20).Tabel 4-5Perband inga n Sistem Saraf : dan Sistem EndokrinSIFAT SISTEM SARAF SISTEM ENDOKRINSusunan Anatomik Sistem \"berkabel\"; susunan struktur yang Sistem \"nirkabel\"; kelenjar endokrin tersebar spesifik antara neuron dan sel sasaran; luas dan tidak berkaitan secara struktural satuJenis Pembawa Pesan kontinu itas struktural sistem sama lain atau dengan sel sasarannyaKimiawi Hormon yang dikeluarkan ke dalam darahJbngkauan Pembawa Neurotransmiter yang dikeluarkan ke dalamPesan Kimiawi celah sinaps Jarak jauh (dibawa oleh darah)Cara Spesifisitas Efek di Sangat dekat (berdifusi menyeberangi celahSel Sasaran sinaps) Bergantung pada spesifisitas pengikatan sel sasaran serta responsivitas terhadap hormon Bergantung pada hubungan anatomik erat tertentu antara sel saraf dan sel sasaran Lambat (menit sampai jam) Lambat (menit sampai hari atau lebih lama)Kecepatan Respons Cepat (milidetik) Mengontrol aktivitas yang lebih memerlukanLama Kerja Singkat (milidetik) durasi daripada kecepatanFungsi Utama Mengoordinasikan respons cepat dan tepatdibersihkan sebelum memperoleh akses ke darah. Sel sasaran anda. Jika ACh secara tak terbatas dibebaskan ke dalam da-suatu neuron memiliki reseptor untuk neurotransmiteq te- rah, seperti hormon pada sistem endokrin nirkabel, maka semua otot rangka akan secara bersamaan berespons dengantapi demikian juga banyak sel lain di lokasi yang lain, dan berkontraksi, karena semua memiliki resepror untuk ACh.sel-sel ini dapat berespons terhadap mediator yang sama ini Tentu saja hal ini tidak terjadi, karena adanya pola perkabelan tepat yang menghubungkan langsung neuron motorikseandainya mediator tersebut sampai kepada mereka. Sebagai dengan sel sasarannya.contoh, keseluruhan sistem sel sarafyang menyaraff seluruhotot rangka (neuron motorik) tubuh anda menggunakan Spesifisitas ini bertolak belakang dengan cara spesifisitasneurorransmiter yang sama, asetilholin (ACh), dan semua komunikasi pada sistem endokrin. Karena mengalir dalamotot rangka anda memiliki reseptor ACh komplementer (Bab darah, maka hormon dapat mencapai hampir semua jaringan.8). Namun anda dapat secara spesifik menggoyangkan jem- Namun meskipun distribusi hormon ke mana-mana, namunpol kaki anda tanpa mempengaruhi otot lain, karena ACh hanya sel sasaran tertentu yang berespons terhadap masing-dapat secara tersendiri dibebaskan dari neuron motorik yang masing hormon. Spesifisitas kerja hormon bergantung padasecara spesifik tersambung ke otot pengontroi jempol kaki Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 135

spesialisasi reseptor sel sasaran. Agar suatu hormon dapat terikat ke reseptor untuk beberapa lama sehingga efek biolo- menimbulkan efeknya, hormon mula-mula harus berikatan dengan reseptor yang spesifik baginya yang terletak hanya di gis juga memanjang. Selain itu, tidak seperti respons saraf sel sasaran hormon. Reseptor sel sasaran bersifat sangat pe- yang berlangsung singkat dan berhenti hampir langsungmilih dalam membentuk ikatan. Reseptor ini hanya akan setelah neuroffansmiter dipindahkan, efek endokrin biasanya mengenal dan berikatan dengan hormon terrenru, meskipun berlangsung beberapa waktu setelah hormon dihentikan. ia terpajan secara bersamaan ke banyak hormon lain dalam Respons sarafterhadap satu kali letupan pengeluaran neuro-darah, yang sebagian di antaranya sangat mirip secara sffuk- transmiter berlangsung hanya beberapa milidetik sampaitural dengan hormon tertentu tersebut. Reseptor mengenal detik, sementara perubahan di sel sasaran yang ditimbulkan suatu hormon karena konformasi suatu bagian dari molekul oleh hormon berlangsung selama beberapa menit hingga reseptor cocok dengan bagian tertentu hormon seperti \"kunci beberapa hari atau, pada kasus efek hormon pertumbuhan,dengan anak kuncinyd'. Pengikatan suaru hormon dengan seumur hidup. Karena itu, kerja hormon relatif lambat danreseptornya memicu reaksi yang berpuncak pada efek akhir berkepanjangan, menyebabkan kontrol endokrin sangar co-hormon. Hormon tidak dapat mempengaruhi sel lain karena cok untuk mengatur aktivitas metabolik yang memerlukansel bukan sasaran tidak memiliki reseptor pengikat yang srabi litas jangka pan.iang. tePat. Meskipun sistem endokrin dan saraf memiliki bidangI Sistem saraf dan endokrin memiliki lingkup