Bab Konduksi Neural danTransmisi Sinapsis

Bab

KonduksiNeuraldanTransmisi

Sinapsis

A. PotensialMembran Neuron B. PotensialGenerator Neuron

C. Transmisi Sinapsis: Transmisi Kimia Berdasarkan Sinyal-sinyal dari Neuron yang Satu ke Neuron yang Lain

1. Struktur Sinapsis

2. Mekanisme Transmisi Sinapsis a. Small-molecule Neurotransmitter b. Large-molecule Neurotransmitter D. Neurotransmitter

E. Pengaruh Obat-obatan Terhadap Transmisi Sinapsis 1. Mekanisme Efek Obat-obatan Agonistik 2. Mekanisme Efek Obat-obatan Antagonistik 3. Beberapa Contoh Efek Agonistik dan Antagonistik F. Perbedaan Konduksi Neural dan Trasmisi Sinapsis

Neuron berkc)Jnunikasi melalui aktivitaseltiktrik (dengah bantuan iQmionpositij dan

Kunci dalam mempelajari fungsi saraf adalah dengan memahamipotensial membran sel. Perbedaan potensiallistrik (potensial aksi) yang muncul di bagian dalam membran dan di bagian luar membran akan menyebabkan stimulus yang diterima oleh saraf sensoris akan diteruskan ke sel saraf yang lain dan diterjemahkan dalam suatu perilaku.

A. POTENS/AL MEMBRAN NEURON

Untuk memahami bagaimana munculnya potensial aksi, kita harus lebih dahulu memahami penyebab munculnya potensial membran neuron. Potensial membran muncul karena adanya dua kekuatan yang saling berlawanan, yaitu kekuatan yang muncul dariperistiwadifusi dan kekuatan daritekanan elektrostatis

1) DIFUSI

Peristiwa difusi dapat kita pahami melalui percobaan berikut; bila kita memasukkan sesendok gula dalam segelas air, tanpa mengaduknya, maka dalam beberapa waktu gula akan larut tetapi tetap akan berada dekat dengan dasar gelas. Bila larutan tersebut kita diamkan untuk beberapa hari, maka molekul-molekul gula dalam larutan tersebut akan tersebar merata dalam cairan meskipun tidak ada yang mengaduknya.

Dalam kondisi normal (tidak ada hambatan dalam peristiwa difusi), molekul-molekul akan berdifusi dari bagian yang memiliki konsentrasi tinggi ke bagian yang memiliki konsentrasi rendah.

.

,t

.

;

.

..~..::~....

~'-;. .~ :..:~-:::?

.:.:.:.~~... \o.4J:-.~~\.. . ..;t:~~t}'r;.I>.::'

Peristi wa Difusi menekan molekul gula dari da6rah yang memiliki konsentrasi tinggi ke daerah yang memiliki konsentrasi rendah

Gambar 3.1.Peristiwa Difusi. Kekuatan difusi menggerakkan molekul gula ke seluruh bagian gelas dari bagian konsentrasi tinggi ke bagian konsentrasi rendah

2) TEKANAN ELEKTROSTATIS

Bila kita mencairkan suatu substansi elektrolit dalam air, maka substansi tersebut akan berpecah menjadi molekul-molekul (ion) yang mengandung muatan listrik yang saling berlawanan. Ion positif disebut dengan cations dan ion negatif disebut dengan anions (untuk memudahkan dalam mengingat, makaanions bisa diasosiasikan dengan asosial, asusila yang berarti tidak, sehingga mengingatkan kita pada hal-hal yang negatif).

Partikel dengan muatan-muatan listrik yang sejenis akan saling tolak menolak, sedangkan partikel dengan muatan-muatan listrik yang berlawanan akan saling tarik menarik (lihat gambar 3.2.). Tarikan yang berulang-ulang antara cations dan anions ini disebut dengan

tekanan elektrostatis.

Seperti halnya peristiwa difusi yang menggerakkan molekul dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi rendah, maka tekanan elektrostatis akan memindahkan cations dari daerah yang berlebihan ion positif dan memindahkan anions dari daerah yang berlebihan ion negatif.

(C) I ANIONS 1

" ..-

I ANIONS I

Gambar 3.2. (A) Gaya tarik antara cations dan anions; (B) gaya penolakan antara cations dan cations; (C) gaya penolakan antara anions dan anions

Berdasarkan pengetahuan tentang difusi dan tekanan elektrostatis di atas, maka akan dimulai usaha untuk memahami potensiallistrik yang dimiliki oleh membran sel saraf yang berasal dari cairan kimia pembawa ion-ion positif dan ion-ion negatif.

Membran sel dikelilingi oleh ion-ion listrik yang ditimbulkan oleh cairan-cairan kimia disekitarnya. Cairan bagian dalam membran(intracellular fluid) terdiri dari:

Ion Natrium(sodium),pembawa muatan positif (Na+)

·

Ion Kalium (potassium), pembawa muatan positif (K+)

· Ion Klorida, pembawa muatan negatif (Cl-)

[image:3.612.91.500.269.607.2]

Sedangkan cairan bagian luar membran(extracellular fluid) terdiri dari:

·

1011Natrium (sodium), p~mbawa muatan positif (Na+)

·

Ion Kalium (potassium), pembawa muatan positif (K+)

·

Ion Klorida, pembawa muatan negatif (Cl-)

Ion protein tidak terdapat di bagian luar membran karena partikelnya terlalu besar untuk dapat melalui membran sel yang sifatnya semipermeable.

Membran potensial dihasilkan oleh keseimbangan antara difusi ion-ion positif dan negatif, oleh karena itu kita pelu memahami konsentrasi ion-ion yang terdapat dalam intracellular fluid maupun extracellular fluid.

