3. Pendahuluan
3
◻ Sel berkomunikasi untuk menyampaikan
informasi
◻ Bentuk komunikasi :
� sel – sel pada orgm unisel
� sel – sel pada orgm multiseluler
◻ Pd organisme unisel � semua kegiatan yg
menunjang kehidupan sel dilakukan sendiri
oleh sel yang bersangkutan
berbeda
4. 4
◻ Pd organisme multisel � semua
kegiatan tidak dilakukan sendiri
� ada kerjasama diantara sel2
tsb
◻ Komunikasi sel menjadi hal yang
sangat penting bagi organisme
multisel
◻ Organisme multisel
berkomunikasi dan bekerjasama
untuk menjaga homeostasis
◻ Komunikasi sel dilakukan
dengan signaling.
5. Why do multi cellular organism need
cell-cell communication?
◻ Organisme membutuhkan signal
terhadap perubahan2 yang
terjadi di sekitarnya (internal
environment), seperti
temperatur, pH, tissue fluid, level
of toxins, dll yang mana
perubahan2 tsb dapat
mempenga-ruhi efisiensi sel �
need cell-cell communication
◻ Signal tsb akan diteruskan dari
satu sel ke sel yang lainnya �
maintain homeostasis.
6. KOMUNIKASI ANTAR SEL
❑ Komunikasi sel akan melibatkan 2 pihak yaitu pihak yg
memberikan pesan dan pihak yg menerima pesan � utk
dpt menerima pesan maka sel sasaran hrs memiliki
reseptor yg akan meneruskan utk melakukan respon
Komunikasi
Sel
Diperlukan
utk
a)Kelangsungan hidup
sel/organisme
b)Homeostasis
c) Perkembangan dan
pembelahan sel
d)Perbaikan jaringan
e)Sistem imunitas
7. Metode Sel Berkomunikasi
(Signaling)
7
◻ Sel signaling menggunakan messenger kimiawi
(protein atau steroid)
◻ Komunikasi sel jarak dekat (local signaling)
◻ Komunikasi sel jarak jauh (long distance signaling)
8. ◻ Sel hewan dan sel tumbuhan dapat berkomunikasi
dengan kontak langsung � memiliki cell junctions yang
secara langsung menghubungkan sitoplasma dengan
sel sebelahnya
Plasma membranes
Plasmodesmata
between plant cells
Gap junctions
between animal cells
Cell junctions. Both animals and plants have cell junctions that allow molecules
to pass readily between adjacent cells without crossing plasma membranes.
Cara Sel Melakukan Komunikasi
8
9. Cara Sel Melakukan
Komunikasi
1. Dengan membentuk gab junction sehingga terjadi
hubungan antara sitoplasma dari ke 2 sel
2. Dengan mengadakan kontak langsung melalui
molekul khusus pd membran yg akan memberikan
sinyal pd reseptor sel target
3. Dengan pelepasan messenger (bahan kimia
mediator) yg bertindak sebagai sinyal untuk dikirim
ke sel sasaran yg jauh letaknya
9
10. ❑ Pada signaling lokal : dapat berkomunikasi melalui
interaksi antara molekul-molekul yang menonjol dari
permukaan sel
Cell-cell recognition. Two cells in an animal may communicate by interaction
between molecules protruding from their surfaces.
Cara Sel Hewan Melakukan
Komunikasi
10
11. 11
α factor
Receptor
Exchange of
mating factors.
Each cell type
secretes a
mating factor
that binds to
receptors on
the other cell
type.
1
Mating. Binding
of the factors to
receptors
induces changes
in the cells that
lead to their
fusion.
New a/α cell.
The nucleus of
the fused cell
includes all the
genes from the
a and a cells.
2
3
α factor
Yeast cell,
mating type a
Yeast cell,
mating type α
α
α
a/α
a
a
Pada
Yeast
12. Cara Komunikasi Sel Multisel
12
◻ Sel berkomunikasi dg cara melepas mesenger (pembawa
pesan)
14. Molekul signaling
dapat berupa protein,
peptide pendek, asam
amino, nukleotida,
steroid, retinoid,
turunan asam lemak,
nitric oxide, carbon
monoxide
Molekul signaling
dapat berupa molekul
yang disekresikan sel
signaling atau berupa
molekul yang
menempel di
permukaan sel
14
15. Apapun bentuk signal, sel target akan merespon dengan
suatu reseptor spesifik terhadap molekul signal tersebut
dan menginisiasi serangkaian respon
Signal ekstraseluler berikatan dengan reseptor spesifik
15
17. Signaling jarak dekat
17
1. Parakrin
◻ Molekul signal
(senyawa kimia)
dikeluarkan oleh
sebuah sel dan bekerja
pada sel target di
dekatnya.
