Biologi sel tentang pensinyalan sel dan steroid

1. CELL SIGNALLING/
PENGISYARATAN SEL
I.A PASCHA PARAMURTHI, S.FT, M.FIS

2. Cell Signaling
■ Pengisyaratan atau Pensinyalan, adalah bagian sebuah
sistem komunikasi yang sangat kompleks pada tingkat
seluler yang mengatur aktifitas dan koordinasi antar sel.
■ Komunikasi sel adalah proses penyampaian informasi sel
dari sel pesinyal menuju ke sel target untuk mengatur
pengembangan dan pengorganisasiannya menjadi jaringan,
mengawasi pertumbuhan dan pembelahannya serta
mengkoordinasikan aktivitasnya.
■ Sel berinteraksi dengan sel lain dengan cara komunikasi
langsung atau dengan mengirimkan sinyal kepada sel target.

3. Metoda Penyampaian Sinyal
■ Tiga metode komunikasi antar sel :
1. Langsung
2. Lokal
3. Jarak jauh

4. Komunikasi langsung
■ Komunikasi langsung, adalah komunikasi antar sel yang sangat
berdekatan.
■ Komunikasi ini terjadi dengan mentransfer sinyal listrik (ion-ion)
atau sinyal kimia melalui hubungan yang sangat erat antara sel
satu dengan lainnya.
■ Gap junction merupakan protein saluran khusus yang dibentuk
oleh protein connexin. Gap junction memungkinkan terjadinya
aliran ion-ion (sinyal listrik) dan molekul-molekul kecil (sinyal
kimia), seperti asam amino, ATP, cAMP dalam sitoplasma kedua
sel yang berhubungan.
■ Contohnya pertukaran ion dan garam antar sel dalam 1 jaringan.

5. Komunikasi lokal
■ Komunikasi lokal, adalah komunikasi yang terjadi melalui zat
kimia yang dilepaskan ke cairan ekstrasel (interstitial) untuk
berkomunikasi dengan sel lain yang berdekatan (sinyal
parakrin) atau sel itu sendiri (sinyal autokrin).
■ Komunikasi yang terjadi melalui zat kimia yang dilepaskan ke
cairan ekstrasel yang berdekatan.

6. Komunikasi jarak jauh
■ Komunikasi jarak jauh, adalah komunikasi antar sel yang
mempunyai jarak cukup jauh.
■ Komunikasi ini berlangsung melalui sinyal listrik yang
dihantarkan sel saraf dan atau dengan sinyal kimia (hormon
atau neurohormon) yang dialirkan melalui darah.
■ Contohnya komunikasi yang terjadi antara hipofisa ke sel
gonad.

7. Interaksi Sel
■ Komunikasi kontak langsung (autokrin)
■ Pensinyalan parakrin
■ Pensinyalan sinaptik
■ Pensinyalan endokrin/ hormonal

8. Komunikasi kontak langsung
(autokrin)
■ Sel dapat berkomunikasi dengan
cara kontak langsung.
■ Sel responsif terhadap substansi
yang dihasilkan oleh sel itu sendiri.
■ Sel target mensekresikan hormon
dan akan diterima kembali oleh sel
target tersebut, yang
konsekuensinya bisa mengaktivasi
atau menghambat sel tersebut.
■ Contohnya komunikasi yang terjadi
ketika pertukaran ion pada sel
dalam jaringan

9. Pensinyalan parakrin
■ Parakrin adalah sel penyekresi
bekerja pada sel-sel target yang
berdekatan dengan melepas
molekul regulator lokal (misalnya
faktor pertumbuhan ) kedalam
cairan luar sel.
■ Parakrin sel mengekskresikan
subtansi yang mempengaruhi sel
lain disekitarnya.

10. Pensinyalan sinaptik
■ Sinaptik adalah tipe
pensinyalan jarak jauh
melalui sistem persarafan.
■ Sel saraf melepaskan
molekul neurotransmiter
kedalam sinapsis sehingga
merangsang sel target.
■ Penyampaian sinyal dapat
dilakukan dengan cara
protein dari suatu sel
berikatan langsung dengan
protein lain pada sel lain.

11. Pensinyalan endokrin/ hormonal
■ Hormone mensinyal sel target pada jarak yang lebih jauh. Pada
hewan, sel endokrin terspesialisasi mensekresi hormone ke dalam
cairan tubuh yaitu darah.
■ Sel target jauh, mengggunakan mediator hormon. Hormon dibawa
melalui pembuluh darah.
■ Contohnya komunikasi hipofisis ke gonad, harus menggunakan
substansi tertentu untuk menghantarkan sinyal.