Bila tidak ada stimulus yang diterima oleh saraf (membran berada dalam kondisi tenang), ion K+ yang berada di dalam membran sel memiliki konsentrasi lebih tinggi, yaitu 30x jumlah ion K+ yang berada di luar membran. Konsentrasi ion protein (An-) juga lebih tinggi konsentrasinya di dalam membran sel. Dalam kondisi tenang tersebut, bagian luar sel memiliki konsentrasi ion Cl- dan Na+ yang lebih tinggi, untuk ion Na+ konsentrasinya lOx lebih besar daripada jumlah ion Na+ yang berada di dalam membran sel.

Dalam kondisi tenang, terdapat perbedaan potensial sebesar -70 mV (milivolt), hal tersebut menunjukkan bahwa potensiallistrik di dalam membran lebih rendah sekitar 70m V daripada potensial listrik di luar membran. Berdasarkan kenyataan tersebut, maka dalam kondisi tenang, muatan positif memenuhi bagian luar membran sel, dan muatan negatif memenuhi bagian dalam sel dengan kekuatan yang sarna besar sehingga tidak terjadi perbedaan potensial (neuron berada dalam kondisipolarisasi). Lihat Gambar 3.3.

Aliranarus

1 -+ +

Cl-+++ *.~t

Cl-Gambar 3.3. Membran Potensial da/am Kondisi Tenang (Noback, 1978)

[image:4.612.90.532.21.625.2]

Ion klorida (Cn terkonsentrasi di bagian luar membran. Peristiwa difusi menekan ion Cl-untuk masuk ke dalam membran yang memiliki konsentrasi Cl- lebih rendah. tetapi bagian dalam membran bermuatan negatif (lihat Gambar 3.3. di atas), sehingga ada tekanan elektrostatis yang menahan ion Cl- untuk berdifusi ke dalam membran. Sehingga ada dua kekuatan sarna besar yang saling menyeimbangkan.

Ion natrium (N a+)juga banyak terkonsentrasi di bagian luar membran, ia juga terpengaruh oleh peristiwa difusi, tetapi tidak seperti Cl-, Na+ tidak mampu ditahan oleh tekanan elektrostatis karena bagian dalam sel yang bermuatan negatif akan saling tarik menarik dengan ion natrium yang positif. Bila Na+ mampu untuk berdifusi ke dalam membran dan terdorong untuk masuk ke dalam membran karena tekanan elektrostatis, lalu mengapa konsentrasi Na+ di luar membran tetap lebih tinggi?

Penjelasan dapat dilakukan melalui peristiwapemompaan sodium-potassium. Peristiwa pemompaan sodium potassium dimulai dari dinding membran yang pemiable terhadap Na+. Tetapi pada saat yang sarna, kekuatan dari pemompaan sodium-potassium akan memompa N a+ keluar dan menukar Na+ yang keluar dengan K+yang masuk dengan perbandingan 3 banding 2. Yaitu setiap 3 ion sodium (Na+) yang keluar akan ditukar dengan 2 ion pottasium (K+) yang masuk. Peristiwa tersebut akan menjaga keseimbangan konsentrasi ion Na+ tetap lebih tinggi dibagian luar daripada di bagian dalam, dan konsentrasi ion K+ lebih tinggi di bagian dalam daripada di bagian luar. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar 3.4. di bawah ini

Gambar 3.4.Efek dari Peristiwa Pemompaan Sodium -Potassium (Carlson, 1992)

B. POTENSIAL GENERA TOR NEURON

---

---luar membran dan negatif di dalam membran akan terganggu dan kondisi potensial membran akan berubah menjadi potensial generator (memiliki tenaga pembangkit/generator untuk meneruskan impuls).

Pada peristiwa potensial generator, ion Na+ yang masuk ke dalam membran akan mengurangijumlah ion positif di luar membran dan menambahjumlah ion positif di dalam membran, akibatnya bagian luar membran akan bermuatan negatif (karena ion Na+ yang masuk sangat banyak) dan bagian dalam membran akan bermuatan positif. Oleh karena itu bagian sarafyang mengalami potensial generator (tempat impuls timbul) akan bermuatan negatif.

Dalam kondisi potensial generator tersebut, potensiallistrik di dalam membran yang semula sebesar-70m V berubah menjadi +50mV. Ambangperbedaan potensial antara bagian dalam membran dan luar membran yang mampu menimbulkan nilai lucutan aliran aksi adalah kurang dari - 5,5mV. Berkurangnya perbedaan potensial antara di luar membran dan di dalam membran disebut dengan peristiwadepolarisasi.

Setelah mencapai ambang batas, membran yang semula sangat permiable akan kembali pada kondisi semula, dimana ia akan sangat selektif terhadap Na+yang akan masuk tetapi agak lebih longgar terhadap K+yang keluar dan Cl- yang masuk sehingga akan tercapai kondisi membran tenang, dimana bagian luar membran bermuatan positif dan bagian dalam membran bermuatan negatif. Kondisi ini akan tercapai dalam waktu 1 sampai 2 milidetik setelah terjadi potensial generator dan disebut dengan peri ode refrakter mutlak (absolute refractory period). Pada periode ini stimulasi yang sebesar apapun tak akan mampu menimbulkan potensial generator.

Periode refrakter mutlak akan diikuti oleh peri ode refrakter relatif (relative refractory period), yaitu keadaan dimana serabut saraf dapat kembali distimulasi tetapi hanya dengan stimulasi yang yanglebih tinggidari tingkat stimulasi normal yang mampu menimbulkan impuls (lebih besar dari nilai ambangaxon).