◻ Molekul pengatur lokal
dilepas ke cairan
ekstraseluler (contoh:
nitric oxide, histamine,
prostaglandin)
Local regulator
diffuses through
extracellular fluid
Target cell
Secretory
vesicle
18. Mediator Parakrin
❑ Sifatnya :
❑ tdk stabil, cepat
rusak
❑ mudah diterima oleh
sel sasaran
❑ Contoh mediator :
sitokin
❑ Jika mediator diterima
oleh sel penghasil
mediator maka
18
19. Signaling jarak dekat
19
2. Sinaptik
◻ Sel saraf melepaskan
molekul kimia
neurotransmiter ke
dalam sinapsis.
◻ Neurotransmitter
berdiffusi di daerah
sinaps, hingga sel
target terstimulasi
Electrical signal
along nerve cell
triggers release of
neurotransmitter
Neurotransmitter
diffuses across
synapse
Target cell
is stimulated
20. Neurotransmitter dan Sinaps
❑ Sinaps adalah celah pada neuron dg neuron
atau dg sel lain
❑ Neurotransmitter (NT) : senyawa kimia
pembawa pesan pada celah sinaps
❑ Mediator ini akan dikeluarkan oleh akson �
terdifusi dalam matrik di celah sinaps � akan
ditangkap oleh reseptor pd membran sel target
❑ Respon : akan mengubah membran sel target
pd kegiatan potensial/merubah voltase
membran (sinyal kimia � sinyal listrik)
20
21. Signaling jarak jauh
21
1. Endokrin
◻ Hormonal 🡺 Sel
endokrin mensekresi
hormon ke cairan
tubuh seringkali ke
dalam darah
◻ Hal tersebut
memung-kinkan
hormon menca-pai
seluruh bagian sel
tubuh.
Hormone travels
in bloodstream
to target cells
Blood
vessel
Target
cell
Endocrine cell
22. Mediator Melalui Peredaran Darah
❑ Mediator nya dikenal sbg hormon
❑ Macam hormon : golongan protein atau steroid
❑ Hormon Steroid : mudah dalam menyampaikan
pesan karena mudah melalui lapisan lipid dari
membran bilayer shg TIDAK PERLU RESEPTOR
khusus di permukaan sel. Tetapi mediator steroid
mengalami kesulitan dalam pengangkutannya
melalui darah
❑ Hormon protein : mudah diangkut dalam darah,
NAMUN perlu reseptor di permukaan sel target utk
mengenalinya.
22
23. Hormon Protein
❑ Reseptor utk hormon protein pd membran sel target
bertindak sbg transducer dg cara mengatur enzim
atau pembukaan gerbang ion
❑ Reseptor hormon protein berada di permukaan sel
target
❑ Sebagai first messenger � setelah ada ikatan
antara Hormon dg Receptor maka pesan akan
diteruskan oleh second messenger
❑ Second messenger bekerja dalam sel yang akan
mengubah perilaku sel sebagai bentuk dari respon
❑ Ada 3 jenis reseptor pd sel target yang dapat
membangkitkan sinyal intraseluler (=second
messenger)
23
24. Macam Reseptor
❑ Terdapat 3 tipe
resep-tor membran
yg mem-bantu
proses komunikasi
sel
1. Reseptor yang
berkaitan dengan
Protein G
2. Reseptor yang
berkaitan dengan
Tyrosine kinases
3. Reseptor yang
berkaitan dengan
Ion channel
24
25. ❑ Nama lain : G-protein linked receptor
(GPLR)
❑ G-protein pd reseptor sebagai molekul
intermediat
❑ Ketika ligan berikatan dg reseptor akan
membentuk reseptor kompleks
❑ G - protein kemudian diaktifkan dan
selanjutnya berikatan dengan efektor
(enzim) yg ada dalam sel
Reseptor yg berkaitan dengan
Protein G
25
27. ❑ Reseptor tirosine kinase merupakan
reseptor untuk faktor pertumbuhan
❑ Reseptor kinase juga merupakan
reseptor membran yang melekatkan
fosfat ke tirosin protein
2. Reseptor Tirosin Kinase
27
28. Signal
molecule
Signal-binding sit
CYTOPLASM
Tyrosines
Signal
molecule
αHelix in the
Membrane
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Dimer
Receptor tyrosine
kinase proteins
(inactive monomers)