spesialisasi masing-masing, keduanya berkaitan erat secara fungsional. Sebagian sel saraf tidak mengeluarkan neuro-otoritas masing-masing tetapi saling berinteraksi rransmiter di sinaps tetapi malah berakhir di pembuluh da-secara fungsional. rah dan mengeluarkan pembawa pesan kimiawinya (neuro- hormon) ke dalam darah, di mana bahan-bahan kimia iniSistem saraf dan endokrin adalah sistem yang khusus bertindak sebagai hormon. Suatu pembawa pesan bahkanmengontrol berbagai jenis aktivitas. Secara umum, sistem dapat menjadi neurotransmiter jika dibebaskan dari ujungsaraf mengatur koordinasi respons yang cepat dan tepat. saraf dan sebagai hormon jika disekresikan oleh sel endo-Sistem ini sangar penting dalam interaksi tubuh dengan krin. Sistem sarafsecara langsung atau tak langsung mengon-lingkungan eksternal. Sinyal saraf dalam bentuk potensial trol sekresi banyak hormon (lihat Bab l7). Pada saar yangaksi cepat dihantarkan di sepanjang serat sel saraf,, menye- sama, banyak hormon bertindak sebagai neuromodulator,babkan pelepasan neurotransmiter di ujung sarafyang hanya mengubah efektivitas sinaps sehingga mempengaruhi sifat peka rangsang sisrem saraf. Adanya hormon kunci tertentuharus berdifusi melintasi suatu jarak mikroskopik menuju sel bahkan esensial bagi perkembangan dan pematangan otaksasaran sebelum respons timbul. Respons yang diperantarai selama kehidupan janin. Selain itu, pada banyak keadaanoleh sistem saraftidak saja cepat tetapi juga singkat; respons sistem saraf dan endokrin sama-sama mempengaruhi selsegera dihentikan setelah neurotransmirer cepar dikeluarkan sasaran yang sama secara saling melengkapi. Sebagai contoh,dari sasarannya. Hal ini memungkinkan respons diakhiri, kedua sistem regulatorik utama ini membantu mengarur sistem sirkulasi dan pencernaan. Karena itu, banyak ter-respons dapat cepat diulang, arau respons segera diganti dapat persinggungan regulatorik penting antara sisrem sarafdengan respons lain, sesuai kebutuhan saat iru (misainya,perubahan cepar dalam perintah ke kelompok-kelompok dan endokrin. Studi renrang hubungan ini dikenal sebagai neuroendokrinologi.otot yang diperlukan untuk berjalan). Cara kerja ini menye-babkan komunikasi sarafberlangsung sangar cepat dan tepar. Dalam tiga bab berikutnya, kita akan berkonsentrasiJaringan sasaran sistem saraf adalah otot dan kelenjar, ter- pada sistem sarafdan akan mengulas sistem endoftrin secarautama kelenjar eksokrin tubuh. lebih mendalam di bab-bab selanjutnya. Di seluruh teks ini kita akan terus menunjukkan beragam cara interalsi kedua Sistem endokrin, sebaliknya, adalah sistem yang khusus sistem ini sehingga tubuh adalah suatu keseluruhan yangmengontrol aktivitas-aktivitas yang lebih memerlukan durasi terpadu, meskipun masing-masing sistem memiliki lingkupdaripada kecepatan, misalnya mengatur metabolisme organikserta keseimbangan air dan elektrolit; mendorong perrum- otoritas masing-masing.buhan dan perkembangan yang lancar dan berkesinambung-an; dan mengontrol reproduksi. Sistem endokrin berespons PERSPEKTIF BAB INI: FOKUS PADAlebih lambat terhadap rangsangan pemicunya daripada sis-tem saraf, karena beberapa alasan. Pertama, sistem endokrin HOMEOSTASISharus bergantung pada aliran darah untuk menyampaikanpembawa pesan kimiawinya dalam jarak yangjauh. Kedua, Untuk mempertahankan homeostasis, sel-sel harus berko-mekanisme kerja hormon di sel sasaran biasanya lebih kom- munikasi sehingga dapat bekerja sama untuk melaksanakanpleks daripada mekanisme kerja neurotransmirer sehingga kegiatan-kegiatan untuk kelangsungan hidup. Untuk meng-memerlukan waktu lebih lama sebelum menghasilkan res- hasilkan respons yang sesuai, dua sistem regulatorik utama tubuh, sistem saraf dan sistem endokrin, pada khususnyapons. Efek akhir sebagian dari hormon ini tidak dapat di- harus berkomunikasi dengan sel sasaran yang dikontrol.deteksi sampai beberapa jam setelah hormon berikatan Karena itu komunikasi saraf dan hormon sangar p€nting untuk mempertahankan lingkungan internal yang stabildengan reseptor sel sasaran. Juga, karena tingginya afinitasreseptor terhadap hormon pasangannya, hormon sering tetap136 Bab 4

