Apa itu kanal ion?Kanal ion merupakan protein membran yang terdapat pada lapisan lipid membran sel, tersusun dari beberapa sub-unit protein membentuk suatu pori-pori Kanal ion tersusun atas beberapa subunit protein, dimana subunit alfa adalah subunit terbesar dan utama. subunit alfa terdiri dari 4 domain homolog (liat di gambar yg warna ijo, biru muda, ijo-biru g jelas & ungu) yg masing2 terdiri dari 6 segmen yg melintasi membran di masing2 homolog. Gambar di atas menunjukkan struktur kanal ion jenis teraktivasi voltase (voltage gatted channel), yaitu kanal Na+, K+, Ca++ Struktur dan fungsi dari kanal2 teraktivasi voltase tersebut mirip! Perbedaannya adalah pada subunit alfa pada kanal ion Na+ dan Ca++ terdiri dari 4 domain sedangkan kanal ion K+ hanya 1 domain
gambaran sederhana kanal ion K+
Fungsi Kanal ionKanal ion terdapat hampir di setiap sel. Fungsinya 1. Transport ion
2. Pengaturan potensial listrik melintasi membran sel 3. Signaling sel (Kanal Ca++) Kanal itu penting dalam tubuh! Gangguan pada kanal ion dapat menyebabkan penyakit, misalnya 1. Aritmia : terjadi gangguan pada kanal Na+, K+, Ca++ pada otot jantung 2. Diabetes : pada kanal Ca++, K+ 3. Epilepsi : pada kanal Na+ 4. Cystic fibrosis : pada kanal F
Kapan sih kanal ion terbuka atau tertutup?Berdasarkan aktivasinya, kanal ion dibagi menjadi 5 macam:
1. Kanal ion teraktivasi voltase (Voltage-gatted channels) sesuai namanya kanal yg 1 ini diaktivasi oleh perubahan voltase (potensial aksi) Kanal akan membuka jika terjadi depolarisasi dan menutup jika terjadi hiperpolarisasi depolarisasi : peristiwa berkurangnya perbedaan polaritas pada membran sel antara daerah intrasel dan ekstrasel perbedaan muatan listrik normalnya kan -60 sampai -80. yang dimaksud depolarisasi yaitu kenegatifannya berkurang. misal dai -60 jadi -20 atau bahkan positif.
depolarisasi terjadi saat ada ion positif yg masuk ke sel (misal Na+) hiperpolarisasi : peristiwa meningkatnya perbedaan polaritas pada membran sel antara daerah intrasel dan ekstrasel ini kebalikan yg depolarisasi. perbedaan muatan listrik menjadi semakin besar (negatif). terjadi saat kanal ion K+ terbuka dan ion K keluar. atau dapat juga terjadi saat ion Cl- masuk ke dalam sel. contohnya: kanal ion Na+, K+, Ca++ 2. Kanal ion teraktivasi ligan (Ligand-gated channel) sama kaya namanya jg. kanal ini berespon terhadap adanya molekul ligan yg spesifik. Kanal ini punya tempat ikatan untuk ligan dan disebut juga reseptor kanal ion. Contohnya: Reseptor GABA, resptor Ach nikotinik 3. Kanal ion teraktivasi molekul intrasel atau signal jadi kanal ini berespon terhadap molekul di intrasel yang merupakanbagian dari cell signaling. Contohnya: pada second messenger seperti Ca, cAMP, cGMP 4. Kanal ion teraktivasi oleh kekuatan mekanik (stretch-activated channel) tipe kanal ini membuka dan menutup sebagai respon terhadap kekuatan mekanis yang timbul dari peregangan atau pengerutan lokal membran di sekitar kanal. 5. Kanal ion terkait Protein-G (G-protein-gated channel)
kanal ini terkait dengan protein G, teraktivasi jika protein G teraktivasi. Contohnya: Reseptor Ach muskarinik
Bagaimana sih potensial itu dijaga?untuk melakukan tugasnya menjaga potensial, kanal2 ion itu bekerja sama loh! kanal2 ion yg utamanya terlibat dalam menjaga potensial sel 1. Kanal ion Natrium 2. Kanal ion Kalium 3. Pompa Na+/K+ ATPase 4. Na+ / Ca++ exchanger resting potential dalam keadaan istirahat kondisi sel seperti berikut 1. Intra sel lebih negatif daripada ekstra sel 2. Perbedaan potensial -60 sampai -80 mV 3. Ion natrium di luar sel 10x lebih banyak daripada yg didalam sel 4. Ion kalium di dalam sel 10x lebih banyak daripada yg diluar sel
