Komunikasi Antar Sel id. ppt

Komunikasi Antar Sel

(

Cell Signaling

)

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/1

st

messenger

) yang berupa:

–

Hormon

–

Neurotransmiter

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}



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



autocrine signaling

–

Molekul sinyal bekerja mempengaruhi dirinya sendiri

–

Merupakan cara kerja dari sebagian besar faktor

pertumbuhan

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)

NERVE CELL

Nerve signals

Neurotransmitter molecules

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}

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

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 diaktifkan}

4. Respon sel

– _{Terjadi transkripsi & translasi (sintesis}

protein), hingga terbentuk protein baru

Steroid

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

adenylyl cyclase (AC)

Reseptor Terkait-Protein G

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

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

-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

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}

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}



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

-10

M dapat

meningkatkan kadar glukosa hingga 50%



Beberapa contoh

second messenger:

– _{AMP siklik (cAMP)}

 Dihasilkan melalui aktivasi reseptor terkait protein G_s → 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

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)

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.

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