P
P
P
P
P
P
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
P
P
P
P
P
P
Cellular
response 1
Inactive
relay proteins
Activated
relay proteins
Cellular
response 2
Activated tyrosine-
kinase regions
(unphosphorylated
dimer)
Fully activated receptor
tyrosine-kinase
(phosphorylated
dimer)
6 ATP 6 ADP
Tirosin Kinase
28
29. ❑ Reseptor permukaan yg akan membuka/
menutup pintu gerbang ion dalam
membran sel yang akan membangkitkan
sinyal intraseluler
❑ Membuka atau menutup secara singkat
sebagai respon atas pengikatan suatu
neurotransmitter
3. Reseptor yang berkaitan dengan
Ion channel
29
31. Hormon Steroid
❑ Bersifat hidrofobik, memiliki BM yang sangat
rendah
❑ Setelah masuk sel setiap hormon steroid akan
terikat erat ( tetapi reversible) dg protein
reseptor-nya � akan menyebabkan perubahan
alosterik dlm konformasi reseptor �
meningkatkan kemampuannya dalam mengikat
DNA
❑ Ikatan antara Receptor – Hormon � akan
mengatur transkripsi DNA pd gena tertentu yg
akan memulai perubahan perilaku sel sesuai dg
pesanan
31
32. Hormon Steroid
◻ dpt masuk sel dg
cara difusi
sederhana.
◻ Terikat pada
reseptor
intraseluler
(berada dlm
sitoplasma)
Hormone
(testosterone)
EXTRACELLULAR
FLUID
Receptor
protein
DNA
mRNA
NUCLEUS
CYTOPLASM
Plasma
membrane
Hormone-
receptor
complex
New protein
1 The steroid
hormone testosterone
passes through the
plasma membrane.
The bound protein
stimulates the
transcription of
the gene into mRNA.
4
The mRNA is
translated into a
specific protein.
5
Testosterone binds
to a receptor protein
in the cytoplasm,
activating it.
2
The hormone-
receptor complex
enters the nucleus
and binds to specific
genes.
3
32
34. Tahapan Komunikasi Seluler (1)
1. Penerimaan yaitu pendeteksian sinyal yang datang dari
luar sel oleh sel target
2. Transduksi
❑ Pengikatan molekul sinyal akan mengubah protein
reseptor � mengawali proses transduksi
❑ Reseptor bersifat sangat spesifik
✔ Intracellular receptors � sitoplasma atau protein
nukleus
⮚ Molekul sinyal yg menggunakan reseptor ini adalah
yg kecil atau hidrofobik & dapat langsung melewati
plasma membran
✔ Reseptor pada membran plasma
34
35. Tahapan Komunikasi Sel
Jalur Transduksi Signal
35
EXTRACELLULAR
FLUID
Receptor
Signal
molecule
Relay molecules in a signal transduction pathway
Plasma membrane
CYTOPLASM
Activation
of cellular
response
Reception
1 Transduction
2 Response
3
Primary
Messeng
er
Secondar
y
Messenge
rs
Target
Enzym
es
Cascade
36. Lintasan Transduksi Sinyal
❑ Kemampuan suatu sel
❑ Sinyal kimia akan dikonversi dari satu tipe
sinyal menjadi sinyal lain untuk
menghasilkan respon molekular
❑ Perubahan sinyal membutuhkan langkah
enzimatik
A � B � C dst
❑ All organisms require signaling pathways
to live
36
37. 1. Sinyal (ligan) = molekul kimia
(organik/anorganik) yang ada di
lingkungan sel
2. Reseptor = bagian sel yang berfungsi
untuk mengenal sinyal & menerima sinyal
3. Isyarat molekul internal = mengubah
(transduk-si) isyarat asli ke dalam perilaku
seluler
4. Target protein : nukleus dan sitoplasma
5. Respon : dapat berupa gerakan, sintesa
protein dan pembelahan
Komponen Komunikasi Sel
37
38. Second Messenger
❑ Ligan yg terikat pd
reseptor (R) � first
messenger (berada di
luar sel)
❑ Akibat aktivasi dari
Reseptor akan
dihasilkan molekul
sinyal lain yg dpt
terdifusi di dalam sel yg
akan memicu aktivitas
dalam sel � second
messenger
38
39. Penyampaian Sinyal oleh Second Messenger
