komunikasi antar sel
TRANSCRIPT
Pendahuluan
Pertahanan hidup (survival) tgt pada jaringan komunikasi interselular yg mengkoordinasi pertumbuhan, diferensiasi dan metabolisme
Komunikasi antar sel umumnya dilakukan dengan menggunakan molekul sinyal kimiawi (ligan/1st messenger) yang berupa:– Hormon– Neurotransmiter– Protein lain (misal: faktor pertumbuhan)
Bentuk Komunikasi Pada Sel Hewan Berdasarkan Letak / Jenis
Sel Target
Pensinyalan jarak jauh – endocrine signaling– Molekul sinyal: hormon– Bekerja pd sel target yg jauh dari tempat sintesisnya– Disalurkan melalui aliran darah
Pensinyalan jarak dekat – paracrine signaling – Bekerja pada sel target yg berdekatan dgn molekul
pembuatnya– Biasanya diperantarai oleh neurotransmiter dan bbrp
faktor pertumbuhan
Komunikasi Pada Sel Hewan
Komunikasi Pada Sel Hewan
autocrine signaling – Molekul sinyal bekerja mempengaruhi dirinya sendiri– Merupakan cara kerja dari sebagian besar faktor
pertumbuhan– Fungsi: mengatur proses proliferasi*
Komunikasi Pada Sel Hewan
Pensinyalan sinaptik:sel saraf melepaskan molekul neurotransmiter ke dalam celah sinaps (ruang sempit antara dua sel saraf: sel pengirim dan sel target)
NERVECELL
Nervesignals
Neurotransmittermolecules
Nerve cell
Tiga Tahapan Proses Pensinyalan Sel
Penerimaan (reception): – Proses pendeteksian molekul sinyal yang datang dari luar sel– Berdasarkan sifat molekul sinyal, penerimaan dapat dilakukan oleh protein
reseptor yang terdapat di: membran plasma (Contoh: reseptor hormon epinefrin), atau Sitoplasma (reseptor intraseluler). Contoh: reseptor hormon steroid
Transduksi: (pengolahan sinyal) – Merupakan urutan perubahan dalam sederetan molekul yg berbeda, dan
disebut jalur transduksi sinyal– Pada tahap ini terjadi perubahan sinyal menjadi suatu bentuk yang dapt
menimbulkan respon seluler spesifik Produksi respon seluler spesifik: Aktivitas seluler seperti:
– Reaksi enzimatik– Penyusunan ulang sitoskeleton– Pengaktifan gen spesifik dalam nukleus
Pensinyalan Sel dengan Reseptor Terikat Membran (Contoh: pengaruh epinefrin)
1. Penerimaan– Molekul sinyal (ligan) berupa hormon
epinefrin yang terdapat di cairan ekstraseluler terikat pada reseptor spesifik pada membran plasma sel target (sel hati dan sel otot rangka)
2. Transduksi– Interaksi ligan-receptor mengakibatkan
konformasi atau perubahan bentuk reseptor
– Terjadi serangkaian perubahan atau aktivasi sejumlah molekul relay pada jalur transduksi sinyal, yang mengarah pada aktivasi enzim spesifik
3. Respon sel– Aktivitas sel sebagai respon terhadap
sinyal yang datang– Contoh: reaksi enzimatik pemecahan
molekul glikogen oleh enzim glikogen fosforilase
Hormone(epinephrine)
1
2
3
RECEPTORPROTEIN
TARGETCELL
Plasmamembrane
Relaymolecules
Signal-transductionpathway
Glycogen Glucogen
Cellular response(in this example, glycogen breakdown)
Pensinyalan Sel dengan Reseptor Intraseluler
1 & 2. Penerimaan– Molekul sinyal (ligan) berupa hormon
steroid berdifusi melewati membran plasma sel target