Periode refrakter memegang peranan penting dalam karakteristik aktivitas neuron, yangpertama adalah peranannyadalam aliran aksi. Adanya periode refraktermenyebabkan aliran aksi hanya dapat berlangsung searah karena bagian yang ditinggalkan (dalam kondisi refrakter mutlak) tidak dapat distimulasi kembali, kecuali bila terjadi hal-hal yang luar biasa. Kedua, peranan peri ode refrakter adalah dalam laju/kecepatan aliran aksi. lntensitas stimulasi yang besar akan menambah laju aliran karena setelah peri ode refrakter mutlak terjadi, aliran dapat tetap diteruskan pada periode refrakter relatif. Tetapi intensitas stimulus yang rendah baru dapat diteruskan apabila periode refrakter mutlak dan periode refrakter relatif sudah tercapai.

Potensial aksi akan mengalirkan aliran aksi (aliran listrik) yang dapat meneruskan impuls yang diterima oleh bagian saraf tersebut ke bagian saraf yang lain dan sifatnya irreversible (tidak dapat berbalik arah), kecuali dalam kondisi tidak normal (lihat gambar

SUMBER STIMULUS

~

~

- -

--.

Pada bagian ini muatan(-)

diluar membran bertambah

karena Na+ banyak yang

masuk dan K+ yang keluar terhambat oleh permeabilitas membran yang tidak berada dalam kondisi normal akibat adanya stimulus

A

+ + + + + + + + + + + + + + + +

B

arah aUran aksi

Tempat stimulus timbul

(sumber stimulus)

ber-muatan negatif sehingga muatan positif di tempat ini ber):1indah.dan akhirnya di A kebanyakan muatan ne-gatiL Untuk menseim-bangkannya. muatan positif di B berpindah ke A

Gambar 3.5.Aliran Aksi

Muatan (+) B banyak pindah ke A, sehingga B kelebihan muatan (-). Oleh karena itu muatan positif disebelah B pindah ke B. dan seterusnya.

Seperti dikatakan tadi, aliran aksi sifatnya searah, kecuali terdapat kondisi khusus. Oleh karena itu aliran aksi atau potensial aksi ini terdiri dad 2 macam aliran (lihat Gambar 3.8), yaitu:

1. Aliran Bifasis, yaitu terjadinya dua aliran yang arahnya saling bertentangan

2. Aliran Monofasis, hanya terjadi satu arah aliran.

(B) + + + + + + A B

.

arah aUran aksi

Gambar 3.6. (A) Aliran Bifasis; (B) Aliran Monofasis SUMBER STIMULUS

rusak

---

_{+ + + + + + +}

(A) ++++++ A "'-/

B

-./ _/'

"-"- ./

Padaserabut saraf yang diselubungi oleh myelin, impuls hanya dapat timbul diNodes

of Ranvier sehingga alirannya terjadi secara meloncat-Ioncat (saltatoris). Kondisi tersebut menyebabkan hantaran impuls berlangsung lebih cepat lagi.

Kecepatan hantaran sebanding dengan tebal axon. Hal tersebut menunjukkanbahwa

semakin tebal axon, semakin cepat impuls dihantarkan.

Pad a saat terjadi stimulus, neuron umumnya mengeluarkan cairan kimia yang disebut dengan neurotransmitter yang berdifusi disekitar celah-celah sinapsis dan berinteraksi dengan molekul reseptordi membran sel tujuan. Pengaruh neurotransmitter akan menimbulkan dua macam peristiwa tergantung dari struktur neurotransmitter dan reseptor penerimanya. Peristiwa tersebut adalah:

a) Depolarisasi, yaitu potensial membran menurun (contohnya dari 70mV menjadi -67mV), sarna seperti peristiwa depolarisasi di atas yang menimbulkan potensial aksi. Dalam peristiwa dt'?polarisasi ini, axon beradadalam periode supernormal (nilai ambang turun sehingga stimulasi yang tidak begitu kuat dapat menimbulkan impuls). Kondisi ini disebut dengan Potensial Susulan Negatif (negative after potential/excitatory postsyn-aptic potentials). Lihat gambar 3.7.

- 65

-70

Milidetik Stimulus

Gambar 3.7.Depolarisasi (Pinel,1992}

-

65

-70

I I

.

I

t

Stimulus

I I I

Milidetik

Gambar 3.8. Hyperpolarisasi (Pinel, 1992)

ExcitatorydanInhibitory postsynaptic potentials sarna-sarna merupakan respon yang meningkatkan aktivitas neuron dan hal ini akan dibicarakan lebih lanjut pada bagian di bawah ini.

Potensial postsynapsis muncul pada sinapsis tunggal dan hanya memiliki efek yang terbatas dalam menimbulkan neuron postsynapsis yang lain. Efek yang timbul sangat tergantung pada keseimbangan antara sinyal-sinyalexcitatorydaninhibitoryyang sampai pada axon hillock (tempat pertemuan antara soma sel dan axon).

Bila jumlah depolarisasi dan hyperpolarisasi yang sampai di axon hillock mampu mendepolarisasi membran (yaitu dalam kondisi melampaui ambang batas tegangan/thresh-old of excitation, yaitu sekitar -65 mY), maka potensial aksi akan timbul di axon hillock. Potensial aksi hanya terjadi sekitar 1 milidetik dan akan mengubah membran potensial dari -70mV menjadi +50mV. Potensial aksi ini sifatnya ada-atau-tidak Uadi bukan seperti potensial susulan negatif dan potensial susulan positifyang sifat responnya membesar). Jadi tidak bersifat setengah-setengah, ia hanya akan muncul oleh depolarisasi yang melampaui ambang batasnya (lihat Gambar 3.9).

Efek dari munculnya potensial aksi adalah penambahan semua potensial postsynaptik yang ada di neuron multipolar dan mengumpulkannya diaxon hillock.Dari bagian ini akan dibuat keputusan apakah impuls akandilanjutkanatau tidak dan hal tersebut sangat tergantung dari penjumlahan potensialpostsynapsisyang ada.Penggabunganataupenjumlahan potensial postsynapsis ini disebut denganintegration (integrasi).

