Komunikasi Antar Sel id. ppt

Komunikasi Antar Sel
(Cell Signaling)

SEMESTER
2010-2011

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

Komunikasi Pada Sel Hewan



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
– 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)

NERVE
CELL

Nerve
signals

Neurotransmitter
molecules

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

Hormone
(epinephrine)
RECEPTOR
PROTEIN

1

Pensinyalan Sel dengan
Reseptor Terikat
Membran (Contoh:
pengaruh epinefrin)

2

TARGET
CELL

Plasma
membrane

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

Signaltransduction
pathway

Relay
molecules

3

Glycogen

Glucogen

Cellular response

(in this example, glycogen breakdown)

Steroid
hormone
1

Pensinyalan Sel
dengan Reseptor
Intraseluler

TARGET
CELL

2

Receptor
protein

3

Hormonereceptor
complex

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

NUCLEUS

DNA

4

Transcription

mRNA

Cellular response:
activation of a gene
and synthesis of
new protein

New
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

Reseptor Terkait-Protein G

Struktur GPCR

adenylyl cyclase (AC)

Macam-macam Reseptor Sinyal
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.

Reseptor Tirosin-Kinase

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

Reseptor Saluran Ion

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 )

Signal
p
KINASE #1





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

p
KINASE #2

p
KINASE #3

TARGET

p

EFFECT

Kaskade fosforilasi

Second Messengers






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 (cAMPdependent 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)
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