sinyal sel biosel - Biologi 2010 Universitas Airlangga

CELL SIGNALING
Dr. Dwi Winarni, M.Si.
Departemen Biologi
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga Surabaya
BERDASAR KAJIAN FOSIL DIPERKIRAKAN
BAHWA ORGANISME UNISELULAR ADA
SEKITAR 3,5 MILYAR TAHUN YANG LALU,
SEDANGKAN ORGANISME MULTISELULAR
ADA SEKITAR 2,5 MILYAR TAHUN YANG LALU
?
ORGANISME MULTISELULAR MEMERLUKAN
WAKTU UNTUK MENGEMBANGKAN MEKANISME YANG MENGATUR AGAR SEL-SEL SALING
DAPAT BERKOMUNIKASI UNTUK DAPAT BERPERAN SEBAGAI ORGANISME UTUH DENGAN
PERILAKU YANG TERKOORDINASI
ORGANISME UNISELULAR MENGGUNAKAN SINYAL UNTUK MEMBERIKAN
INFORMASI KEPADA INDIVIDU LAIN
CELL SIGNALING PADA
YEAST UNTUK MATING
PADA ORGANISME MULTISELULAR, SINYAL
INTERSELULAR DIINTERPRETASI OLEH
PERANGKAT KOMPLEKS YANG DIMILIKI
OLEH SEL SEHINGGA TIAP SEL DAPAT
MENENTUKAN POSISI DAN PERAN KHASNYA
DI DALAM TUBUH ORGANISME
MULTISELULAR DAN MEMASTIKAN BAHWA
HASIL INTERPRETASI MERUPAKAN
RESPONS YANG SESUAI TERHADAP SINYAL
YANG DITERIMA
KEGAGALAN SEL MENANGGAPI SINYAL
DAPAT MERUGIKAN BAHKAN MEMBUNUH
ORGANISME
CELL SIGNALING MEMUNGKINKAN
TERJADINYA INTERAKSI ANTAR SEL
 HUBUNGAN SOSIAL SEL
PERANGKAT UTAMA DALAM CELL
SIGNALING
MOLEKUL SINYAL
PROTEIN RESEPTOR
PROTEIN-PROTEIN INTRASELULAR
reseptor
(receptors)
Sel
pengirim
sinyal
Molekul sinyal
(signaling molecules)
protein-protein
intraseluler
Sel
target
reseptor ??
Target ???
Sinyal ??
Pengirim
sinyal ??
Tahapan dalam cell signaling
1. Reception
pengenalan molekul signal oleh sel target  ikatan antara molekul
sinyal (first messenger) dengan reseptor
2. Transduction
perubahan reseptor karena terikatnya molekul signal menyebabkan
perubahan pada kadar protein intraselular tertentu yang umumnya
dikuti oleh serangkaian perubahan lebih dari 1 protein (cascade)
mengubah sinyal ekstraselular menjadi sinyal intraselular
3. Response
perubahan perilaku sel yang timbul sebagai akibat timbulnya sinyal
intraselular
Tahapan dalam cell signaling
Cascade reaction
104mM
108mM
JALUR PENYEBAB TIMBULNYA
SINYAL INTRASELULAR DAN
RESPONS SEL TERHADAPNYA
Ligan
ekstraselular
Aktivasi enzim
Kontak antar sel
Perubahan
organisasi
sitoskeleton
Perubahan
permeabilitas ion
Aktivasi sintesis
DNA
Aktivasi sintesis
RNA
matriks ekstraselular
BERDASAR SINYAL YANG DIGUNAKAN,
CELL SIGNALING DAPAT MELALUI
CELL SIGNALING
by secreted molecules
according to the distance between the source of
signaling molecule and target cell
PARACRINE
SYNAPTIC
ENDOCRINE
PARACRINE (cont..)
PARACRINE (cont..)
LAJU TRANSMISI INFORMASI MELALUI IMPULS 10-100 m/detik
JARAK SEL PRA KE PASCASINAPSIS < 100 NM DENGAN PROSES TRANSMISI
< 1ms
JENIS NEUROTRANSMITER DAN RESEPTORNYA
Jenis neurotransmiter
Jenis reseptor
Efek
Dopamin
D1, D2, D3, D4, D5
eksitasi
Norepinefrin dan epinefrin

eksitasi
Serotonin
5 HT
eksitasi
Asetilkolin
Muskarinik,
nikotinik
Endorfin dan enkefalin

Inhibisi
eksitasi


Glutamat
NMDA, AMPA
eksitasi
GABA
A, B
Inhibisi (otak)
Glisin
Inhibisi (SSP)
Pada hub. sinaptik, signaling molecules kadar tinggi (karena relatif tidak
terencerkan oleh cairan tubuh di celah sinapsis terikat dengan reseptor dg afinitas
rendah  mudah lepas dan mengalami degradasi
Beberapa jenis bahan yang bekerja pada sinaps
No
Nama bahan
Mekanisme kerja
1.
bungarotoksin Memblok reseptor nikotinik
2
Curare
Memblok reseptor nikotinik (tidak untuk muskarinik)
relaksasi otot selama pembedahan
3.