~ oscilloscope

1. Penjumlahan dua buah postsynaptik excitatoris akan menimbulkan

efek excitatoris yang semakin besar

-

65

I

A

_

-70~

- 65I B _

-70~

-65

~

-70 - 75

- 65

b-c

-70

-75

2. Penjumlahan dua buah postsynaptik inhibitoris akan menimbulkan

efek inhibitoris yang semakin besar

-

65

~

+D - 70 - 75

3. Penjumlahan postsynaptikexcitatoris (A)dan postsynaptik inhibitoris (C)

akan saling menetralkan

- 65

~

+C

-

70

- 75

Gambar 3.9. Penjumlahan Spatial (Pinel, 1993)

Pada penjumlahan temporal, potensialpostsynapsis yang dijumlahkan berasal dari sinapsis yang sarna, contohnya dapat kita lihat pada gambar 3.10. Pada gambar tersebut tampak bahwa sinapsis di A akan menimbulkanefekexcitatory,sedangkan sinapsis di B akan menimbulkan efek inhibitory. Bila pada A terjadi potensial postsinapsis yang berturut-turut, maka potensialpostsinapsis yang kedua akan lebih besar daripada potensialpostsinapsis yang pertama. Demikian pula yang terjadi pada sinapsis B.

-65

~

-70 - 75

-

~

.-

_en

s:::

[image:10.612.50.547.14.578.2]

Q) ...

o

~ -65

~

Postsynaptik excitatorisyang datang berturut-turutakan menimbulkan efek exitatorisyang semakin besar

Postsynaptik inhibitorisyang datang berturut-turutakan menimbulkan efek inhibitorisyang semakin besar

-70

B

B

B

B

Gambar 3.10. Penjumlahan Temporal (Pinel, 1993)

c. TRANSMISI SINAPSIS: TRANSMISI KIMIA BERDASARKAN SINYAL-SINY AL DARI NEURON YANG SA TU KE NEURON YANG LAIN

Neuron berkomunikasi melalui sinapsis dan perantaranya adalah substansi kimia yang dilepaskan oleh terminal button. Substansi kimia ini disebut dengansubstansi transmitter atauneurotransmitter yang berdifusi diantara celah terminal button dengan membran dari neuron penerima. Macam substansi transmitter ini akan menentukan efek pembangkitan (excitatory) atau efek penghambatan(inhibitory).

37

...

-0

.2:

-'8 1.

'---'

c

ro I-<

-65

"8 Q)

-

70

-.

</j

c

Q)

...

0

p.. 1.

-

65

-70

[image:11.612.93.552.19.637.2]

1. STRUKTUR SINAPSIS

Pada gambar 3.11. tampak sebuah ilustrasi tentang sinapsis. Sitoplasma dalam terminal button, terdiri dari pembuluh sinapsis (synaptic vesicles), yang terletak dekat dengan membran pre-synaptic; mitokondria yang berfungsi sebagai sumber energi; dan cistern as yang merupakan pembungkus dari neurotransmitter yang bentuknya seperti Badan Goigi di sel-sel tubuh manusia. Selain bagian-bagian tersebut, membran presinapsis dan membran postsinapsis adalah bagian penting dalam mekanisme transmisi synapsis.

Diantara membran presinapsis dan membran postsinapsis terdapat celah yang disebut synaptic cleft, yang jaraknya tergantung tugas masing-masing neuron. Umumnya, lebar celah ini adalah sekitar 200

A (A

= angstroms,dimana 1

A

sarna dengan 1/10.000 mm). Dalam celah sinapsis ini terdapat cairan ekstrasel tempat substansi neurotransmitter akan berdifusi.

Neurotransmitter diproduksi oleh soma sel dan dialirkan ke terminal button melalui microtubules di sepanjangaxon.Proses ini disebut denganaxoplasmic transport.

Membran postsinapsis merupakan membran yang paling tebal dibandingkan dengan membran di bagian-bagian lain. Ia mengandung molekul-molekul protein yang yang mampu mendeteksi hadimya substansi transmitter di celah sinapsis dan selanjutnya mampu untuk mengubahpotensialmembrandan terjadilahprosesyangakanmenghambatataumeningkatkan aktivitas neuron penerima.

Penebalan di daerah postsynapsis

Tabung-tabung mikro (microtubules) Serat-serat mikro (microfilaments)

Tenn'"']

)

..

.

.

...

.

Button ...

Mitokondria

Cisterna (meIepaskan pembuluh yang penuh berisi neurotransmitter)

Membran Presinapsis Pembuluh Sinapsis

. .

2.

MEKANISME TRANSMISI SINAPSIS

Transmisi sinapsis berlangsung melalui dua macam proses transmisi neurokimia yang berbeda satu sarna lain, yaitu small-molecule neurotransmitters dan large-molecule neurotrnsmitters.

a. Small-Molecule Neurotransmitters. Proses ini dimulai dengan berkumpulnya substansi kimia didalam cisterna yang akan disimpan di dekat membran presinapsis (membran presinapsis kaya akan kelenjar-kelenjar yang mengandung kalsium. Bila mendapat stimulasi dari potensial aksi, saluran kalsium tadi akan terbuka dan ion Ca++akan masuk ke dalam button. Masuknya Ca++akan mendorong pembuluh sinapsis untuk melakukan kontak dengan membran presinapsis dan melepaskan isinya ke dalam celah sinapsis (lihat gambar 3.12.). Proses ini disebut dengan exocytosis. Proses ini berlangsung pada setiap kali stimulasi dari potensial aksi terjadi. Ia langsung menyampaikan pesan kepada reseptor postsinapsis yang ada di sekitarnya (lokal).