serta untuk memadukan aktivitas-aktivitas nonhomeosta- sasaran yang letaknya jauh tempat hormon tersebut menim-tik. bulkan efek dengan mengubah aktivitas protein enzimatik atau struktural sel-sel tersebut. Hormon larut air umumnya Sel saraf adalah sel khusus untuk menerima, memproses, mengubah protein intrasel yang sudah ada dengan meng-menyandi, dan menyalurkan dengan cepat informasi dari aktifkan sistem pembawa pesan kedua. Hormon larut lemaksatu bagian tubuh ke bagian lain. Informasi disalurkan oleh mengaktifkan gen-gen untuk mendorong sintesis proteinjalur saraf rumit melalui perambatan potensial aksi di sepan- intrasel baru. Perubahan aktivitas yang terjadi pada proteinjang sel saraf serta oleh transmisi kimiawi sinyal dari neuron intrasel tementu inilah yang melaksanakan respons fisiologik yang ditentukan oleh hormon pembawa pesan tersebut.ke neuron di sinaps dan dari neuron ke otot dan kelenjar Melalui pembawa pesan yang bekerja relatif lambat ini, sis-melalui interaksi neuroffansmiter-reseptor lainnya di taut tem endokrin umumnya mengatur aktiyitas-aktivitas yangtersebut. lebih memerlukan durasi daripada kecepatan. Sebagian besar Secara kolektif, sel saraf membentuk sistem saraf dari aktivitas ini diarahkan untuk mempertahankan homeo-Banyak aktivitas yang dikontrol oleh sistem saraf dimaksud-kan untuk mempertaharikan homeostasis. Sebagian silyal stasis. Sebagai contoh, hormon membantu mempertahankanlistrik saraf menyampaikan informasi mengenai perubahanyang harus cepat diranggapi oleh tubuh agar dapat mem- konsentrasi nutrien yang repat di lingkungan internal denganpertahinkan homeostasis-misalnya, informasi renrang penu- 'mengarahkan reaksi-reaksi kimia yang terlibat dalam penye-runan tekanan darah. Sinyal listrik saraflainnya dengan cepatmenyampaikan pesan ke otot dan kelenjar untuk merangsang rapan, penyimpanan, pembebasan, dan pemakaian molekul-respons yang sesuai untuk melawan perubahan ini-misalnya, molekul nurrien ini. Hormon juga membantu mempertahan-penyesuaian dalam aktivitas jantung dan pembuluh darahuntuk memulihkan tekanan darah ke normal ketika tekanan kan keseimbangan air dan elektrolit di lingkungan internal.tersebut mulai turun. Selain itu, sistem saraf mengarahkanbanyak kegiatan yang tidak ditujukan untuk mempertahan- Hormon juga mengatur pertumbuhan dan mengontrol se-kan homeostasis, yang banyak di antaranya berada di bawahkontrol kesadaran, misalnya bermain bola basket arau men- bagian besar aspek sistem reproduksi, yang tidak berkaitanjelajah internet. dengan homeostasis. Sistem endokrin mengeluarkan hormon ke dalam da-rah, yang mengangkut pembawa pesan kimiawi ini ke sel-sel Sistem saraf dan endokrin bersama-sama memadukan beragam penyesuaian yang membantu tubuh mempertahan- kan homeostasis sebagai respons terhadap stres. Demikian juga, kedua sistem ini bekerja secara terpadu untuk mengon- trol sistem sirkulasi dan pencernaan, yang selanjutnya melak- sanakan kegiatan-kegiaran homeosratik penting.RINGKASAN BABMengenal Komunikasi Saraf (h. 95-97) I Potensial berjenjang secara pasif menyebar decrementalI Sel saraf dan otot dikenal sebagai jaringan peha rangsang (semakin kecil) melalui aliran arus lokal dan lenyap dalam karena keduanya dapat dengan cepat mengubah permea- jarak pendek. (Lihatlah Gambar 4-3, 4-4 dan 4-fl. bilitas membrannya sehingga mengalami perubahan po- Potensial Aksi (h. 99- f f f) tensial membran sesaat ketika tereksitasi. Perubahan I Selama suatu potensial aksi, depolarisasi membran ke potensial yang cepat ini berfungsi sebagai sinyal listrik. potensial ambang memicu perubahan berantai dalam permeabilitas membran akibat perubahan konformasiI Dibandingkan dengan potensial istirahat, membran saluran K- dan Na- berpintu voltase. (Lihatlah Gambar 4-6 sampai 4-9). mengalami depolarisasi jika besar potensial negarifnya I Perubahan permeabilitas ini menyebabkan pembalikan berkurang (menjadi kurang negatif) dan hiperpolarisasi jika besar potensial negatifnya meningkat (menjadi lebih sesaat potensial membran, dengan influks Nar mengha- negatif). (Libatlah Gambar 4-1). silkan fase naik (dari -70 ke +30 m\0, diikuti oleh efluks K. yang menyebabkan fase rurun (dari puncak kembali keI Perubahan potensial dirimbulkan oleh kejadian pemicu potensial istirahat). (Lihatlah Gambar 4-9). yang mengubah permeabilitas membran, yang pada I Sebelum kembali ke istirahat, potensial aksi meregenerasi gilirannya menyebabkan perubahan perpindahan ion potensial aksi baru identik di daerah di sebelahnya me-. menyeberangimembran. lalui aliran arus yang membawa daerah sebelah yang se-I Terdapat duajenis perubahan potensial: (1) potensial ber- belumnya inaktif ke ambang. Siklus otomatis ini berlan- jut sampai potensial aksi menyebar ke seluruh membran jenjang, yang berfungsi sebagai sinyal jarak pendek, dan (2) potensial aksi, yaitu sinyal jarak jauh. (Lihatlah Tabet sel tanpa berkurang. 