❑ Komunikasi yg menggunakan sinyal mediator yg
bersifat hidrofilik hanya dapat mencapai reseptor
permukaan sel & tidak dapat mencapai langsung
subtansi genetik shg belum dapat mengubah perilaku
sel target � sehingga diperlukan second messenger
❑ Perilaku sel target : metabolisme / pembelahan sel /
lainnya
❑ Untuk melanjutkan sinyal first messenger dapat
berlang-sung serangkaian proses yg akan sampai pd
second masseger
❑ Rangkaian proses tsb adalah aktivasi enzim adenilil
siklase
39
42. Protein G
42
❑ ikatan Receptor (R) – Hormon (H) tdk langsung
mengaktivasi adenilil siklase tetapi memerlukan
protein G (GTP binding protein)
✔ Pd kondisi istirahat : Protein G mengikat GDP
✔ Protein G memiliki 3 sub unit α, β, dan χ
✔ Pd saat H berikatan dg R � protein G bergeser
mendekati R dan terjadi ikatan dg bagian R �
protein G melepaskan GDP dan diganti dg molekul
GTP
✔ Ikatan GTP ini mengaktivasi sub unit α dr pro-tein
G � sub unit α yg telah aktif melepaskan diri dan
berpindah utk berikatan dg efektor (adenilil siklase)
yg berada dalam membran sel
43. 43
◻ Selanjutnya sub unit α akan menghidrolisis GTP mjd
GDP dg katalisator GTP-ase
◻ sub unit α yg terikat oleh GDP menjadi inaktif & akan
melepaskan diri dr efektor utk bergabung dg sub unit
lain
◻ Adenilil siklase yg telah diaktifkan akan mengubah ATP
dalam sitoplasma mjd cAMP yg akan bertindak sbg
second messenger
◻ cAMP akan mengatur reaksi2 dalam sel prokariota dan
eukariota tetapi cAMP tdk diperlukan dalam proses
pembelahan sel.
◻ Mediator tsb berefek pd sel hewan melalui aktivasi
enzim kinase (cAMP dependent protein kinase)
44. 44
◻ enzim kinase menjadi katalisator dalam pemindahan
gugus fosfat dr ATP ke protein lain protein penerima
gugus fosfat akan mjd aktif
◻ Contoh perubahan perilaku sel :
� otot rangka setelah mendapat rangsangan dr
hormon epinefrin akan menyebabkan serangkaian
reaksi yg berakhir dg pemecahan glikogen yg diikuti
oleh glikolisis
� Otot jantung setelah dapat rangsangan dr sinyal
norepinefrin akan membuat otot jantung berkontraksi
� Otot jantung setelah dapat rangsangan dr sinyal
asetilkolin akan menghambat kontraksi otot jantung
45. 45
◻ First messenger
terikat pd G protein
linked receptor α
akan mengaktifkan
G-proteins α
mengaktif-kan
adenilil siklase α
memicu
pembentukan
cAMP, yang
kemudian berlaku
sebagai second
messenger dalam
lintasan seluler
ATP
GTP
cAMP
Protein
kinase A
Cellular responses
G-protein-linked
receptor
Adenylyl
cyclase
G protein
First messenger
(signal molecule
such as epinephrine)
46. Molekul kecil dan Ion sebagai Second
Messenger
46
❑ Second messengers : mediator intraseluler yg berukuran kecil,
non-protein, molekul larut dalam air atau berupa ion, dapat
berdifusi kedalam sitosol
✔ Mediator intraseluler yg berukuran besar disebut protein intraseluler
signaling � meneruskan signal dg mengaktifkan protein target atau
menghasilkan mediator lain dalam sel
Cyclic AMP (cAMP) � terbuat dari ATP
O
–O O
O
N
O
O
O
O
−
P P P
P
P P
O
O
−
O
O
O
OH
CH2
NH2 NH2 NH2
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
O
O
O
−
ATP
Ch2
CH2
O
OH OH
P
O
−
O
−
H2O
H
O
Adenylyl
cyclase
Phoshodiester
ase
Pyrophospha
te
Cyclic AMP AMP
OH OH
O
i
47. Ion Ca ++ sebagai second
messenger
47
❑ Ion Ca 2+ dpt menjadi second messenger utk
molekul sinyal tertentu
❑ Peran ion Ca 2+ :
❑ Kontraksi otot
❑ Sekresi hormon
❑ Sekresi enzim pencernaan