b. Large-molecule Neurotransmitters. Proses exocytosis juga terjadi, namun untuk large-molecule neurotransmitter, substansi kimia yang dibutuhkan akan berkumpul dalam Badan Goigi dan dialirkan ke buttons melalui microtubules. Proses exocytosisnya tetap sarna, namun bila small-molecule berlangsung pada setiap kali terjadi stimulasi; proses

exocytosis large-molecule akan berlangsung secara bertahap. Large-molecule umumnya juga tidak dilepaskan pada celah sinapsis, namun dilepaskan pada cairan ekstrasel dan

pembuluh darah. Oleh karena itu proses large-molecule ini biasanya terjadi pada reseptor yang letaknya jauh dari prosesexocytosisdan pengaruh yang disebarkan juga tidak terbatas pada neuron yang ada disekitarnya tetapi juga neuron-neuron yang letaknya berjauhan. Oleh karena itu proses large-molecule neurotansmitter umumnya lebih berfungsi sebagai

neuromodulator. Proses large-molecule diperlancar dengan bantuan proses-proses small-molecule (sebagai second messenger/penyampai pesan sekunder). Neuromodulator memiliki peranan yang besar dalam mengkontrol emosi dan motivasi.

Membran Postsinapsi Terminal Button

D. NEUROTRANSMITTER

Dalam peristiwa trasmisi, neurotransmitter yang dikeluarkan ada berbagai macam yang akan menentukan proses yang berlangsung. Untuk proses small-molecule neurotransmitter,

substansi kimia yang dihasilkan adalah amino acid neurotransmitter dan monoamine neurotransmitter. Untuk proses large-molecule neurotransmitter, substansi kimia yang dihasilkan adalah peptide neurotransmitter. Selain dari pengelompokan di atas, masih ada jenis neurotransmitter lain dalam proses small-molecule neurotransmitter, yaitu

acetylcho-lineyang dikelompokkan tersendiri (berbeda dengan kelompok amino acid neurotransmitter

danmonoamine neurotransmitter). Jadi ada sembilan neurotransmitter yang umum dikenal (lihat gambar 3.13).

1. Aspartate 2. Glycine 3. GABA 4. Glutamate

I AMINO ACID / ASAM AMINO I

5. Dopamine 6. Neopinephrine 7. Epinephrine 8. Serotonin

I

19. Acetycholine

CA THE COLA MINES

INDO LA MINE

MONOAMINES/ MONOAMIN

Gambar 3.13. Penggolongan Neurotransmitter yang Terlibat dalam Proses Small-Molecule Neurotransmitter

1) Amino Acid Neurotransmitters, adalah substansi neurotransmitter dalam proses small-molecule neurotransmitter yang bekerja dengan sangat cepat, terarah dengan pasti di sistem saraf pusat. Ada empat jenis neurotransmitter yang berfungsi dengan efektif, yaitu glutamate, aspartate, glycine, dangamma-aminobutyric acid (GABA). Ketiga substansipertama lazimditemui dalammakananyang dikonsumsi sehari-hari, sedangkan GABA adalah substansi protein yang merupakan modifikasi proses sintesa sederhana dari struktur glutamate. Glutamate diketahui sebagai substansi neurotransmitter yang memiliki fungsi meningkatkan aksi(excitatory)di Susunan Saraf Pusat pada mamalia, sedangkan GABA memiliki fungsi untuk menghambat aksi (inhibitory) meskipun menurut penelitian terakhir; GABAjuga memiliki efek excitatory pada sinapsis-sinapsis tertentu.

[image:14.612.97.516.76.660.2]

asam amino tunggal, bentuknya sedikit lebih besar, dan efeknya eenderung lebih menyebar. Monoamine neurotransmitter, sebagian besar terdapat dalam kelompok-kelompok keeil neuron yang soma selnya terletak di batang otak. Neuron-neuron ini umumnya memiliki eabang yang sangat banyak.

Ada empat jenis monoamine neurotransmitter, yaitu norepinephrine, epinephrine, dopamine,danserotonin.Keempatjenis itu dikelompokkan dalam dua kelompok besar berdasarkan kesamaan struktur. Noepinephrine, epinephrine, dan dopamine dikelompokkan dalamcathecolamines. Tiap jenis neurotransmitter dalam kelompok eatheeolamine disintesa dari asam amino yang bemama tyrosine. Tyrosine diubah menjadi L-DOPA, L-DOPA kemudian diubah menjadi dopamine. Neuron yang melepaskan norepinephrine memiliki enzim ekstra yang tidak dilepaskan. Enzim ini akan mengubah dopamine menjadi norepinephrine yang lain. Demikian pula halnya dengan neuron yang melepaskan epinephrine, ada enzim ekstra yang tidak dilepaskan, dan enzim ini akan mengubah norepinephrine menjadi epinephrine yang lain (lihat gambar 3.14).

Gambar 3.14. Proses Sintesa Cathecolamine dari Tyrosine

[image:15.612.94.499.61.607.2] [image:15.612.94.503.231.483.2]

4) Neuropeptides. Sekitar 40 jenis peptida diperkirakan memiliki fungsi sebagai neu-rotransmitter(lihattabel3 .1.).Daftar peptida ini semakinpanjang dengan ditemukannya putative neurotransmitter (diperkirakan memiliki fungsi sebagai neurotransmitter

berdasarkan bukti-bukti yang ada tetapi belum dapat dibuktikan secara langsung). Neuropeptida sudah dipelajari sejak lama, namun bukan dalam fungsinya sebagai neurotransmitter, namun fungsinya sebagai substansi hormonal. Peptida ini mula-mula dilepaskan ke dalam aliran darah oleh kelenjar endokrin, kemudian hormon-hormon peptida itu akan menuju ke jaringan-jaringan otak. Dahulu para ahli meyangka bahwa peptida dihasikan dalam kelenjar hormon dan masuk ke dalamjaringan otak, namun saat ini sudah dapat dibuktikan bahwa peptida yang berfungsi sebagai neurotransmitter, dapat disintesa dan dilepaskan oleh neuron di susunan saraf.