4,1, h. loV I Terdapat dua jenis perambatan potensial aksi: (l) han-Potensial Berjenjang (h. 97 -99) taran merambat di serar tak bermielin, di mana potensial aksi menyebar sepanjang setiap bagian membran; dan (2)I Potensial berjenjang terjadi khusus di bagian kecil mem- hantaran saltatorik (hantaran meloncat) yang lebih cepat bran suatu sel peka rangsang.I Besar potensial berjenjang berbanding lurus dengan ke- kuatan kejadian pemicunya. (Lihatkh Gambar 4-2). Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 137

di serat bermielin, di mana impuls meloncat melewati Neurotransmiter yang dibebaskan kemudian berikatan bagian serat yang terbungkus oleh insulator mielin. dengan reseptor di neuron pascasinaps yang berinteraksi dengan terminal akson. Respons paling tipikal adalah (Lihatkh Gambar 4-11 dan 4-14). pembukaan saluran berpintu voltase di neuron pasca-I Pompa Na.-K. secara bertahap memulihkan ion-ion yang sinaps. (Lihatlah Gambar 4-1Q. berpindah selama perambatan potensial aksi ke lokasi me- 1. Jika saluran kation nonspesifik yang memungkinkan reka semula, untuk mempertahankan gradien konsentrasi. mengalirnya Na- dan K. terbuka, maka fluks ion yangI Bagian membran yang baru saja dilewati oleh impuls terjadi menyebabkan PPE, suatu depolarisasi ringan yang membawa sel pascasinaps mendekati ambang. tidak dapat direstimulasi sampai pulih dari periode refrak- (Lihatlah Gambar 4- I 71. ternya. Periode refrakter menjamin perambatan potensial aksi satu arah menjauhi tempat awal pengaktifan. (Lihatkh 2. Namun, kemungkinan bahwa neuron pascasinaps Gambar 4-12 dan 4-13). akan mencapai ambang berkurang jika PPI, suatu hi-I Potensial aksi terjadi .secara maksimal sebagai respons perpolarisasi kecil, terjadi akibat terbukanya saluran terhadap rangsangan atau ddak sama sekali. K* atau Cl-, atau keduanya. (Lihatlah Gambar 4-I/.I Di serat saraf, perbedaan kekuatan rangsangan diter- Meskipun terdapat sejumlah neuroffansmiter yang ber- jemahkan menjadi variasi frekuensi, bukan kekuatan beda, setiap sinaps selalu melepaskan satu neurotransmirer potensial aksi. yang sama untuk menghasilkan respons tertentu jika ber- ikatan dengan reseprornya. (Lihatkh Tabel 4-2).Regenerasi Serat Saraf (h. lll-ll2) Respons terhend jika neurotransmirer dibersihkan dari celahI Sel Schwann menuntun regenerasi akson perifer yang sinaps dengan metode-metode yang bersifat spesifik sinaps. putus. Banyak neuron juga mengeluarkan neuropeptida yangI Oligodendrosit menghambat regenerasi akson sentral lebih besar dan bekerja lebih lambat selain neurotrans- miter klasik. Neuropeptida umumnya berfungsi sebagai yang putus. neuromodulator di tempat nonsinaps baik di neuron pra- sinaps maupun pascasinaps untuk meningkatkan atauSinaps dan Integrasi Neuron (h. ll2-122) menekan efektivitas sinaps. (Lihatlah Tabel 4-3).I Cara utama yang digunakan neuron berinteraksi dengan Jalur-jalur sinaps antara berbagai neuron yang saling neuron lain adalah melalui sinaps. (Lihatlah Gambar 4-15 berhubungan bersifat sangat rumit, akibat konvergensi dan 4-16). input nerron dan divergensi output-nya. Biasanya banyak inputprasinaps berkonvergensi ke satu neuron dan secaraI Sebagian besar neuron memiliki empat bagian fungsional bersama mengontrol tingkat eksitabilitas neuron tersebut. Neuron yang sama ini, sebaliknya, berdivergensi untuk berbeda: (Lihatkh Gambar 4-10) 1. Regio dendrit/badan sel khusus berfungsi sebagai kom- bersinaps dengan dan mempengaruhi eksitabilitas banyak sel lain. (Lihatlah Gambar 4-20). Karena itu setiap neuron ponen pascasinaps yang berikatan dengan dan beres- memiliki tugas menghitung suatu zutput ke banyak sel pons terhadap neurotransmiter yang dikeluarkan oleh lain dari serangkaian kompleks input yangditerimanya. neuron lain. Membran plasma di bagian ini memiliki banyak