Sel melakukan kontak dengan lingkungannya menggunakan

Sel melakukan kontak dengan
lingkungannya menggunakan permukaan
sel, meliputi:
1. Membran plasma, yakni protein dan lipid
2. Molekul-molekul membran yang
menonjol ke luar sel
Melalui permukaan sel ini, sel mengenali
bagian dari sel lain sebagai bagian dari individu
yang sama atau asing, mengirim dan menerima
sinyal kimia dan fisik dan menempel pada sel
lain atau materi ekstraseluler
Sinyal, reseptor permukaan, dan mekanisme
respon internal → elemen utama dalam
pertumbuhan dan aktivitas sel hewan.
Reseptor Permukaan dan Sinyal Antar Sel
Molekul sinyal dapat berjumlah ratusan yang
meliputi : hormon, protein, asam amino, peptida,
steroid, derivat asam lemak, faktor pertumbuhan,
dan neurotransmiter yang dilepaskan oleh satu
kelompok sel → diikat oleh reseptor pada sel yang
lain → respon internal.
Walau banyak jenis molekul sinyal, namun cara
merespon sinyal hanya ada beberapa:
1. Yang paling umum pada sel hewan mengirim
sinyal keseluruh tubuh melalui aliran darah →
hormon. Selnya disebut sel endokrin.
2. Sinyal paracrine: molekul sinyal berdifusi secara
lokal ke medium ekstraseluler dan tetap ada di
sekitar sel yang menghasilkannya.
3. Signal Neuronal: Sinyal terkirim dengan cepat
dan spesifik ke sel target individual.
4. Sel berkontak langsung melalui molekul sinyal
yang ada di membran plasma dan mengikat ke
reseptor di membran plasma dari sel target
Molekul sinyal yang sama dapat menginduksi
respon yang berbeda pada sel target yang
berbeda
Suatu sel dapat memiliki beberapa tipe reseptor
untuk signal yang sama (gambar c). Manfaatnya:
1. Menghasilkan signal intraseluler yang berbeda
2. Simultan sensitif terhadap signal ekstraseluler
Bentuk respon meliputi: kenaikan dan
penurunan
metabolisme
laju
transport,
oksidatif,
sekresi,
inisiasi
pembelahan sel dan pergerakan sel.
Mekanisme
inisiasi
respon
reseptor
pada
permukaan sel mempunyai beberapa karakteristik
penting dalam operasinya.
1. Hormon peptida, faktor pertumbuhan, dan
neurotransmitter
yang
bertindak
sebagai
sinyal ekstraseluler tidak melakukan penetrasi
ke dalam sel, tetapi cukup mengikat reseptor
pada permukaan sel.
2. Respon tidak dihasilkan bila molekul sinyal
diinjeksikan
3. Reseptor
tetap
berada
pada
membran
sitoplasma saat respon seluler terinisiasi,
dan tidak masuk ke dalam sel
Reseptor permukaan sel dibagi dalam 3 kelas
1. Reseptor ion-channel linked : menutup dan
membuka sebagai respon pengikatan molekul
sinyalnya
2. Reseptor
G-protein
linked:
sinyal
akan
melewati protein terikat GTP (protein G) yang
berasosiasi dengan reseptor
3.
Reseptor
enzyme
linked:
bila
terikat
molekul sinyalnya akan mengaktifkan
ensim pada bagian akhir reseptor di
dalam
sel
terasosiasi
atau
juga
ensim
yang
Reseptor dengan Aktivitas Protein Kinase Integral
Contoh: reseptor hormon insulin (uptake glukosa
dan tingkat reaksi metabolisme pada sel target),
epidermal growth factor (EGF) atau platelet
derivate growth factor (PDGF) berguna mengatur
pertumbuhan dan pembelahan sel.
Pengikatan molekul sinyal ke domain ekstraseluler dari reseptor tirosin kinase membuat 2
molekul
reseptor
membentuk
dimer
→
mengaktifkan kinase dan mengautofosforilasi
beberapa
terfosforilasi
tirosin.
Setiap
merupakan
tirosin
situs
yang
pengikatan
untuk protein signal intraseluler yang berbeda.
Reseptor dengan aktivitas Protein Kinase terpisah
Pengikatan
molekul
sinyal
ekstraseluler
(messenger pertama lintasan) → mengaktivasi
situs enzimatik pada bagian akhir reseptor pada
sisi
sitoplasma
→
langkah
pertama
dari
serangkaian reaksi yang mengarah ke aktivasi
satu atau lebih protein kinase.