PEPTIDAPITUITARY

Cortocotropin

Horman Pertumbuhan Lipotropin

Horman

a -Melanocyt Stimulating Oxytocin

Prolactin Vasopressin

PEPTIDA HYPOTHALAMIC

Horman pelepas -Horman Luteinizing

Somatostatin

Horman pelepas

-Thyrotropin

PEPTIDA DI USUS (GUT)

Cholecystokinin Gastrin Motilin Pancreatic Polypeptide Secretin Substasi P Vasoactive intestinal polypeptide Dynorphin

B

-

Endorphin Met Enkephalin Leu Enkephalin MACAMPEPTmALAIN Angiotensin Bombesin Bradykinin Carnosine Glucagon Insulin Neuropeptide Y Neurotensin Proctolin

TabeI3.1. Jenis-jenis Peptida yang Beifungsi sebagai Neurotransmitter

E. PENGARUH OBAT-OBATAN TERHADAP TRANSMISI SINAPSIS

Obat -obatan memiliki dua efek dasar terhadap proses transmisi sinapsis, yaitu menghambat

[image:16.612.50.523.33.615.2]

(inhibitory); atau meningkatkan aktivitas (excitatory). Obat-obatan yang meningkatkan aktivitas proses sinapsis disebut sebagai agonist dari neurotransmitter yang berperan dalam proses sinapsis tersebut, sedangkan obat-obatan yang menghambat aktivitas proses sinapsis disebut sebagai antagonist dari neurotransmitter yang bersangkutan dalam proses sinapsis tersebut.

Molekul neurotransmitter yang keluar dari synaptic vesicle karena suatu kebocoran, akan dihancurkan oleh enzym-~nzym disekitarnya; (4) Bila terjadi potensial aksi di synaptic button, vesicle akan bersentuhan dengan membran presinapsis dan molekul neurotransmitter dilepaskan ke celah sinapsis; (5) di celah synapsis, molekul neurotransmitter yang tidak mengikatkan diri pada reseptor di membran presinapsis (karena neurotransmitter yang dilepaskan sudah cukup untuk meneruskan impuls) akan masuk kembali ke dalam synaptic vesicles yang melepaskannya (autoreceptor)dan sekaligus menghambat pelepasan neu-rotransmitter; (6) Neurotransmitter yang sampaipada reseptor di membran postsinapsis akan meneruskan aktivitas sesuai dengan pesan yang dibawanya; (7) proses neurotransmitter ini akhimya berhenti; baik karena mekanisme penarikan neurotransmitter ke synapsis vesicles maupun oleh enzim-enzim di celah sinapsis yang memecah molekul-molekul neurotransmit-ter ini menjadi substansi yang tidak digunakan lagi.

TUJUH TAHAP PROSES NEUROTRANSMITTER

4

Bila impuls datang, pembuluh akan bersentuhan dengan membran

presinap-sis dan melepaskan neurotransmitter

5

Neutransmitter yang berlebih akan masuk kembali ke dalam pembuluh sinapsis, sekaligus akan menghambat pelepasan neurotransmitter

3

Neurotransmitter yang keluar dari pembuluh sinapsis karena adanya

kebocoran akan dinetralisiroleh enzym

2

Molekul-molekul disimpan

dalam pembuluh sinapsis

Proses pelepasan neurotrans-mitter akan berhenti karena

penetralan oleh enzym dan proses autoreseptor

Pelepasan neurotransmitter

akan mengaktifkan reseptor-reseptor di membran post-sinapsis

1

Neurotransmitterdisintesaoleh

substansi-substansi kimia dalam sitoplasma dengan

bantuanenzym-enzym tertentu

ENZYM-ENZYM YANG MENSINTESA

MOLEKUL NEURO-TRANSMITTER

[image:17.612.95.573.188.659.2]

1. Mekanisme Efek Obat-obatan Agonistik

Efek obat-obatan Agonistik berperan dalam 6 tahap proses neurotransmitter di atas, yaitu proses 1, 3,4, 5, 6, 7. Untuk keterangan lebih lanjut, perhatikan gambar 3.16. di bawah ini.

ENAMTAHAPPROSES NEUROTRANSMITTER

YANG TERPENGARUH OLEH SUBSTANSI

AGONISTIK

4

Obat-obatan agonistik akan me-ningkatkan jumlah

neurotransmit-teryang dilepaskan ke celah sinapsis

5

Obat-obatan agonistik mengikat dan memblokir aktivitas

auto-reseptor

SUBSTANSI

, PEMBENTUK

ENZYM-ENZYM YANG MENSINTESA

3

Obat-obatan agonistik akan me-ningkatkan jumlah neurotransmit-ter dengan menghancurkan enzym

,enetral

Obat-obatan agonistik mem-pengaruhi reseptor di membran presinapsis sehingga efek neu-rotransmitter akan meningkat

1 I

I I

I I

r-1

Obat-obatan agonistikakan meningkatkan sintesa neurotran.rmitte r(caranya dengan meningkatkanjumlahsubtansi pembentuk

neurotransmitter atau precursor)

7

Obat-obatan agonistik mem-blokir proses penghentian pelepasan neurotransmitter

dengan cara menghalang

proses autoreseptordan proses

penetralan

PEMBULUH

AUTO-RESEPTOR

Gambar 3.16. Proses Neurotransmitter yang Dipengaruhi Obat-obatan Agonistik (Pinel, 1993)

2. Mekanisme Efek Obat-obatan Antagonistik

[image:18.612.92.520.74.544.2]

LIMA TAHAPPROSES NEUROTRANSMITTER

YANG TERPENGARUH OLEH SUBSTANSI

ANTAGONISTIK

SUBSTANSI PEMBENTUK

ENZYM-ENZYM MOLEKUL

YANG

NEURO-MENSINTESA TRANSMITTER

4

Obat-obatan antagonistik menghambat pelepasan neurotransmitter ke celah

sinapsis Obat-obatan antagonistik akan sangat

mengaktifkan proses autoreseptor

1 .