saluran berpintu kimia untuk mengikat neuro- Bergantung pada kombinasi sinyal yang diterimanya dari transmiter spesifik. berbagai input prasinaps, sebuah neuron seriap saat dapat bereaksi dengan (1) membentuk potensial aksi sepanjang 2. Axon hilhch adalahbagian khusus untuk inisiasi poten- aksonnya, (2) tetap dalam keadaan istirahat dan tidak sial aksi sebagai respons terhadap potensial berjenjang yang dipicu oleh terikatnya neurotransmiter dengan menyalurkan sinyal apapun, atau (3) meningkatkan atau menurunkan derajat eksitabilitasnya. reseptor di regio dendrit/badan sel. A-xon hilloch me- miliki ambang terendah sehingga lebih dulu mencapai Jika aktivitas yang dominan adalah pada input eksftatorrk maka sel pascasinaps kemungkinan besar akan mencapai ambang sebagai respons terhadap perubahan potensial ambang dan mengalami potensial aksi. Hal ini dapat ter- berjenjang eksitatorik, karena densitas saluran Na.-nya laksana dengan (1) penjumlahan temporal (PPE dari input paling tinggi. prasinaps tunggal yang susul menyusul dalam waktu yang 3. Akson, atau serat saraf, adalah bagian yang khusus un- pendek sehingga saling menambahkan) arau (2) tuk menghantarkan potensial aksi tanpa berkurang dari penjumlahan spasial (menjumlahkan PPE yang terjadi axon hilloch ke terminal akson. Alson dapat meng- secara bersamaan dari beberapa inputprasinaps yang ber- hantarkan potensial alsi karena mempunyai saluran 6eda) . (Lihatlah Gambar 4- I 8) . Na- dan Kt berpintu voltase di sepanjang seratnya. Jlka inputinhibitorik mendominasi maka potensial pasca- sinaps menjadi semakin jauh dari ambang daripada 4. Terminal alson adalah bagian yang khusus berfungsi biasanya. sebagai komponen prasinaps, yang mengeluarkan neu- rotransmiter yang mempengaruhi sel pascasinaps lain Jika aktivitas eksitatorik dan inhibitorik ke neuron pasca- sebagai respons terhadap potensial alai yang merambat sinaps seimbang maka membran akan tetap dekat dengan sepanjang akson. Neurotransmiter dibebaskan karena istirahat. terminal alson memiliki saluran Ca2. berpintu voltase yang membuka sebagai respons terhadap potensial aksi. Masuknya Ca2* memicu pelepasan neurotransmiter melalui eksositosis vesikel sinaps.138 Bab 4

I Banyak faktor yang dapat mengubah efektivitas sinaps: mon steroid (hormon seks dan hormon yang dikeluarkan oleh korteks adrenal) dan hormon tiroid. (Lihatlah Tabel Sebagian adalah mekanisme inheren untuk mengatur se- cara halus responsivitas saraf, sebagian adalah manipulasi 4-4). farmakologik yang disengaja untuk mencapai hasil yang diinginkan, dan sebagian adalah kecelakaan akibat racun I Hormon peptida hidrofilik disintesis dan dikemas untuk atau proses penyakit (Lihatlah Gambar 4-19). diekspor oleh retikulum endoplasma /kompleks Golgi,Komunikasi Antarsel dan Thansdulisi Sinyal (h. 122-125) disimpan di vesikel sekretorik, dan dikeluarkan dengan eksositosis jika mendapat stimulasi yang sesuai.I Komunikasi antarsel dilalaanakan dengan (1) taut celah, I Hormon peptida hidrofilik mudah larut dalam plasma (2) pengikatan dan interaksi langsung sesaat antara sel-sel, dan (3) pembawa pesan kimiawi ekstrasel (Lihatlah Gam- untuk diangkut menuju sel sasarannya. bar 4-21). I Di sel sasaran, hormon hidrofilik berikatan denganI Sel-sel berkomunikasi satu sama lain untuk melaksanakan reseptor membran permukaan. Setelah berikatan, hormon berbagai aktivitas terpadu terutama dengan mengeluarkan pembawa pesan kimiawi ekstrasel, yang bekerja pada sel hidrofilik memicu serangkaian proses intrasel melalui sasaran tertentu untuk menimbulkan respons yang di- sistem pembawa pesan kedua yang akhirnya mengubah inginkan. protein sel yang sudah ada, biasanya enzim, untuk me- nimbulkan efek yang berpuncak pada respons sel sasaranI Terdapat empat jenis pembawa pesan kimiawi ekstrasel, terhadap hormon. (Lihatlah Gambar 4-24 d.an 4-2fl. bergantung pada sumber, jarak serta cararya sampai ke I Steroid disintesis melalui modifikasi simpanan kolesterol tempat kerja: (1) parakrin (pembawa pesan kimiawi lo- kal); (2) neurotransmiter (pembawa pesan kimiawi jarak oleh enzim-enzim yang spesifik bagi masing-masing sangat pendekyang dikeluarkan oleh neuron); (3) hormon (pembawa pesan kimiawi jarak jauh yang disekresikan ke jaringan steroidogenik . (Lihatlah Gambar 4-23). dalam