Reaksi
reaksi
pertama
yang
dipicu
oleh
reseptor teraktivasi akan mengikuti satu dari
dua lintasan berbeda namun serupa.
Pada keduanya dimulai dengan mengaktifkan
protein G, protein G akan mengaktifkan enzim
(efektor).
Efektor berperanan menghasilkan satu atau
lebih messenger ke dua yaitu protein kecil yang
mengaktifkan protein kinase
Messenger ke 2 dari lintasan adalah cAMP atau
insP3/DAG.
1. cAMP
cAMP dihasilkan dari ATP oleh efektor adenilat
siklase. cAMP berukuran relatif kecil, larut
dalam air dan segera berdifusi melalui
sitoplasma untuk aktivasi suatu seri protein
kinase.
2. InsP3/DAG
Lintasan lain menghasilkan 2 messenger ke 2
melalui pemecahan fosfolipida membran, yaitu
fosfatidil inositol. Reaksi pemecahan ini dikatalisis
oleh efektor fosfolipase C menghasilkan inositol
trifosfat (insP3) dan Diacylglycerol (DAG).
lnsP3 (molekul yang relatif kecil), larut dalam air
(karena mengandung 3 gugus fosfat).
DAG (unit gliserol dengan 2 residu asam
lemak), mempunyai segmen polar dan nonpolar, dan ada di membran bilayer.
Ca2+
beraksi
sebagai
tambahan pada lintasan itu.
messenger
ke
2
Fosfolipase C akan mengaktifkan 2 messenger :
IP3 yang memicu pelepasan Ca2+ dari RE dan
DAG yang bersama Ca2+ mengaktifkan protein
kinase C → memfosforilasi protein target
Pengikatan molekul sinyal
→ akan mengaktifkan
adenylyl cyclase dan
meningkatkan cAMP. cAMP
akan mengaktifkan protein
kinase bergantung cAMP
(PKA). PKA ke nukleus dan
memfosforilasi protein
regulator gen → transkripsi
gen
Mekanisme Kerja cAMP dan InsP3/DAG dalam
Jalur Reseptor-Respon
1. Jalur cAMP
Reseptor yang memicu lintasan cAMP pada
mamalia dan vertebrata tingkat tinggi adalah:
adrenalin (epinephrin), adenocorticotropic
hormon (ACTH), glukagon, luteinizing hormon,
parthormon dan asetilkolin.
Glukagon
(hormon
peptida,
disekresikan
pankreas), akan terikat pada reseptor bila
kadar gula dalam darah menurun (rendah) →
akan memicu reaksi yang melibatkan protein G
dan adenilat siklase, menghasilkan messenger
ke 2 cAMP → akan mengaktifkan kelompok
famili protein kinase A ( A= cAMP) → akan
mengaktifkan
fosforilase
kinase
→.
menambahkan gugus fosfat → mengaktifkan
glikogen fosforilase → mengkonversi glikogen
menjadi glukosa
Protein kinase A justru menginaktifkan glikogen
sintase → pembentukan glikogen dan glukosa
dihambat.
2. Jalur insP3/DAG
Sekitar 40 pembawa pesan pertama dalam jalur
ini
telah
diidentifikasi,
contoh
vasopressin,
angiotensin dan norepinephrine.
Jalur insP3/DAG mengontrol respon berbagai
sekresi hormon dan neurotransmitter oleh sel
saraf dan kelenjar, pembelahan sel, fertilisasi
awal, transport ion dan gula, kontraksi otot dan
metabolisme glukosa.
Jalur ini terdistribusi diantara organisme eukariot
termasuk vertebrata dan invertebrata, fungi dan
tumbuhan.
Ion Ca+2 mempunyai peranan sebagai
(a)
ko-aktivator
bersama-sama
DAG
dalam
mengaktifkan protein kinase C
(b) pengontrol berbagai mekanisme seluler (secara
langsung
maupun
tidak
langsung)
yaitu
sebagai pembawa pesan kedua tambahan bagi
InsP3.
Tugas utama DAG mengaktifkan protein kinase
C yang berasosiasi dengan lintasan → ini
terjadi saat protein kinase teraktivasi parsial
oleh kombinasi Ca2+ di sitoplasma dengan DAG
di membran plasma.
Protein kinase yang sudah teraktivasi sempurna
memfosforilasi protein target, dikontrol oleh
lintasan InsP3/DAG.
Ringkasan
lintasan sinyal