12. Tahapan komunikasi
dalam sel
■ Tahap penerimaan (reception)
■ Tahap pengikatan molekul (transduction)
■ Tahap responsif (response)

13. Tahap penerimaan (reception)
■ Pada tahapan ini sel target mendeteksi molekul sinyal yang
berasal dari luar sel.
■ Sinyal kimiawi terdeteksi ketika molekul sinyal berikatan
dengan protein reseptor yang terletak dipermukaan atau
didalam sel.

14. Tahap pengikatan molekul
(transduction)
■ Pada tahap ini molekul sinyal memiliki bentuk yang
komplamenter dengan situs reseptor yang melekat disitu
seperti anak kunci dalam gembok atau substrat dalam situs
katalitik suatu enzim.
■ Molekul sinyal berprilaku seperti ligan, istilah molekul yang
berikatan secara spesifik dengan molekul lain, seringkali
yang berukurakan besar.
■ Pengikatan ligan menyebabkan protein reseptor mengalami
perubahan bentuk. Umumnya efek pengikatan ligan menjadi
agregasi kedua atau lebih mengaktivasi reseptor lain
berinteraksi dengan molekul lainnya.

15. Tahap responsif (response)
■ Pada tahapan ini sinyal yang ditrandusikan menyebabkan
aktivitas selular seperti aktivasi gen-gen spesifik dalam
nukleus.

16. Reseptor dalam
membran sel
■ Sebagian besar molekul sinyal larut-air berikatan pada protein
reseptor dalam membran sel. Reseptor ini mentransmisikan
informasi dari lingkungan ekstraseluler ke bagian dalam sel
dengan cara mengubah bentuk saat berikatan dengan ligan.
Tiga tipe utama reseptor membran adalah:
■ G-protein (GTP-binding protein)-coupled
receptors
■ Reseptor tirosin-kinase (RTK)
■ Reseptor kinase serin
■ Integrin

17. G-protein (GTP-binding
protein)-coupled receptors
■ Suatu reseptor pada sel membran yang mempunyai tujuh
helix transmembran.
■ Penyaluran sinyal yang timbul setelah G-protein coupled
receptors berikatan dengan ligan, baru mungkin terjadi bila
G-protein ikut berperan aktif untuk mempengaruhi efektor
yang berada dibawah pengaruhnya.

18. Reseptor tirosin-kinase (RTK).
■ Tirosin Kinase (TK) adalah suatu kelas enzim tersendiri, yang bertanggung jawab
terhadap fosforilasi residu tirosin pada protein sasaran.
■ Reseptor tirosin Kinase (RTK) memegang peranan penting dalam proses transduksi
sinyal dan komunikasi antar sel.
■ RTK bertindak sebagai reseptor permukaan sel untuk : faktor pertumbuhan dan
hormone yang sangat penting.
■ RTK sebagai pengatur (regulator) proses sel normal
■ Sisi negative, yakni perannya dalam inisiasi dan perkembangan sejmlah sel kanker.
Pada kanker tipe ini, translokasi (pemindahan) gen menghasilkan penggabuan
protein kinase disertai aktivitas yang terkontrol.
■ Terdapat dua macam tirosin kinase (TK) yakni:
■ RTK yang merupakan protein transmembran yang memiliki domain diluar membrane
sel yang mampu berikatan dengan ligan serta domain didalam membrane sel yang
merupakan suatu katalitik kinase.
■ Non-RTK yang tidak memiliki protein transmembran serta terdapat dalam sitoplasma,
inti dan bagian dalam dari membran sel. Pada G-proteincoupled receptors terdapat
tujuh helix transmembran, sedangkan reseptor tirosin kinase hanya mempunyai satu
segmen transmembran meskipun reseptor tipe ini dapat berupa monomer, dimmer
ataupun tetramer.

19. Reseptor kinase serin
■ Reseptor ini berperan pada aktivitas kerja dari aktivin, TGF-
beta, mulerianinhibiting substance (MIS), dan bone
morphegenic protein (BMP).
■ Sebagai efektor dari reseptor kinase serin adalah kinase
serin sendiri.
■ Keluarga dari reseptor ini meneruskan signal melalui suatu
protein yang disebut sebagai smads.
■ Protein ini dapat berperan ganda, baik berperan sebagai
penerus sinyal (transducer) maupun sebagai faktor
transkripsi.

