Terjemahan dan Penjelasan Gambar 6.2: Potensial Difusi dan Pergerakan Ion Melintasi Membran
Sebagaimana kemampuan suatu zat untuk masuk ke dalam membran, yang sulit untuk diukur.
Meskipun secara teori rumit, kita bisa mengukur permeabilitas dengan menentukan laju (kecepatan) zat melintasi membran dalam kondisi tertentu. Umumnya, membran akan menghambat difusi dan dengan demikian mengurangi kecepatan tercapainya keadaan kesetimbangan. Permeabilitas atau tahanan dari membran itu sendiri, bagaimanapun, tidak dapat mengubah kondisi akhir kesetimbangan. Kesetimbangan terjadi ketika Δμ̃ᵢ = 0.
Pada bagian berikut ini, kita akan membahas faktor-faktor yang memengaruhi distribusi pasif ion melintasi membran. Parameter-parameter ini dapat digunakan untuk
memprediksi hubungan antara gradien listrik dan gradien konsentrasi dari suatu ion.
Potensial Difusi Terjadi Ketika Ion Bermuatan Berlawanan Bergerak Melintasi Membran dengan Laju yang Berbeda
Ketika garam berdifusi melintasi membran, dapat terjadi potensial membran (tegangan listrik). Pertimbangkan dua larutan KCl yang dipisahkan oleh membran pada Gambar 6.2.
Ion K dan Cl akan berdifusi secara independen saat mereka bergerak mengikuti gradien ⁺ ⁻ konsentrasi masing-masing.
Penjelasan Gambar 6.2:
- Gambar ini menggambarkan perkembangan potensial difusi dan pemisahan muatan antara dua kompartemen yang dipisahkan oleh membran yang lebih permeabel terhadap kalium.
- Kondisi awal: Konsentrasi KCl di Kompartemen A lebih tinggi daripada di Kompartemen B ([KCl]_A > [KCl]_B).
- Ion K dan Cl mulai berdifusi menuruni gradien konsentrasi masing-masing.⁺ ⁻
- Karena membran lebih permeabel terhadap K dibanding Cl , ion K berdifusi lebih cepat ⁺ ⁻ ⁺ ke Kompartemen B daripada Cl .⁻
- Hal ini menyebabkan Kompartemen B menjadi lebih negatif, karena kelebihan Cl .⁻ - Terbentuklah muatan negatif relatif di Kompartemen B dan muatan positif relatif di Kompartemen A. Ini disebut potensial difusi.
- Potensial ini akan bertahan sampai tercapai kesetimbangan kimia, yaitu ketika [KCl]_A =
[KCl]_B.
- Pada saat itu, potensial difusi menjadi nol.
Karena perbedaan permeabilitas ini, ion K dan Cl awalnya akan berdifusi melintasi ⁺ ⁻ membran pada kecepatan berbeda. Hasilnya adalah sedikit pemisahan muatan, yang langsung menciptakan potensial listrik di seluruh membran.
Dalam sistem biologis, membran biasanya lebih permeabel terhadap K dibanding Cl . Oleh ⁺ ⁻ karena itu, K akan berdifusi keluar dari sel (kompartemen A dalam Gambar 6.2) lebih ⁺ cepat daripada Cl , sehingga sel cenderung mengembangkan muatan negatif terhadap ⁻ medium. Potensial yang berkembang akibat difusi ini disebut potensial difusi.
Prinsip Penting
Hal yang penting untuk selalu diingat saat membahas pergerakan ion melintasi membran adalah prinsip netralitas listrik. Larutan curah (bulk) selalu mengandung jumlah anion dan kation yang sama. Keberadaan potensial membran menyiratkan bahwa distribusi muatan melintasi membran tidak merata; namun, jumlah aktual ion yang tidak seimbang sangat kecil dalam istilah kimia.
Sebagai contoh, potensial membran sebesar -100 mV (millivolt), seperti yang ditemukan di dalam banyak sel mamalia, disebabkan oleh kehadiran satu ion bermuatan ekstra di antara setiap 100.000 ion dalam sel — perbedaan konsentrasi hanya sekitar 0,001%.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.2, semua ion bermuatan ekstra ini ditemukan segera berdekatan dengan permukaan membran; tidak ada ketidakseimbangan muatan di seluruh bagian dalam sel.
Persamaan Nernst Menghubungkan Potensial Membran dengan Distribusi Ion pada Kesetimbangan
Karena membran bersifat permeabel terhadap ion K dan Cl , kesetimbangan dalam contoh⁺ ⁻ sebelumnya tidak akan tercapai untuk salah satu ion hingga gradien konsentrasi turun ke nol. Namun, jika membran hanya permeabel terhadap K saja, difusi ion K akan terus ⁺ ⁺ membawa muatan melintasi membran hingga potensial membran menyeimbangkan gradien konsentrasi.
Karena perubahan potensial hanya memerlukan sedikit ion, potensial ini akan tercapai dengan cepat. Transportasi akan berhenti saat kesetimbangan tercapai, meskipun gradien konsentrasi tetap ada.
Distribusi pada Kesetimbangan:
Saat distribusi ion mencapai kesetimbangan, fluks pasif J (yaitu jumlah larutan yang
melintasi satuan luas membran per satuan waktu) akan sama dalam dua arah — dari dalam ke luar dan dari luar ke dalam:
J_{out → in} = J_{in → out}
