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