20. Integrin.
■ Hubungan antara sel dengan substrat dimediasi dengan
adanya integrin yang merupakan suatu protein
transmembran yang mempunyai tempat ikatan dengan
berbagai material ekstra sel seperti fibronektin, kolagen
ataupun proteoglikan.
■ Pada proses inflamsi, makrofag maupun fibroblast akan
mensintesa fibronektin yang merupakan matriks protein yang
besar. Fibronektin mempunyai fungsi sebagai chemotractant
dan fungsi mitogenik untuk fibroblast.
■ Untuk menjalankan fungsi tersebut perlu adanya ikatan
fibronektin dengan reseptor integrim pada sel mononuclear
maupun fibroblast.
Setiap reseptor pada membrane sel memiliki protein efektor dan jalur sinyal tertentu.
Efektor berperan dalam amplifikasi (peningkatan) suatu signal yang timbul akibat
adanya ikatan suatu ligan dengan reseptor spesifik pada membran sel.

21. Reseptor Dalam
Intraseluler
■ Reseptor intraseluler adalah reseptor protein yang tidak berada
pada membran sel melainkan pada sitoplasma atau nukleus.
Berada didalam sel (sitoplasma) atau di nukleus sel target. Sinyal
harus melewati membran plasma terlebih dahulu sebelum bertemu
dengan reseptor jenis ini (karena ukuran molekul kecil dapat
melewati membran atau merupakan lipid sehingga terlarut dalam
membran).
■ Untuk mencapai reseptor ini pembawa pesan kimiawi menembus
membran plasma sel target. Sinyal kimiawi dengan reseptor
intraseluler misalnya hormon steroid (testosteron) dan tiroid hewan
yang berupa lipid serta molekul gas kecil oksida nitrat.
■ Memiliki dua tempat ikatan yaitu yang berikatan dengan
hormon atau ligan dan yang berikatan dengan bagian
spesifik DNA yang dapat secara langsung mengaktifkan
transkripsi gen.

22. Mekanisme jalur transduksi
sinyal
a. Molekul yang merelay sinyal dari reseptor ke respon disebut molekul relay
(sebagian besar merupakan protein).
b. Molekul sinyal awal secara fisik tidak dilewatkan jalur pensinyalan (molekul
sinyal bahkan tidak pernah masuk sel).
■Pada tiap tahap sinyal ditransduksi menjadi bentuk berbeda yaitu berupa
perubahan konformasi suatu protein yang disebabkan oleh fosforilasi.
■Fosforilasi protein merupakan suatu cara pengaturan yang umum dalam sel dan
merupakan mekanisme utama transduksi sinyal.
■Respon akhir sel terhadap sinyal ekstraseluler disebut respon keluaran. Respon
sel terhadap sinyal berfungsi untuk mengatur aktivitas dalam sitoplasma atau
transkripsi dalam nukleus. Kekhususan pensinyalan sel menentukan molekul
sinyal apa yang akan diresponnya dan sifat responnya.

23. ■ Respons sel memiliki dua manfaat penting: jalur itu
mengamplifikasi sinyal (dan responsnya juga) serta
menyediakan titik-titik yang berbeda, tempat respons
sel dapat di regulasi.
■ Ini memungkinkan kordinasi jalur pensinyalan dan juga
berkontribusi dalam kespesifikan respons.
■ Efisiensi keseluruhan respons juga dapat di tingkatkan
oleh protein perencah.
■ Terakhir, titik krusial penajaman respons adalah
pemutusan sinyal.

24. Amplifikasi Sinyal
■ Kaskade enzim yang rumit mengamplifikasi respons sel
terhadap suatu sinyal. Pada setiap langkah katalitik dalam
kasakade ini, jumlah produk yang teraktivasi jauh lebih besar
pada tahap sebelumya. Misalnya, setiap molekul adenilil
siklase mengkatalisis pembentukan banyak molekul cAMP,
setiap protein kinase A memfosforilasi banyak molekul
kinase berikutnya dalam jalur, dan seterusnya.efek
amplifikasi, sejumlah kecil molekul epinefrin yang berkaitan
dengan reseptor pada permukaan sel hati atau sel otot dapat
menyebabkan pelepasan ratusan juta molekul glukosa dari
glikogen.