Transquilizer
(valium, librium,
barbiturat)
Aksi pada sinaps GABA
4.
Amfetamin dan
derivatnya
Menghambat aktivitas MAO
5.
Botulinum-B
Degradasi synaptobrevin (protein yang berperan dalam fusi
vesikula sinaptik)
C. ENDOCRINE
Sumber
Jenis hormon
Peran utama dalam
Adenohipofisis
ACTH
(adrenocorticotropic
hormone)
Menstimulasi korteks adrenal
TSH (thyrotropic hormone) Menstimulasi tiroid
FSH (follicle-stimulating
hormone)
Menstimulasi folikulogenesis ovarium, perkembangan
tubulus seminiferus testis
LH (luteinizing hormone)
Menstimulasi perubahan folikel menjadi corpus luteum;
menstimulasi produksi progesteron dan testosteron
Prolaktin
Menstimulasi produksi air susu; osmoregulasi pada ikan
MSH (Melanocytesstimulating hormone)
Menstimulasi dispersi melanin pada kulit t.u. Amphibia
Growth hormone
Menstimulasi pertumbuhan (bekerja melalui hepar)
Hipotalamus
Menghasilkan releasing
dan release-inhibiting
hormones yang bekerja
pada adenohipofisis
Hormon disekresikan melalui sirkulasi portal ke
adenohipofisis
Hipotalamus
(melalui
neurohipofisis)
ADH (antidiuretic
hormone)
Menstimulasi reabsorbsi di ginjal
Oksitosin
Menstimulasi kontraksi uterus; sekresi air susu
BERDASAR LOKASI RESEPTOR
CELL SIGNALING DAPAT MELALUI
Signaling molecules
berukuran kecil atau
hidrofobik
RESEPTOR PADA UMUMNYA
Signaling molecules hidrofilik
atau berukuran cukup besar
PERBEDAAN DASAR JALUR SIGNALING
UNTUK SIGNALING MOLECULES
HIDROFILIK DAN HIDROFOBIK adalah pada:
Lama waktu keberadaannya dalam cairan
darah maupun cairan jaringan
 Mediator lokal dan neurotransmitter
didegradasi dalam hitungan detik setelah
disekresi
 Hormon-hormon larut air  dalam hitungan
menit setelah masuk sirkulasi
 Hormon steroid  beberapa jam
 Hormon tiroid  beberapa hari
TERIKAT CHANNEL ION
(ION-CHANNEL-LINKED RECEPTORS)
TERIKAT PROTEIN G
(G-PROTEIN-LINKED RECEPTORS)
TERIKAT ENZIM
(ENZYME-LINKED RECEPTORS)
RESEPTOR TERIKAT
CHANNEL ION
(ION CHANNEL-LINKED
RECEPTORS)
Transmission of an action potential across a chemical synapse at
myoneural junction
When an action potential depolarizes the membrane of synaptic , it trigger
an influx of Ca2+ (1) that causes synaptic vesicles to fuse with the
presynaptic membrane (2). The vesicles release neurotransmitter (i.e.
acetylcholine) into the synaptic cleft. The binding of acetylcholine molecule
to the specific receptors opens sodium ion channel, causing a sodium influx
that depolarizes the postsynaptic membrane
Animal physiology
30
RESEPTOR TERIKAT PROTEIN G
(G-PROTEIN-LINKED RECEPTORS)
INTERAKSI ANTARA RESEPTOR DENGAN PROTEIN
TARGET DIPERANTARAI OLEH PROTEIN-G
(TRIMERIC GTP-BINDING REGULATORY PROTEIN)
TARGET PROTEIN DAPAT BERUPA:
1.Enzim
 mengubah kadar satu atau lebih mediator
intraselular yang dikatalisis enzim (=2nd
messenger)
2. Channel Ion
 mengubah permeabilitas membran plasma
terhadap ion tertentu
INTERAKSI ANTARA RESEPTOR
DENGAN PROTEIN TARGET BERUPA ENZIM
YANG DIPERANTARAI OLEH PROTEIN-G
Target enzim
Generalized diagram of G protein-gated ion channel: (A) Typically, the activated effector protein
begins a signaling cascade which leads to the eventual opening of the ion channel. (B) The
GTP-bound α-subunit in some cases can directly activate the ion channel. (C) In other cases,
the activated βγ-complex of the G protein may interact with the ion channel.