darah oleh kelenjar endokrin); dan (4) neurohormon (pembawa pesan kimiawi jarak jauh yang disekresikan ke I Steroid tidak disimpan di sel endokrin. Karena lipofilik, dalam darah oleh neuron neurosekrerorik). (Lihatlah hormon ini berdifusi melewati sawar membran lemak Gambar 4-21). segera setelah disintesis. Kontrol steroid ditujukan padaI Pengiriman sinyal yang dibawa oleh pembawa pesan eks- sintesisnya. trasel ke dalam sel untuk dieksekusi dikenal sebagai trans- I Sebagian besar steroid dan hormon tiroid lipofilik di- duksi sinyal. angkut dalam darah dalam bentuk terikat ke proteinI Melekatnya suatu pembawa pesan kimiawi ekstrasel yang plasma pengangkut, dengan hanya bentuk hormon bebas tidak dapat masuk ke sel, misalnya hormon protein (pem- bawa pesan pertama), ke membran sel sasaran memicu tak terikat yang aktif secara biologis. respons sel melalui dua metode utama: (1) pembukaan atau penutupan saluran spesifik atau (2) pengaktifan pem- I Hormon lipofilik mudah menembus sawar membran bawa pesan intrasel (pembawa pesan kedua) . (Lihatlah lemak sel sasaran dan berikatan dengan reseptor di nu- kleus. Terikatnya hormon mengaktikan sintesis protein Gambar 4-24 dan 4-25). intrasel struktural atau enzimatik baru yang melaksanakanPrinsip Komunikasi Hormon (h. 125-134) efek hormon di sel sasaran. (Lihatlah Gambar 4-2Q.I Hormon adalah pembawa pesan kimiawi jarak jauh yang Perbandingan Sistem Saraf dan Endokrin (h. 134-13,6) dikeluarkan oleh kelenjar endokrin ke dalam darah, yang I Sistem saraf dan endokrin adalah dua sistem regulatorik mengangkut hormon ke sasaran spesifik tempar hormon ini mengontrol fungsi tertentu dengan mengubah aktivi- utama di tubuh. (Lihatlah Tabel4-9. tas protein di dalam sel sasaran. I Sistem saraf secara anatomis \"tersambung\" ke organ-organI Hormon dikelompokkan menjadi dua kategori berdasar- sasarannya, sementara sistem endokrin yang \"nirkabel\" kan perbedaan kelarutan: (1) hormon hidrofilik (larut air), yang mencakup peptida (sebagian besar hormon) mengeluarkan hormon ke dalam darah untuk mencapai dan katekolamin (dikeluarkan oleh medula adrenal); dan organ-organ yang terletak jauh. (2) hormon lipofilik (larut lemak), yang mencakup hor- I Spesifisitas kerja saraf bergantung pada kedekatan ana- tomik ujung neuron penghasil neurotransmiter dengan organ sasarannya. Spesifisitas kerja endokrin bergantung pada spesialisasi reseptor sel sasaran untuk hormon ter- tentu dalam darah. I Secara umum, sistem saraf mengoordinasikan respons ce- pat, sementara sistem endokrin mengatur aktivitas yang lebih memerlukan durasi daripada kecepatan. Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 139

SOAL LATIHANPertanyaan Obyekif (Jawaban di h. A-45) 15. Dengan menggunakan kode jawaban di kanan, tunjuk-1. Perubahan konformasi di protein saluran yang ditim- kan karakteristik apa yang berlaku bagi hormon pepddabulkan oleh perubahan vohase merupakan penyebab dan hormon steroid:terbukanya dan menutupnya pintu Na- dan K- selama 1. disintesis dengan a. hormon peptida pembentukan potensial aksi. (Benar atau salah?) memodifikasi b. hormon steroid2. Setelah suatu potensial aksi, lebih banyak terdapat K- di kolesterol c. hormon peptidaluar sel daripada di dalam karena efluks K- selama fase 2. disintesis oleh RE dan hormon steroid turun. (Benar atau salah) 3. lipofilik d. bukan hormon3. Pompa Na--K. memulihkan membran ke potensial 4. hidrofilik peptida atau steroidistirahat setelah membran mencapai puncak potensial 5. mencakup kortisol dari korteks adrenal al<si,. (Benar atau salah?) 6. mencakup epinefrin dari medula adrenal4. Neuron pascasinaps dapat mengeksitasi atau meng- 7. berikatan dengan reseptor membran hambat neuron prasinaps. (Benar atau salah?) permukaan5. Masing-masing organ stereoidogenik mempunyai se- 8. berikatan dengan reseptor nukleus 9. berikatan dengan protein plasmamua enzim yang diperlukan untuk menghasilkan hor- mon steroid apapun. (Benar atau salah?) 10. disekresikan ke dalam darah oleh kelenjar6. Sistem pembawa pesan kedua akhirnya menimbulkan endokrin dan dibawa ke tempat jauhrespons sel yang diinginkan dengan memicu perubahan I 1. bekerja melalui pembawa pesan kedua untukdalam bentuk dan fungsi protein intrasel terrenru. mengubah protein yang sudah ada (Benar atau salah?) 