25. Kespesifikan pensinyalan sel
dan kordinasi respons
■ Ambilah contoh dua sel yang berbeda dalam tubuh anda sel
hati dan sel otot jantung. Keduanya bersentuhan dengan
aliran darah sehingga terpapar terus menerus ke banyak
molekul hormone yang berbeda , dan regulator lokal yang di
sekresikan oleh sel-sel didekatnya. Akan tetapi sel hati hanya
akan merespons beberapa jenis sinyal dan mengabaikan
sinyal yang lain; demikian pula pada sel jantung(ini
disebabkan karna jenis sel yang berbeda menyalakan
kumpulan gen yang berbada.) dengan demikian, dua sel yang
merespons secara berbeda terhadap sinyal yang sama
memiliki perbedaan satu atau lebih protein yang menangani
dan merespons sinyal tersebut.

26. Efisiensi pensinyalan
■ Efisiensi pensinyalan: protein perancah dan kompleks
pensinyalan
■ Efisiensi sinyal pada kasus dapat di tingkatkan oleh keberadaan
protein perancah (scaffolding protein), protein relai besar yang di
lekati oleh beberapa protein relai lain secara bersamaan.
■ Misalnya, satu protein perancah yang di isolasi dari sel otak
mencit memegang tiga protein kinase dan membawa kinase-
kinase ini bersamanya ketika protein perancah itu berikatan
dengan reseptor membran teraktivasi yang sesuai: dengan
demikian, protein perancah memfasilitasi satu kaskade
fosforilasi sepesifik, faktanya para peneliti menemukan protein
perancah dalam sel otak yang secara permanen memegang
bersama jejaring-jejaring protein jalur pensinyalan pada sinapsis.
‘hardwiring’ ini meningkatkan kecepatan dan akurasi transfer
sinyal antar sel, karna laju interaksi antarprotein tidak dibatasi
oleh difusi.

27. Pemutusan sinyal
■ Agar sel dari suatu organisme multi selular tetap waspada dan
mampu merespons sinyal-sinyal yang datang, setiap perubahan
molecular dalam jalur pensinyalannya harus berlangsung hanya
dalam waktu singkat.
■ Seperti pada contoh kolera, jika satu komponen jalur pensinyalan
terkunci dalam suatu kondisi, baik itu aktif maupun iakatif,
organisme dapat merasakan akibat yang sangat gawat.
■ Dengan demikian, kunci kemampuan sel untuk bisa terus menerus
unntuk menerima regulasi oleh sinyal adalah perubahann yang
disebabkan oleh sinyal itu harus bersifat bolak-balik; semakin
rendah konsentrasi molekul sinyal, semakin sedikit pula yang akan
terikat dalam suatu saat.
■ Ketika molekul sinyal meninggalkan reseptor, reseptor kembali ke
bentuk inaktif. Melalui cara yang berfariasi, molekul relai kemudian
kembali ke bentuk inakatif; aktifitas GTPase yang merupakann
bagian interistik datri protein G akan menghidrolisis GTP yang terikat
enzim fosfodiesterase mengubah cAMP menjadi AMP.

28. Kortikosteroid
■ Suatu kelompok hormon steroid yang dihasilkan di bagian
korteks kelenjar adrenal sebagai respon atas hormon
adrenokortikotropik (ACTH) yang dilepaskan oleh kelenjar
hipofisis, dan rangsangan angiotensin II.
■ Kortikosteroid disintesis pada korteks kelenjar adrenal
■ Kortikosteroid dibedakan menjadi 2 golongan, yaitu :
1. Glukokortikoid (Kortisol)
2. Mineralokortikoid (Aldosteron)

29. ■ Glukokortikoid (contohnya kortisol) yang berperan dalam
pengendalian metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein,
memiliki efek anti inflamasi dengan cara menghambat enzim
fosfolipase A2, serta dapat pula menurunkan kinerja
eosinofil.
■ Mineralokortikoid (contohnya aldosteron), yang berfungsi
mengatur kadar elektrolit dan air, dengan cara retensi air dan
garam di ginjal.

30. Manfaat kortikosteroid bagi
tubuh organisme :
■ Metabolisme protein, karbohidrat, lemak dan asam
nukleat
■ Inflamasi & respon imun
■ Distribusi & sekresi air dan mineral
■ Sekresi adrenocorticotrophic hormone (ACTH) dari
kelenjar pituitary

31. TERIMAKASIH