Hantar hantar sinyal 1. Saat ada stimulus berupa voltase maka kanal Na+ akan terbuka 2. Natrium yg banyak di luar sel akan masuk ke dalam sel (ingat dari yg konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah) 3.Nah karena ion natrium itu positif, maka intrasel yang semula negatif akan mengalami depolarisasi karena perbedaan potensialnya dengan ekstrasel berkurang 4. Kemudian kanal K+ yg mengendus perubahan itu (err lebih tepatnya merasakan perbedaan potensial) akan membuka sementara kanal Na+ menutup. Kanal K+ akan mengusir ion2 kalium agar keluar dari sel untuk mengembalikan potensial seperti saat resting potential 5. Well it works! terjadi repolarisasi (potensial kembali ke keadaan semula) 6. Eits kelebihan, sampe jadi negatif -76 mV (hiperpolarisasi)! err yaudahlah mending balik kayak semula aja. lah piye baliknone? tenang kan ada pompa Na+/K+ ATPase 7. Namanya juga ATPase dia butuh ATP untuk mengembalikan ion2 natrium dan kalium pulang ke rumahnya masing2. di pompa ini 3 natrium dikeluarkan dan 2 kalium dimasukkan ke dalam sel 8. Wah kadang kala terasa tidak adil natrium keluar banyak. untuk itu digunakan juga Na+/Ca++ exchanger
during those actions, the membrane potential getting labil. jadi saat aman damai tentram saat resting potential dia datar2 aja. Trus saat depolarisasi potensialnya
meningkat dan grafiknya naik. Kemudian repolarisasi potensial aksi turun. terlalu negatif (hiperpolarisasi) maka kondisi dikembalikan dengan pompa Na+/K+ ATPase Jadi, Depolarisasi terjadi karena kanal ion natrium terbuka dan natrium numpuk di dalam sel Hiperpolarisasi terjadi saat kanal ion kalium terbuka dan kalium keluar sampe terjadi penurunan potensial aksi
Yuk kenalan dengan mas2 penjaga kanal ion1. Kanal ion Natrium
-berperan dalam penyampaian impuls saraf/potensial aksi dengan membuka jika terjadi depolarisasi membran - Propagasi potensial aksi: Depolarisasi pada satu kanal ion dapat menyebabkan kanal Na+ di sebelahnya membuka dan menyebabkan depolarisasi di kanal itu dan buka kanal sebelahnya lagi dst. Kenapa penghantaran potensial aksi cuma ke satu arah? g bisa balik? karena eh karena kanal ion yang sudah terbuka akan menjadi inaktif sebelum kembali ke resting potential. sehingga mau g mau ya cuma bisa ke arah kanal ion yg buka Obat-obat yang beraksi pada kanal ion natrium 1. Fenitoin dan karbamazepin obat2 golongan antiepilepsi/anti kejang beraksi pada kanal ion Na. Berikatan dibagian ekstraseluler caranya dengan mengurangi firing rate atau kembalinya kanal Na+ ke bentuk aktifnya lagi. Hal ini menyebabkan impuls saraf tidak segera dihantarkan dan sel saraf tidak mudah terpicu sehingga mencegah kejang 2. Kokain, Lidokain, prokain
obat2 golongan anestesi lokal jg beraksi pada kanal ion Na Obat2 ini dapat nembus membran makanya ngiket daerah intrasel Akibatnya kanal ion terinaktivasi sehingga kanal ion terblokade dan transmisi impuls rasa sakit terhambat oia lidokain digunakan pada saat cabut gigi dikombinasi dengan epinephrine. Epinephrine kan menyebabkan vasokonstriksi sehingga lidokain tidak ikut sirkulasi darah dan cuma berefek lokal karena aliran darah semacam di blok2. Kanal ion Kalsium
- Ca++ merupakan molekul signaling dan second messenger - Konsentrasi Ca++ dalam sel sangat kecil (10-20 nM) sedangkan di ekstra sel (1-2 mM) - macam2nya: 1 L channels (L-type) atau long open time banyak dijumpai pada otot jantung, sel otot plos dan otak target aksi obat2 antiangina dan antihipertenti golongan antagonis Ca++, contohnya verapamil, nifedipin, diltiazem 2. T channels (T-type) atau tiny atau transient current diaktivasi oleh depolarisasi yg kecil target aksi etosuksimid, obat anti epilepsi jenis petit mal 3. N channel (N-type) yang berarti neuronal diaktivasi oleh depolarisasi yg besar utamanya berperan dalam pelepasan neurotransmitter pada ujung saraf 4. P channel (P-type) yang berarti Purkinje berperan dalam pelepasan neurotransmitter dari ujung saraf
Cara menjaga kadarnya dalam sel Calcium diperlukan dalam jumlah yg kecil di sel. Untuk menjaganya, maka dilakukan regulasi sebagai berikut:
1. Pada kondisi normal, jika kadar kalsium berlebihan maka NCX (Natrium Calcium Exchanger) lah yg mengeluarkannya. 2. atau di simpan di retikulum endoplasma melalui pompa Ca-ATPase 3. atau di simpan di mitokondria dengan bantuan pompa Ca berkapasitas tinggi Emang perannya kalsium apa aja? 1. Kalsium berperan dalam proses eksositosis - pada sel beta pankreas kalsium akan menggerakan granul berisi pro insulin ke membran sel untuk dieksositosis -pada sel mass kalsium akan menyebabkan pelepasan vesikel berisi histamin 2. Pelepasan neurotransmitter hampir sama kaya yg di atas jd kalsium akan menggerakkan vesikel berisi neurotransmitter, ntah NE atau Ach
3. Kontraksi otot peningkatan kalsium intraseluler menyebabkan kontraksi otot -pada otot polos 1.untuk beraksi kalsium harus berikatan dengan reseptornya, yaitu Calmodulin 2. calmodulin sendiri tidak punya aktivitas enzim, baru setelah gandeng Ca++ menjadi kompleks Ca++/Calmodulin yang aktif dan dapat mengikat protein lain 3. misalnya kompleks tersebut mengaktivasi protein kinase yg tergantung Ca/calmodulin yaitu Ca++/Calmodulin-dependent protein kinease (CaM kinase) contoh CaM kinase: Myosin Light-Shain Kinase (MLCK) 4. selanjutnya MLCK akan mengaktifkan myosin 5. terjadi kontraksi otot -pada otot jantung 1. untuk beraksi Ca++ bukan mengikat calmodulin, tapi mengikat suatu protein yang disebut troponin 2. dalam keadaan biasa, troponin berikatan dengan aktin-myosin sehingga kontraksi terhambat 3. namun saat Ca++ mengikat troponin maka ikatan troponin-aktin-myosin akan terlepas sehingga aktin-myosin dapat berinteraksi mengakibatkan kontraksi Obat2 yang beraksi pada kanal ion kalsium 1. Obat antiepilepsi (etosuksimid) untuk epilepsi petit mal pada kanal Ca tipe T 2. Obat antihipertensi dan vasodilator golongan antagonis kalsium contohnya: verapamil, nifedipin, felodipin, amilodpin, nikardipin, diltiazem bekerja dengan menyekat kanal Ca tipe L sehingga menyebabkan vasodilatasi
3. Obat analgesik -Ziconotoid : memblok kanal kalsium tipe N (berperan dalam eksositosis neurotransmitter) untuk analgesik nyeri neuropatik - Pregabalin : mengikat secara selektif kanal C++ tipe N yang terdistribusi pada beberapa bagian otak
3. Kanal ion Kalium (K+)-berperan sebagai kekuatan penstabil untuk repolarisasi dan mengatur resting potential Pembukaan kanal K+ 1. K+ keluar sel 2. hiperpolarisasi 3. hambatan transmisi untuk potensial listrik Malfungsi kanal K+ 1. hambatan terhadap hiperpolarisasi 2. hiperereksitabilitas jaringan 3. ritme jantung berubah 4. aritmia jantung Obat2 yg berperan di kanal kalium 1. Potassium Channel Openers (PCOs) seperti namanya obat2 jenis ini efeknya untuk buka kanal k+ fungsinya sebagai obat antihipertensi mekanisme: -Kanal K dibuka oleh PCOs
-Efluks K+ meningkat -hiperpolarisasi -voltase turun -kanal Ca++ ditutup (karena kanal kalsium kan voltage dependent channel) -Ca++ intrasel rendah -relaksasi otot jantung contohnya: minoksidil, diazoksida, kromakalim, aprikalim, pinasidil 2. Sulfonilurea
(kaya yg di post farmol sebelumnya. lihat di sini)
4. Kanal ion klorida (Cl-)Kanal Cl- dalam sel cukup berperan juga, terutama:
1. Regulasi volume dan homeostasis ionik 2. Transport transepithelial 3. Regulasi eksitabilitas elektrik Pembukaan kanal ClCl- masuk ke dalam sel -> hiperpolarisasi (Cl kan minus) Inaktivasi kanal ClHiperereksibilitas. misalnya pada mutasi kanal Cl- pada otot menyebabkan myotonia (kekejangan otot) Transport Garam dan Air salah satu kanal Cl- yang berperan untuk transport garam dan air adalah Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) CFTR banyak terdapat di tubuh, antara lain usus, saluran nafas, kelenjar eksresi, empedu Malfungsi dari CFTR menyebabkan penyakit Cystic fibrosis dikarakteristikkan adanya sekret2 pekat di tubuh, misalnya keringat jadi pekat, dahak kental, infertilitas karena saluran reproduksi tersumbat mukus yg kental Obat2 yang beraksi di kanal ClObat2 yg beraksi di kanal ion Cl- masih sangat sedikit ditemukan. Salah satunya adalah Lubiproston. Lubiproston membuka kanal Cl- tipe CLC-2 pada sel2 epitel usus, sehingga meningkatkan pergerakan cairan ke usus, yang akan mengurangi konsistensi feses. atau sebagai obatkonstipasi idiopatik kronis