❑ Pelepasan Neurotransmitter
❑ Pengangkutan garam dan air melintasi epitel
usus
❑ Pengaturan metabolisme glikogen dalam hati
48. 48
❑ Sel akan memiliki seperangkat mekanisme utk
mengatur kadar ion Ca++ dlm sel yaitu mengatur
gerakan ion Ca++ melewati 3 membran yi
membran sel, inner membran pd mitokondria dan
membran yg membatasi ruangan utk persediaan
ion Ca++
❑ Perputaran ion Ca++ melintasi membran plasma
diperlukan utk membangkitkan respon yg terpeli-
hara oleh sel terhadap rangsangan (co : sekresi
insulin, kontraksi otot polos pd dinding pembuluh
darah)
49. 49
❑ Kadar ion Ca++ dlm sel sgt kecil � sel akan sgt
peka thd perubahan kadar ion Ca++ yg sgt kecil �
utk mempertahankan perbedaan kadar antara
dalam dan luar sel maka membran sel akan
mengandalkan permeabilitas yg rendah thd ion
Ca++ dan “pompa” yg mendorong ion Ca++ keluar
sel, co :
✔ Pd pelepasan neurotransmiter � kadar ion dalam
sitosol yg tinggi menyebabkan terjadi ikatan ion
dg protein reseptor dlm sitosol (mengawali
proses) � protein reseptor akan berinteraksi dg
protein lain utk melakukan reaksi berikutnya
✔ Bila kadar ion Ca++ turun � maka ion Ca++ akan
50. Sinyal dan Tanggapan Sel Target
50
◻ Setiap sel diprogram utk menanggapi sinyal yg
berikatan dg resptor
◻ Sel yg mendapat sinyal akan menanggapi secara
selektif
◻ Sel yg berbeda jenisnya dapat memberikan
tanggapan yg berbeda thd sinyal kimia yg sama,
co :
� asetilkolin pd otot rangka � kontraksi
� asetilkolin pd otot jantung � mengurangi
kekuatan kontraksi
� Asetilkolin pd kelenjar � merangsang sekresi
52. 52
◻ Signal transduction (ST) adalah proses suatu sel untuk
mengubah satu jenis signal atau stimulus (rangsang)
menjadi signal yg lain
◻ ST seringkali melibatkan sekuens yg berurutan dari
suatu reaksi biokimia di dalam sel yg dilakukan oleh
enzim, diaktivasi oleh mesenger kedua sehingga
menghasilkan suatu pathway yang dikenal sebagai
"signal trandusction pathway".
◻ Proses ST terjadi secara cepat, bahkan dalam tingkat
seperseribu detik (milliseconds) misalnya pada ion flux;
atau dalam hitungan menit misalnya pada aktivasi enzim
kinase yang dimediasi protein dan lemak ; atau dalam
waktu jam dan hari misalnya pada ekspresi gen.
53. 53
◻ Pada proses ST jumlah protein dan molekul
lain yang terlibat akan meningkat sejalan
dengan meningkatnya stimulus, sehingga
menimbulkan suatu "signal cascade“.
◻ Seringkali kejadian itu disebabkan oleh suatu
stimulus yang kecil namun menghasilkan
respon yang besar. Ini yang disebut sebagai
Amplifikasi signal.
◻ Pada bakteri dan organisme satu sel lainnya,
terjadinya ST dapat bermacam-macam
tergantung pada stimulus yang diterima dari
lingkungannya.
54. 54
◻ Pada organisme multiseluler, multitude dari
ST yg berbeda diperlukan untuk
mengkoordinasikan behavior dari sel untuk
mendukung fungsinya pd organisme tsb
◻ Semakin kompleks organisme, semakin
kompleks pula sistem ST yang harus
dimilikinya
◻ Penyakit yang timbul akibat ST yang rusak
(gagal) adalah diabetes, penyakit jantung,
autoimmunity and kanker.
55. Video animasi (Youtube)
55
◻ Insulin Signaling (Signal Pathway) = NDSU Virtual Cell
Animations Project animation 'Insulin Signaling'. For more
information please see http://vcell.ndsu.edu/animations.
◻ G Protein Signaling
◻ Calsium as a second messenger
◻ Receptors and Second Messenger system; G-protein, Enzyme
linked and Ligand gated ion channels