– Ligan berikatan dengan reseptor intraseluler yang terdapat di sitoplasma
3. Transduksi– Kompleks ligan-reseptor memasuki
nukleus, berikatan dengan DNA dan menentukan suatu gen menjadi aktif atau non aktif
– Pada contoh ini gennya diaktifkan4. Respon sel
– Terjadi transkripsi & translasi (sintesis protein), hingga terbentuk protein baru
Steroidhormone
TARGETCELL Receptor
protein
1
2
3NUCLEUS
DNA
Hormone-receptorcomplex
4
mRNATranscription
Newprotein
Cellular response:activation of a geneand synthesis ofnew protein
Macam-macam Reseptor Sinyal
1. Reseptor Terkait-Protein G (G protein-coupled reseptor/GPCR)– Berupa protein membran yg bekerja bersamaan dgn protein G dan protein
lain (biasanya enzim) – Pendeteksian sinyal berupa cahaya, bau, dan deteksi hormon serta
neurotransmiter tertentu– Jalur ini bisa mengaktivasi atau menginhibisi tgt protein G yg terikat pada
reseptor Protein G yang menstimulasi (Gs): protein menstimulasi effector
enzyme Protein G yang menginhibisi (Gi): protein menginhibisi effector
enzyme– Aktivasi enzim (Contoh: adenylil cyclase) akan menghasilkan sejumlah
second messenger yang menentukan respon seluler terhadap sinyal yang datang
Ligan berikatan dgn reseptor
shg teraktivasi
Aktivasi protein G
Aktivasi/
Inhibisi enzim
Respon seluler
2. Reseptor Tirosin-Kinase– Reseptor membran yang memiliki bagian protein di sisi sitoplasmik yang
berperan sbg enzim (tirosin kinase)– Fungsi: mengkatalisis transfer gugus fosfat (fosforilasi) dari ATP ke asam
amino tirosin pd protein substrat– Tahapan proses transduksi sinyal yang terjadi:
Pengikatan ligan menyebabkan 2 polipeptida reseptor membentuk dimer
Dengan menggunakan gugus fosfat dari ATP, daerah tirosin kinase setiap polipeptida memfosforilasi tirosin pada peptida lain (dimer merupakan substrat sekaligus enzim) → protein reseptor teraktivasi
Aktivasi reseptor menyebabkan reseptor dapat berikatan dengan protein intraseluler dan mengaktifkannya melalui fosforilasi
– Contoh: faktor pertumbuhan, yg merangsang sel untuk tumbuh dan bereproduksi.
Macam-macam Reseptor Sinyal
Macam-macam Reseptor Sinyal
3. Reseptor Saluran Ion– Protein membran berupa ion-channel protein yang
membuka ketika berikatan dengan ligan dan menutup ketika ligan terlepas dari reseptor
– Pengikatan ligan menyebabkan terbukanya saluran ion sehingga ion-ion dari cairan ekstraseluler dapat masuk ke dalam sitosol sel target
– Perubahan konsentrasi menyebabkan perubahan potensial elektrik membran plasma
– Contoh: Pada sel saraf: Saluran ion Na+ dan K+ pada sel saraf
terbuka ketika hormon asetilkolin berikatan dengan reseptornya
Pada sel otot: pengikatan asetilkolin mengakibatkan masuknya ion Ca2+ dan menghasilkan kontraksi otot
-
Macam-macam Reseptor Sinyal
4. Reseptor Intraseluler– Berupa reseptor yg terletak di
sitoplasma atau nukleus sel target.
– Sinyal kimiawi masuk ke dalam sel melewati membran plasma
– Molekul sinyal berukuran cukup kecil shg bisa melewati fosfolipid membran atau molekul sinyal berupa lipid shg terlarut dalam membran.