12. mengaktifkan gen untuk mendorong sintesis7. ... adalah tempat pembentukan potensial aksi di seba- protein baru gian besar neuron karena memiliki ambang paling rendah. Pertanyaan Esai8. Perambatan satu arah potensial aksi menjauhi tempat 1. Sebutkan dua jaringan peka rangsang! 2. Sebutkan definisi istilah berikut polarisasi, depolarhasi, asal pengaktifan dipastikan oleh ... hiperpo larisasi, rep o larisasi, p ltensial membran istirahat,9. Thut di mana aktivitas listrik di saru neuron mem- potensial ambang, ?otensial ahsi, periode refahter, danpengaruhi aktivitas listrik di neuron lain melalui neu- h u h um tu ntas - atau- gaga tr rorransmirer disebur ... 3. Jelaskan perubahan permeabilitas dan fluks ion yang10. Penjumlahan PPE-PPE yang terjadi secara serempak dari terjadi selama potensial aksi! beberapa input prasinaps berbeda dikenal sebagai ... 4. Bandingkan hanraran merambat dan hantaran saltatorikI 1. Penjumlahan PPE-PPE yang terjadi berdekatan dari segi (meloncat)!waktu akibat lepas muatan berulang dari satu inpur 5. Bandingkan kejadian-kejadian yang berlangsung di prasinaps dikenal sebagai ...12. Hubungan di mana sinaps dari banyak input prasinaps sinaps eksitatorik dan inhibitorik!bekerja pada satu sel pascasinaps disebut ..., sedangkan 6. Bandingkan empat jenis saluran berpintu dari segi fak-hubungan di mana satu neuron prasinaps bersinaps tor yang membuka dan menutupnya!dengan dan karenanya mempengaruhi aktivitas banyak 7. Bedakan anrara neurorransmiter klasik dan neuropep- sel pascasinaps dikenal sebagai ... tida. Jelaskan apay^ng dimaksud dengan neuromodu-13. Perantara terikat membran yang umum dijumpai antara latorlreseptor dan protein efektor di dalam membran plasma 8. Bahaslah kemungkinan hasil akhir potensial pascasinapsada]ah... akhir yang ditimbulkan oleh interaksi antara ppE dan14. Dengan menggunakan kode jawaban di kanan, tunjuk- PPI!kan potensial ap^ yangsedang dijelaskan 9. Bedakan antara inhibisi prasinaps dan potensial pasca-1. berperilakutunras-atau- a. potensial sinaps inhibitorikl 10. Sebutkan dan jelaskan jenis-jenis komunikasi antarsell gagil berjenjang 11. Definisikan istilah transduksi sinyaL b. potensial aksi 12. Bedakan antara pembawa pesan perrama dan pembawa2. penyelsaran decremental pesan kedual menjauhi tempat asal 13. Bahaslah rangkaian kejadian pada jalur pembawa pesan3. kekuatan perubahan potensial bervariasi kedua cAMP! sesuai kekuaran respons pemicu 14. Bahaslah rangkaian kejadian pada sistem pembawa pe-4. berfungsi sebagai sinyal jarak-pendek san kedua Ca2-!5. berfungsi sebagai sinyal jarak jauh6. menyebar ke seluruh membran tanpa 15. Jelaskan bagaimana efek berjenjang dari jalur hormon berkurang memperkuat respons! 16. Bandingkan sisrem sarafdan sistem endokrin!140 Bab 4

Latihan Kuantitatif (Jawaban di h. A-45) memiliki kecepatan hantaran yang sama, dan jeda(Lihat Lampiran D, \"Prinsip-Prinsip Pemikiran Kuantitatif\"). sinaps di kedua sinaps (buatlah gambar) adalah 1 mdet. Berapa kecepatan hantaran ketiga neuron1. Perhitungan berikut memberi pemahaman renrang pada situasi kedua ini jika waktu hantaran total di hantaran potensial aksi. kedua kasus sama? a. Berapa lama waktu yang diperlukan oleh satu 3. Seseorang dapat memperkirakan berapa arus Na* yang potensial aksi untuk menempuh jarak 0,5 m di se- dibentuk oleh pompa Na.*K. dengan persarnaan berikutr: panjang akson sebuah neuron tak bermielin saluran *i#),=-l ( log Go.[Na.1\" cerna? GN\".[Kl' b. Berapa lama waktu yang diperlukan oleh satu di mana p adalah arus pompa natrium, G adalah kon- potensial aksi untuk menempuh jarakyang sama di duktansi membran terhadap ion yang ditunjukkan, ffi\" dan ffi masing-masing adalah konsentrasi ion x di luai sepanjang akson sebuah neuron besar bermielin yang dan di dalam sel, k adalah konstanta Boltzmann, Z menyarafi sebuah otot rangka? adalah suhu dalam kelvin, dan q adalah konstanta per- ubahan unsur. MisalkankTlq= 25 mY, G*\"- = 3,3 pS/ c. Misalkan terdapdt dua sinaps di sebuah jaras saraf 0,6 m dan penundaan/keterlambatan di masing- cm2, Go. = 240 VSlcm,, [N\".]