Komunikasi sel

Sel komunikasi essential bagi organisme multiseluler

Sinyal eksternal diubah menjadi respon di dalam sel

Signal transduction pathways/jalur transduksi sinyal

Sinyal pada permukaan sel dikonversi menjadi responseluler spesifik melalui serangkaian langkah

Pensinyalan ini mirip baik pada microbes (yeast) danmamalia, tumbuhan mekanisme pensinyalan telah berkembang dengan baik sebelum mahluk multiseluler muncul di bumi

Komunikasi sel

Sel berkomunikasi dengan melepas pembawa pesan (mesenjer)

Lintasan transduksi sinyal

Sinyal kimia dikonversi dari satu tipe sinyal menjadi sinyal lain untuk menghasilkan molecular response. All organisms require signaling pathways to live.

Huruf mewaliki senyawa kimia atau protein. Tanda panah menunjukkan langkah enzimatik.

ABCDEFG

Sel hewan dan sel tumbuhan komunikasi dengan kontak

langsung, memiliki cell junctions yang secara langsung menghubungkan sitoplasma dengan sel sebelahnyaPlasma membranes

Plasmodesmatabetween plant cells

Gap junctionsbetween animal cells

Cell junctions. Both animals and plants have cell junctions that allow molecules to pass readily between adjacent cells without crossing plasma membranes.

Cell-cell recognition. Two cells in an animal may communicate by interaction between molecules protruding from their surfaces.

Pada signaling lokal pada sel hewan, dapat berkomunikasi melalui interaksi antara molekul2 yang menonjol dari permukaan sel

Cara kerja cell-cell signaling

Direct Pensinyalan kimiawi jarak dekat Pensinyalan parakrin. Molekul sinyal dikeluarkan

oleh sebuah sel dan bekerja pada sel target di dekatnya. Molekul pengatur lokal dilepas ke dalam fluida ekstraseluler

Pensinyalan sinaptik. Sel saraf melepaskan molekul neurotransmiter ke dalam sinapsis.

Jarak yang lebih jauh Pensinyalan hormonal. Sel endokrin mensekresi

hormon ke dalam cairan tubuh (darah).

In other cases, animal cells communicate using local regulators

(a) Paracrine signaling. A secreting cell acts on nearby target cells by discharging molecules of a local regulator (a growth factor, for example) into the extracellular fluid.

(b) Synaptic signaling. A nerve cell releases neurotran-smitter molecules into a synapse, stimulating the target cell.

Local regulator diffuses through extracellular fluid

Target cell

Secretoryvesicle

Electrical signalalong nerve celltriggers release ofneurotransmitter

Neurotransmitter diffuses across

synapse

Target cellis stimulated

Local signaling

In long-distance signaling both plants and animals use hormones

Hormone travelsin bloodstreamto target cells

(c) Hormonal signaling. Specialized endocrine cells secrete hormones into body fluids, often the blood. Hormones may reach virtually all body cells.

Long-distance signaling

Bloodvessel

Targetcell

Endocrine cell

Jalur lintasan bersifat inter-linked

Signalling pathway

Geneticnetwork

Metabolic pathway

STIMULUS

metabolic pathways

1993 Boehringer Mannheim GmbH - Biochemica

EXTRACELLULARFLUID

Receptor

Signal molecule

Relay molecules in a signal transduction pathway

Plasma membraneCYTOPLASM

Activationof cellularresponse

Reception1 Transduction2 Response3

Terdiri dari 3 tahapan1.Penerimaan2.Transduksi3.Respon

Proses percakapan seluler

Reception/Penerimaan: pendeteksian sinyal yang datang dari luar sel oleh sel target

Sinyal yang ditransduksi memicu respon selular spesifik

Pengikatan molekul sinyal mengubah protein reseptor

mengawali proses transduksi reseptor bersifat sangat spesifik Intracellular receptors cytoplasmic or nuclear proteins

Reseptor pada plasma membran

Molekul sinyal yang menggunakan reseptor ini adalah yang kecil atau hydrophobic dan dapat langsung melewati

plasma membran

Steroid hormones Bind to intracellular receptors

Hormone(testosterone)

EXTRACELLULARFLUID

Receptorprotein

DNA

mRNA

NUCLEUS

CYTOPLASM

Plasmamembrane

Hormone-receptorcomplex

New protein

Figure 11.6

1 The steroid hormone testosterone passes through the plasma membrane.

The bound proteinstimulates thetranscription ofthe gene into mRNA.