I _ _ _I

I _ _ _ _ _ _ ._ \ '\ _

Obat-obatan antagonistik akan mempengaruhi reseptor di memb-ran postsinapsis sehingga membmemb-ran seolah-olah sudah menerima neuro-transmitter yang dikirimkan (false transmitter)

2

Obat-obatan antagonistik akan menyebab-kan neurotransmittermudah bocor dan keluar

f

:

\

dari pembuluh-pembuluh neurotransmitter

I

\: \

\\ \\

\

1

Obat-obatan antagonistik akan memblokir sintesa neurotransmitter

(caranya dengan menghancurkan enzym-enzym yang mensintesa neu-rotransmitter)

1

,

L

-r-'-_{, /} - - - -

~

, , " '

PEMBULUH

AUTO-RESEPTOR

RESEPTOR POSTSINAPSIS

Gambar 3.17. Proses Neurotransmitter yang Dipengaruhi Obat-obatan Antagonistik (Pinel,1993)

3. Beberapa Contoh Efek Agonistik dan Antagonistik

Dalam dunia medis dikenal berbagai macam obat-obat yang memiliki efek agonistik dan antagonistik, namun pada bagian ini hanya akan diperkenalkan 4 macam obat. Dua macam obat yang memberi efek agonistik adalah morphine dan benzodiazepin; dan obat yang memberi efek antagonistik adalahatropinedand-tubocurarine.

1) Morphine. Salah satu jenis yang dikenal adalah opium yang didapatkan dari ekstrak bunga opium. Opium telah lama digunakan sebagai penimbul efek rasa gembira (euphoria) selain digunakan sebagai campuran obat-obatan untuk mengurangi rasa sakit, obat batuk dan obat diare.

[image:19.612.86.545.22.605.2]

secaranormal distimulasi oleh golongan neuropeptida yang disebut endorphins (lihat tabeI3.1.), sehingga dapat dikatakan bahwa morphine adalah agonist dari endorphin.

Sebutan endorphine juga sering digunakan untuk menyebut substansi-substansi sejenis morphine yang secara alami diproduksi oleh otak

2) Benzodiazepine. Chlordiazepoxide (dijual dengan labelLibrium) dan diazepam (dijual dengan label Valium) masuk dalam kelas obat-obatan benzodiazepine. Benzodiazepin

memiliki efekanxiolytic (pengurang kecemasan), sedative (menimbulkan rasamengantuk atau ingin tidur) dananticonvulsant (anti kejang). Efek anti kecemasan yang ditimbulkan benzodiazepin berlangsung dengan efek agonist bagi substansi GABA. Benzodiazepin

mengikat sebagian reseptor substansi GABA tapi efek agonisnya tidak dapat mempengaruhi aktivitas GABA. Artinya benzodiazepin tidak menghentikan sarna sekali reaksi GABA tetapi hanya menghambat saja. Umumnya benzodiazepin mengikat GABA di amygdala; yaitu bagian otak yang banyak berperan dalam emosi dan aktivitas lobus temporal

3) Atropine. Sejak zaman dahulu, obat-obatan banyak yang dihasilkan oleh ekstrak

tumbuh-tumbuhan. Contohnya ekstrak tanaman belladonna (belladonna

=

perempuan

cantik) di zaman Hippocrates yang banyak digunakan untuk menyembuhkan sakit perut dan membuat mereka tambah menarik, selain itu efek dari ekstrak belladonna adalah efek dilatasi pada pupil (pupil menjadi membesar). Kondisi pupil yang membesar bagi

sebagian besar wanita Yunani zaman itu dianggap menjadi salah satudayatarik mereka. Zat aktif dalam ekstrak belladonna adalah atropine yang memberikan efek antagonis dengan cara mengikat reseptor acetylcholine tertentu, yaitu muscarinic receptors (reseptor muskarinik). Sambil mengikat muscarinic reseptor, ia juga bertindak sebagai substansi neurotransmitter palsu sehingga menghambat efek acetylcholine di tempat terse but. Efek perusak (kelebihan dosis) dari atropine di otak, tampakjelas pada kasus Alzheimer's Disease, yaitu hilangnya fungsi mengingat pada diri seseorang

4) d- Tubocurarine. Indian di Amerika Selatan sering menggunakan curare, yaitu ekstrak dari kayu vines untuk membunuh lawannya. Zat aktif dalam curare adalahd-turbocurarine

yangjuga bertindak sebagai substansi neurotransmitterpalsu di sinapsischolinergic tetapi ia tidak mempengaruhi reseptor muscarinic, tetapi mempengaruhi nicotinic receptors.

Dengan mengikat reseptor nicotinic, d-turbocurarine membloking transmisi sarafke otot-otot gerak. d-turbocurarine tidak hanya membloking transmisi, tetapi dalamjumlah yang besar (over dosis) dapat menghentikan gerakan organ-organ internal sehingga terjadi hambatan dalam respirasi yang akhirnya dapat menimbulkan kematian. Oleh karena itu apabila dalam suatu operasi digunakan d-turbocurarine untuk membius pasien, maka mesin respirasi harus tetap dipasangkan pada pasien untuk membantunya bernafas

F. PERBEDAAN KONDUKSI NEURAL DAN TRANSMISI SINAPSIS

Dua dekade ini, penelitian sudah difokuskan pada neuron-neuron di otak sejalan dengan peralatan observasi yang semakin canggih. Konduksi neural dan transmisi sinapsis yang terjadi di otak, pada prinsipnya juga memiliki tahapan proses seperti yang berlangsung di neuron motorik, namun sebagian besar melalui proses yangjauh lebih rum it. Pada bagian ini kita tidak akan membicarakan proses yang rumit, tetapi sebatas pada prinsip-prinsip umum dari konduksi neural dan transmisi sinapsis.