\" = 145 mM, dan [K-] = masing sinaps adalah I mdet. Berapa lama waktu 4mM. Berapa arus pompa untuk natrium, dalam Ffu yang dibutuhkan oleh sebuah potensial aksi/sinyal cm2? kimiawi untuk menempuh jarak 0,6 m sekarang, lFC Hoppensteadt dan CS Peskin. Mathemathics in Medicine and the Life Sciences (NewYork Springer, 1992), persamaan baik untuk neuron bermielin maupun tak- 7.4.35, h. 178. bermielin? d. Bagaimana jika terdapat lima sinaps?2. Misalnya titik A berada I m dari titik B. Bandingkan situasi berikut: a. Sebuah akson terenrang dari A ke B, dan kecepatan hantarannya 60 m/det. b. Tiga neuron terentang dari A ke B, ketiga neuron iniUNTUK DIRENUNGKAN(Penjelasan dih. A'45) pascasinaps (PPE dan PPI) apa yang anda harapkan1. Mana dari yang berikut yang akan terjadi jika sebuah terpicu sebagai refleks di badan sel neuron-neuron yangneuron secara eksperimental dirangsang di kedua ujung- mengontrol otot-otot ini untuk menarik tangan andanya? menjauhi rangsangan nyeri?a. Potensial aksi akan berpapasan di tengah dan me- Kini anggaplah jari tangan anda ditusuk untuk di- rambat ke ujung yang berlawanan. ambil contoh darah. Refleks lucut (withdrawal reflex)b. Potensial aksi akan bertemu di tengah dan kemudian yang sama akan terpicu. Pola potensial pascasinaps apa merambat balik ke posisi awalnya. yang secara sengaja akan anda hasilkan di neuron-neuronc. Potensial aksi akan berhenti ketika bertemu di yang mengontrol biseps dan triseps untuk menjaga tengah. lengan anda tetap terekstensi meskipun timbul rang-d. Potensial aksi yang lebih kuat akan mengalahkan sangan nyeri? potensial alsi yang lebih lemah. 4. Para peneliti perc yabahwa shinfezla disebabkan oleh e. Akan terjadi penjumlahan ketika potensial aksi ber- aktivitas dopamin yang berlebihan di bagian tertenru otak. Jelaskan bagaimana gelila,gEala skizofrenia temu di tengah, menghasilkan potensial aksi yang kadang-kadang timbul sebagai efek samping pada pasien lebih besar. penyakit Parkinson yang mendapat pengobatanl2. Bandingkan perubahan yang diperkirakan pada poten-sial membran suatu neuron yang dirangsang oleh rang- 5 Anggap neuron eksitatorik prasinaps A berakhir di sangan sub-ambang (rangsangan yang tidak cukup un- sebuah sel pascasinaps dekat axon hilloch dan neuron eksitatorik prasinaps B berakhir di sel pascasinaps yang tuk membawa membran ke ambang), rangsangan sama di dendrit yang berada di bagian badan sel ber- ambang (rangsangan yang hanya cukup untuk mem- bawa membran ke ambang), dan rangsangan su?ra- lawanan dengan axon hilloch. Jelaskan mengapa lepas muatan yang cepat dari neuron prasinaps A dapat mem- ambang (rangsangan yang lebih besar daripada yang di- bawa neuron pascasinaps ke ambang melalui penjum- lahan temporal sehingga timbul potensial alsi, semen, perlukan untuk membawa membran ke ambang)l tara lepas muatan dari neuron prasinaps B dengan3. Misalnya anda menyentuh kompor panas dengan jari frekuensi dan kekuatan PPE yang sama mungkin tidak tangan anda. Kontraksi otot biseps menyebabkan fleksi (penekukan) siku, sementara kontraksi otot triseps me- membawa neuron pascasinaps tersebut ke ambang? nyebabkan ekstensi (pelurusan) siku. Pola potensial Prinsip Komunikasi Saraf dan Hormon 141

iiiill}KASUS KLINIS sarafyang menyarafi bagian tersebut. Akibatnya, Becky, tidak merasa nyeri ketika dilakukan tindakan pemboran dan pe-(Penjelasan di h. A-46) nambalan. Anestetik lokal menghambat saluran Na.. JelaskanBec\y N merasa cemas ketika duduk di kursi dokter gigi bagaimana efek ini mencegah transmisi impuls nyeri kemenunggu pemasangan amalgam (\"tambalan' untuk lubang otak.di gigi) perak pertamanya. Sebelum mempersiapkan gigi un-tuk amalgam dengan membuang bagian gigi yang rusakdengan bor, dokter gigi meny'untikkan anestetik lokal di jalurSUMBER BACAAN PHYSIOEDGESitus PhysioEdge bab ini perilsalah: Case History 15: A Stiff Baby, dan CaseSitus untuk buku ini berisi banyak alat bantu belajar yang History 16: And a Limp Baby.bermanfaat, serta banyak petunjuk untuk bahan bacaan lebih Untuk anjuran bacaan, konsultasilah ke InfoTirac' Collegelanjut dan riset. Masuklah ke: Edition/Research di situs PhysioEdge atau pergi langsung ke InfoTiac College Edition, perpustakaan riset online andahttp : //biolo gy.brookscole. com/sherwoodhp6 di:Pilihlah Chapter 4 dari mem drop-d.own atau klik salah satu http://infotrac.thomsonlearning.comdari banyak pilihan, termasuk Case Histories, yangmemperkenalkan aspek-aspek klinis ffsiologi manusia. Untuk142 Bab 4