BEBERAPA CONTOH MEKANISME FISIOLOGI YANG
DIPERANTARAI OLEH PROTEIN-G
Stimulus
Reseptor
Efektor
Respon fisiologi
Epinefrin
B-adrenergik
Adenylyl
cyclase
Pemecahan glikogen
Asetilkolin
Muskarinik
Channel
potasium
Memperlambat aktivitas
pacemaker
Kompleks
antigen Ig-E
Reseptor Ig-E
di permukaan
sel mast
Fosfolipase-C
Sekresi histamin
RESEPTOR TERIKAT ENZIM
(ENZYME-LINKED RECEPTORS)
ADALAH RESEPTOR PERMUKAAN YANG SAAT TERAKTIVASI
BERFUNGSI SEBAGAI ENZIM ATAU BERASOSIASI DENGAN
ENZIM
PADA UMUMNYA MERUPAKAN SINGLE-PASS
TRANSMEMBRANE PROTEINS DENGAN TAPAK PENGIKATAN
LIGAN DI LUAR DAN TAPAK KATALITIK DI DALAM
DIBANDINGKAN DENGAN 2 (DUA) KELOMPOK YANG LAIN,
LEBIH HETEROGEN, TETAPI KELOMPOK TERBESAR ADALAH
PROTEIN KINASE ATAU YANG BERASOSIASI DENGAN
PROTEIN KINASE
PROTEIN KINASE
ADALAH ENZIM YANG MEMINDAHKAN GUGUS
FOSFAT KE RANTAI SAMPING ASAM AMINO SUATU
PROTEIN
 SERINE/THREONINE KINASE (memfosforilasi
protein pada serin atau treonin)
TYROSINE KINASE (memfosforilasi pada tirosin)
SEKITAR 1 % GEN MANUSIA MENGKODE PROTEIN KINASE,
TETAPI SEL MAMALIA TUNGGAL DAPAT MENGANDUNG LEBIH
DARI 100 JENIS PROTEIN KINASE  PERAN SANGAT KRUSIAL
DALAM CELL SIGNALING
BEBERAPA RESPONS SEL/ JARINGAN YANG DIPERANTARAI
OLEH PROTEIN KINASE C
JARINGAN/ SEL
RESPONS
KEPING DARAH
PELEPASAN SEROTONIN
SEL MAST
SEKRESI HISTAMIN
MEDULA ADRENAL
SEKRESI EPINEFRIN
PANKREAS
SEKRESI INSULIN
SEL-SEL KELENJAR
HIPOFISIS ANTERIOR
SEKRESI GH DAN LH
TIROID
SEKRESI KALSITONIN
TESTIS
SINTESIS TESTOSTERON
NEURON
PELEPASAN DOPAMIN
OTOT POLOS
PENINGKATAN KONTRAKSI
HEPAR
HIDROLISIS GLIKOGEN
JARINGAN ADIPOSA
SINTESIS LIPID
CELL SIGNALING
CELL SIGNALING : MEMBEDAKAN SELF DAN NON SELF
by plasma-membrane-bound molecules
Cell signaling khusus
• Autocrine
• Cell signaling by gap junction
SEL MEMPUNYAI KEMAMPUAN UNTUK MENANGGAPI
KOMBINASI SIGNALING MOLECULES SPESIFIK
SIGNALING MOLECULES YANG SAMA DAPAT
MENIMBULKAN RESPONS BERBEDA JIKA
JENIS SEL TARGET BERBEDA
A hypothetical model of paracrine versus autocrine signaling in mammary epithelial cells.
Normal mammary epithelial cells expressing estrogen receptor (ER)α and progesterone
receptor (PR) are restrained from proliferating, mediated by the growth-inhibitory actions of
transforming growth factor (TGF)-β signaling, active in this population. The steroid
receptor-positive cells secrete local-acting growth factors to induce neighboring cells to
divide in a paracrine fashion. In early breast cancer progression, this normal paracrine
mechanism may switch to an autocrine loop, allowing steroid receptor-positive cells to
proliferate, possibly through the downregulation of active TGF-β signaling, leading to an
upregulation of cell-cycle molecules such as cdc25A, cyclin E and cyclin-dependent kinase
(cdk)2. IGF, insulin-like growth factor.
Figure 2. Oncogenic Ras–stimulated paracrine signaling promotes tumor
growth. Oncogenic Ras (Ras-GTP) promotes the transcription of cytokine
genes (double helix), leading to elevated levels of secreted cytokines (blue
spheres) that act to modulate the immune system (yellow cells), promote
angiogenesis (purple capillaries) and activate tumor stroma (brown cells)