1) Tidak Semua Neuron Memiliki Axon dan Melakukan Transmisi Potensial Aksi. Secara umum kita mengenal bentuk neuron dengan axon yang panjang, tetapi pada kenyataannya tidak semua neuron memiliki axon seperti neuron-neuron di sistem saraf pusat mamalia, terutamaneuron-neuron yang berperan dalam aktivitas belajar, mengingat, motivasi, dan persepsi. Potensial aksi adalah alat dimana pesan-pesan neural disampaikan melalui axon, sehingga neuron yang tidak memiliki axon otomatis tidak akan melakukan transmisi potensial aksi, mereka bekerja menyampaikan pesan melalui proses yang sangat rumit yang tidak akan dijelaskan pada bagian ini.

2) Tidak Semua Sinapsis Antar Neuron Berbentuk Axodendritic atau Axosomatic.

Sinapsis axodendritic adalah sinapsis antara button terminal dariaxon pengirim dengan dendrit danneuron penerima dan sinapsis axosomatic adalah sinapsis yang berlangsung an tara terminal button diaxon pengirim dan soma sel neuron penerima). Selain kedua macam sinapsis tersebut, masih ban yak berbagai jenis sinapsis yang lain. Terminal button dapat melakukan sinapsis diaxon neuron penerima; batang axon kadang-kadang juga melakukan kontak sinapsis secara langsung dengan denderit atauaxon dari neuron

yang lain; selain itu dendrit juga dapat mentransmisi sinyal dengan bersinapsis ke dendrit atau axon yang lain. Selain itu juga perlu dingat bahwa sinapsis tidak hanya berlangsung searah, tetapi dapat berlangsung timbal balik, yaitu sinapsis yang disebut dengan

dendrodendritic synapses; kondisi ini umumnya terjadi di jendalan kecil dendrit yang disebut dendritic spine. Selain itu masih adabentuk axoaxonic synapses, yaitu sinapsis yang bertujuan sebagai perantarapresynapsis inhibition. Gambar 3.19 di bawah ini akan menunjukkan perbedaan utama antara presynapsis inhibition (hambatan presinapsis)

seperti pada axoaxonic synapses danpostsynapsis inhibition (hambatan postsinapsis),

yaitu bahwa hambatan postsinapsis mengurangi respon neuron terhadap semua input sinapsis, sedangkan hambatan presinapsis mengurangi respon neuron dengan cara memilih secara selektif input (sinapsis) yang boleh berlangsung.

3) Sebagian Besar Neuron Melepaskan Lebih dari Satu Substansi Neurotransmitter. Neuron motorik hanya melepaskan satu substansi neurotransmitter, yaitu acetylcholine; oleh karena itu sebelumnya para ahli menyimpulkan bahwa setiap neuron hanya melepaskan satu jenis substansi neurotransmitter. Prinsip tersebut dikenal dengan

Dale's Principle, tetapi sejak penemuan jenis-jenis neuropeptida, maka prinsip Dale tersebut tidak berlaku lagi. Sebuah neuron yang memproduksi lebih dari satu substansi

neurotransmitter disebut dengan coexistence

----HAMBA TANPRESYNAPSIS

Dalam hambatanpresinapsis,impuls dari

neu-ronB akan menghambat efekaxcitatory neuron

A terhadap neuron C dengan cara melakukan depolarisasi pada sebagian impuls yang dibawa neuron A sehingga potensial aksi yang mengalir

di A akan lebih redah dan pelepasan

neurotransmitternyadi C akan menjadi lebih sedikit.

HAMBA TAN POSTSYNAPSIS

Dalam hambatan postsinapsis, impuls dari

neuron B akan menghambat efekexcitatory

dari impuls neuron A atau dari neuron lain

yang membawa efekexcitatorypada

neu-ron C. Caranyadengan menghiperpolarisasi neuron C.

Gambar 3.18. Perbedaan Hambatan Postsynapsis dan Hambatan Presinapsis (Pinel, 1993)

jauh dari tempat substansi neurotransmitter dilepaskan). Contohnya seperti substansi monoaminergicneurons sepertigambar 3.20di bawahini.Selainitu,sistemneuroendokrin adalah sistem sinapsis yang berproses tidak secara langsung; ia melepaskan substansi neurotransmitemya langsung ke dalam aliran darah dan sepanjang perjalanan menuju reseptor tujuan ia akan mempengaruhi organ-organ tubuh yang dilaluinya.

[image:22.612.28.572.20.662.2]

Pelepasan berbagai

Neurotransmitter substansi neurotrans-mitter

Gambar 3.19. Sinapsis Substansi Monoamine Yang Berproses Tidak Secara Langsung

(Pinel,1993)

6) Tidak Semua Sinapsis Berlangsung Secara Kimiawi. Transmisi pada beberapa sinapsis, disebut gap junctions, lebih bersifat elektrik daripada kimiawi. Gap Junctions

adalah sebuah celah yang sempit (sekitar 2 nanometers; dibandingkan celah sinapsis umum yang lebamya sekitar 30 nanometer). Karena celahnya yang sempit maka aliran aksi dapat langsung diteruskan tanpa perantara neurotransmitter. Kondisi ini banyak ditemukan pada organisme yang kelasnya lebih rendah daripada mamalia.

7) Tidak Semua Neuron Berada dalam Kondisi Membran Tenang Bila Tidak

[image:23.612.10.573.27.647.2]

TES KERJA OTAK (3)

1. Peristiwa dan adalah dua

kekuatan yang saling berlawanan tetapi dapat menyebabkan munculnya potensial membran.

2. Kondisi tidak menyebabkan perbedaan potensial

3. Kondisi menyebabkan munculnya perbedaan potensial

pada membran sel