– Contoh: Hormon steroid dan hormon
tiroid (lipid), mis: testosteron Molekul gas oksida nitrat
(NO)
Transduksi Sinyal
Pada umumnya terdiri dari beberapa langkah → sejumlah kecil molekul sinyal dapat menghasilkan respon seluler yang besar (penguatan sinyal) dan menentukan respon yang spesifik
Dilakukan oleh molekul relay: – molekul yang berfungsi menyampaikan (mentransmisikan) sinyal dari
reseptor hingga dihasilkan respon sel yang sesuai– Dapat berupa:
Protein. Banyak di antaranya adalah protein kinase (enzim yang mentransfer gugus fosfat dari ATP ke suatu protein/fosforilasi). Fosforilasi protein adalah mekanisme seluler yang digunakan secara luas untuk mengatur aktivitas protein
Molekul atau ion kecil non-protein yang disebut second messenger Proses penerimaan sinyal (pengaktifan protein reseptor) akan
berlanjut pada pengaktifan molekul-molekul relay secara beruntun, hingga protein akhir yang menghasilkan respon sel diaktifkan
Jalur transduksi sinyal akan terhenti dengan adanya protein fosfatase (enzim yang melepaskan gugus fosfat dari protein)
– Ketika sinyal (ligan) terlepas dari reseptor atau tidak ada, jumlah protein fosfatase lebih banyak daripada protein kinase
Diagram Transduksi Sinyal (signal-transduction cascade )
Dalam jalur transduksi pada Reseptor Tirosin-Kinase, aktivasi bbrp enzim kinase menghasilkan aliran fosforilasi: signal-transduction cascade
Menghasilkan respon seluler spesifik, contohnya:
– perubahan bentuk fisiologi sel dan jalur ekspresi gen
– proliferasi dan diferensiasi– meningkatkan kemampuan survivalsel– pengaturan metabolisme seluler
Signal
KINASE #2
KINASE #3
TARGET
EFFECT
KINASE #1pp
pp
pp
pp
Komponen jalur transduksi-sinyal berupa molekul atau ion kecil nonprotein yg terlarut air
Dapat dihasilkan melalui aktivasi GPCRs (Reseptor terkait protein G) dan RTKs (Reseptor Tirosin Kinase)
Second messenger berfungsi memperjelas/menguatkan sinyal ekstraseluler
– 1 molekul epinephrine berikatan dg 1 GPCR – menghasilkan sintesis beberapa molekul cAMP yg dapat mengaktifkan dan memperkuat beberapa molekul PKAs
Konsentrasi epinefrin dalam darah sebesar 10-10M dapat meningkatkan kadar glukosa hingga 50%
Beberapa contoh second messenger:– AMP siklik (cAMP)
Dihasilkan melalui aktivasi reseptor terkait protein Gs → aktivasi enzim adenylyl cyclase yg mengubah ATP mjd second messenger cAMP
cAMP berfungsi mengaktivasi protein kinase spesifik (cAMP-dependent protein kinases or PKAs) – lihat Gambar 11.12 di Buku Biologi-Campbell hal.212)
Second Messengers
Second Messengers
Second messengers lain:– Ion Kalsium
Dihasilkan melalui pembukaan saluran kalsium pd membran plasma RE, melepaskan kalsium
Peningkatan ion Ca+ dalam sel β menyebabkan sekresi insulin Peningkatan ion Ca+ intraseluler juga menyebabkan kontraksi sel otot Melalui bantuan calmodulin, protein pengikat Ca+, ion Ca+
mengaktifkan atau menginaktifkan protein transduksi secara langsung– Inositol Trifosfat (IP3) dan Diasilgliserol (DAG) – hasil
pemecahan phosphotidylinositol (PI) yang terdapat di membran plasma
Dihasilkan melalui aktivasi beberapa jenis reseptor hormon (GPCRs and RTKs)
Lihat Gambar 11.14 di buku Biologi- Campbell hal. 213
Respon seluler thd sinyal
Jalur transduksi mengarah ke pengaturan aktivitas seluler yang dapat berupa:
– Penyusunan ulang sitoskeleton– Pembukaan atau penutupan saluran ion dalam membran plasma– Aktivitas metabolisme sel– Sintesis protein
Jalur pensinyalan yang rumit memiliki manfaat penting:– Menguatkan sinyal.
Pada setiap langkah katalitik pada kaskade fosforilasi jalur transduksi sinyal, jumlah produk yang teraktivasi jauh lebih besar dari pada langkah sebelumnya
– Penentuan respon.Respon suatu sel terhadap sinyal bergantung pada variasi sinyal, reseptor, molekul relay, dan protein yang dibutuhkan untuk melaksanakan respon.(lihat Gambar 11.17 pada buku Biologi –Campbell hal. 216)
Suatu respon seluler dapat dihasilkan melalui aktivasi jalur yang berbeda
StimulasiGPCRs atau RTKs menghasilkan sejumlah second messengers, dan kedua jenis reseptor mengaktifkan dan menginhibisi sekresi sejumlah second messenger yang sama
RTKs dapat meningkatkan signal transduction cascade yg seringkali bekerja pada target yg sama dgn GPCR
Suatu respon seluler dapat diinduksi oleh beberapa jalur pensinyalan sel yang berbeda
Interaksi jalur pensinyalan yg berbeda memungkinkan aktivitas seluler berjalan dg baik