4

The mRNA istranslated into aspecific protein.

5

Testosterone bindsto a receptor proteinin the cytoplasm,activating it.

2

The hormone-receptor complexenters the nucleusand binds to specific genes.

3

Receptors in the Plasma Membrane

Terdapat tiga tipe reseptor menbran G-protein-linked Tyrosine kinases Ion channel

G-protein-linked receptors

G-protein-linkedReceptor

Plasma Membrane

EnzymeG-protein(inactive)CYTOPLASM

Cellular response

Activatedenzyme

ActivatedReceptor

Signal molecule Inctivateenzyme

Segment thatinteracts withG proteins

GDP

GDP

GTP

GTP

P i

Signal-binding site

Figure 11.7

GDP

Receptor tyrosine kinases

Signalmolecule

Signal-binding sit

CYTOPLASM

Tyrosines

Signal moleculeHelix in the

Membrane

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

TyrTyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

TyrTyr

Tyr

Tyr

Tyr Tyr

Tyr

TyrTyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

DimerReceptor tyrosinekinase proteins(inactive monomers)

PP

PP

P

P Tyr

TyrTyr

Tyr

Tyr

TyrP

P

P

P

P

PCellularresponse 1

Inactiverelay proteins

Activatedrelay proteins

Cellularresponse 2

Activated tyrosine-kinase regions(unphosphorylateddimer)

Fully activated receptortyrosine-kinase(phosphorylateddimer)

6 ATP 6 ADP

Ion channel receptors

Cellularresponse

Gate open

Gate close

Ligand-gatedion channel receptor

Plasma Membrane

Signalmolecule(ligand)

Figure 11.7

Gate closed Ions

Lintasan transduksi sinyal

Transduksi: Jalur interaksi molekuler yang menyalurkan sinyal dari reseptor ke molekul target dalam sel

Multistep pathways Memperbesar sinyal Memberikan lebih banyak kesempatan untuk

koordinasi dan regulasi

Protein Phosphorylation and Dephosphorylation

Banyak jalur sinyal termasuk jalur phosphorylation

Dalam proses ini Sejumlah protein kinase menambahkan fosfat kepada protein kinase lainnya dan mengaktifkannya Enzim fosfatase selanjutnya menghilangkan fosfat

Mekanisme utama transduksi sinyal

A phosphorylation cascadeSignal molecule

Activeproteinkinase

1

Activeproteinkinase

2

Activeproteinkinase

3

Inactiveprotein kinase

1

Inactiveprotein kinase

2

Inactiveprotein kinase

3

Inactiveprotein

Activeprotein

Cellularresponse

Receptor

P

P

P

ATPADP

ADP

ADP

ATP

ATP

PP

PP

PP

Activated relaymolecule

i

Phosp

horylatio

n ca

scade

P 

P

i

i

P

A relay moleculeactivates protein kinase 1.

1

2 Active protein kinase 1transfers a phosphate from ATPto an inactive molecule ofprotein kinase 2, thus activatingthis second kinase.

Active protein kinase 2then catalyzes the phos-phorylation (and activation) ofprotein kinase 3.

3

Finally, active proteinkinase 3 phosphorylates aprotein (pink) that brings about the cell’s response tothe signal.

4

Enzymes called proteinphosphatases (PP)catalyze the removal ofthe phosphate groupsfrom the proteins, making them inactiveand available for reuse.

5

Molekul kecil dan ion sebagai Second Messengers

Second messengers Kecil, nonprotein, molekul yang larut dalam

air atau berupa ions

Cyclic AMP (cAMP) terbuat dari ATP

O

–O O

O

N

O

O

O

O

P P P

P

P P

O

O

O

O

O

OH

CH2

NH2 NH2 NH2

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

NO

O

O

ATP

Ch2CH2

O

OH OH

P

O O

H2O

HOAdenylyl cyclase Phoshodiesterase

Pyrophosphate

Cyclic AMP AMP

OH OH

O

i

G-proteins Memicu pembentukan cAMP, yang kemudian

berlaku sebagai second messenger dalam lintasan seluler

ATP

GTP

cAMP

Proteinkinase A

Cellular responses

G-protein-linkedreceptor

AdenylylcyclaseG protein

First messenger(signal moleculesuch as epinephrine)

Figure 11.10

Calcium ions and Inositol Triphosphate (IP3)

Calsium, saat dikeluarkan ke dalam sitosol Bertindak sebagai second messenger dalam

berbagai jalur

Calsium adalah second messenger yang penting Karena sel mampu mengatur konsentrasinya

dalam sitosol Second messengers seperti inositol triphosphate

dan diacylglycerol (DAG) dapat memicu peningkatan

kalsium di sitosol

EXTRACELLULARFLUID

Plasmamembrane

ATP

CYTOSOL

ATP Ca2+

pump

Ca2+

pump

Ca2+

pump

Endoplasmicreticulum (ER)

Nucleus

Mitochondrion

Key High [Ca2+] Low [Ca2+]

321

IP3 quickly diffuses throughthe cytosol and binds to an IP3–gated calcium channel in the ERmembrane, causing it to open.

4 The calcium ionsactivate the nextprotein in one or moresignaling pathways.

6 Calcium ions flow out ofthe ER (down their con-centration gradient), raisingthe Ca2+ level in the cytosol.

5

DAG functions asa second messengerin other pathways.

Phospholipase C cleaves aplasma membrane phospholipidcalled PIP2 into DAG and IP3.

A signal molecule bindsto a receptor, leading toactivation of phospholipase C.

EXTRA-CELLULARFLUID

Signal molecule(first messenger)

G protein

G-protein-linkedreceptor

Variousproteinsactivated

Endoplasmicreticulum (ER)

Phospholipase C

PIP2

IP3

(second messenger)

DAG

Cellularresponse

GTP

Ca2+

(second messenger)

Ca2+

IP3-gatedcalcium channel

Respon: Cell signaling menyebabkan regulasi cytoplasmic activities atau transcription

Respon sitoplasmik dan nuklear

Dalam sitoplasma Jalur signaling mengatur aktivitas seluler

yang bervariasi

Respon sitoplasmik

Figure 11.13 Glucose-1-phosphate(108 molecules)

Glycogen

Active glycogen phosphorylase (106)

Inactive glycogen phosphorylase

Active phosphorylase kinase (105)

Inactive phosphorylase kinase

Inactive protein kinase A

Active protein kinase A (104)

ATP

Cyclic AMP (104)

Active adenylyl cyclase (102)

Inactive adenylyl cyclase

Inactive G protein

Active G protein (102 molecules)

Binding of epinephrine to G-protein-linked receptor (1 molecule)

Transduction

Response

Reception

Lintasan lain Mengatur gen dengan mengaktifkan faktor

transkripsi yang meng-on dan of-kan gen

Reception

Transduction

Response

mRNANUCLEUS

Gene

P

Activetranscriptionfactor

Inactivetranscriptionfactor

DNA

Phosphorylationcascade

CYTOPLASM

Receptor

Growth factor

Jalur signal dengan banyak tahap Dapat memperbesar sinyal dan berpengaruh terhadap kekhususan respon

Tiap protein dalam jalur signaling: Mengamplifikasi sinyal dengan mengaktifkan

banyak copy dari komponen selanjutnya dalam jalur Kombinasi protein yang berbeda di dalam sel

Memberikan kespesifikan yang baik pada sel dalam sinyal yang dideteksi maupun rsepon yang diakibatkan

Berhentinya sinyal

Respon sinyal berhenti dengan cepat Dengan lepasnya ikatan ligan