Bab IV.pertahanan Tubuh

8/2/2019 Bab IV.pertahanan Tubuh

1/55

35

BAB IV

PERTAHANAN TUBUHPERTAHANAN TUBUHPERTAHANAN TUBUHPERTAHANAN TUBUH

Mikroorganisme yang menyebabkan penyakit pada manusiadan hewan masuk ke dalam tubuh dengan berbagai cara. Secaraumum mikroorganisme yang dapat menimbulkan penyakit disebutpatogen. Patogen yang telah masuk akan menimbulkan penyakitdengan pelbagai mekanisme. Segala macam mikroorganisme yangmenginvasi vertebrata akan berhadapan dengan imunitas innatesebagai pertahanan pertama yang terjadi beberapa menit setelahinfeksi. Imunitas adaptif akan timbul apabila pertahanan pertama ini

tidak mampu mengeliminasi patogen yang masuk.

Imunitasin natespontan

(cepat: 0-4 jam)

Imunitasinnatetidakspontan

(segera: 4-96 jam)

Respon imunitasadaptive

(lambat: > 96 jam)

Infeksi

Infeksi

Infeksi

Pengenalanolehefektornonspesifik

Perekrutan selefektor

Transpor an tigenmenuju organ limfoid

Pemusnahanagenpenginfeksi

Pengenalan, aktifasisel efektor

Pengenalan olehselT dan B naive

Ekspansiklondandiferensiasi sel

efektor

Pemusnahan agenpenginfeksi

Pemusnahanagenpenginfeksi

Gambar 24. Respon terhadap infeksi terdiri dari tiga fase. Fase tersebutadalah fase imunitas innatespontan, fase imunitas innatetidak spontan, dan faseimunitas adaptif. Dua fase pertama tidak memerlukan spesifikasi antigen,artinya semua antigen akan dikenali oleh sistem imun yang bekerja pada duafase pertama ini. Fase ketiga adalah fase imunitas adaptif. Fase ini memerlukanreseptor yang spesifik yang terbentuk dari gene rearrangement. Imunitas adaptifbekerja pada fase akhir, sebab sangat sedikit sel B dan sel T yang mengenaliantigen yang masuk. Sebelum sel B dan sel T berdiferensiasi menjadi sel efektoryang dapat mengeliminasi patogen, sel limfosit tersebut melakukan proliferasi.


2/55

36

Pertahanan pertama tidak dapat menuntaskan tugasnya antaralain karena besarnya jumlah invader yang masuk, cacat genetik,maupun lemahnya sistem pertahanan itu sendiri akibat kurang gizi.Sel-sel epitel pada permukaan tubuh mempunyai peran pentingsebagai penghalang masuknya mikroorganisme dalam tubuh. Sekresi

kelenjar minyak maupun keringat juga mempunyai peran dalamsistem pertahanan pertama. Makrofag dan neutrofil merupakankomponen selluler pertahanan pertama yang bersifat fagosit,sedangkan NK berperan sebagai sitotoksik pada pertahanan pertama.NK merupakan sel yang memiliki jalur sama dengan sel limfosithanya saja tidak mempunyai antigen khusus yang dikenali padatargetnya. NK mengenali sel yang mengalami kanker dengan caramendeteksi penurunan ekspresi molekul MHC.

Mamalia rentan terhadap infeksi patogen. Patogen padaawalnya mengadakan kontak dengan host, selanjutnya menyebabkaninfeksi dan sakit pada host. Satu patogen dengan yang lain

mempunyai perbedaan struktur yang sangat besar pada molekulpermukaan dan cara melakukan infeksi, sehingga diperlukan strategiyang berbeda dalam tubuh host untuk melakukan sistem pertahanan.Garis pertama pertahanan tubuh telah tersedia dan siap menghalangidan menolak invader setiap saat. Permukaan sel-sel epitelmenyebabkan patogen tetap berada di luar dan sulit mengadakanpenetrasi. Kulit misalnya, menghalangi penempelan patogen dengancara menghasilkan enzim antimikrobia dan peptida. Kulit jugamenghasilkan minyak yang dapat membunuh beberapa patogen.

Virus, bakteri, dan parasit yang berhasil menjebolkan pertahananpertama akan segera berhadapan dengan makrofag pada jaringan.

Makrofag mempunyai reseptor permukaan yang dapat mengikat danmemfagosit bermacam-macam patogen. Peristiwa ini pada gilirannyaakan menyebabkan respon inflamasi yang dapat menyebabkanterjadinya akumulasi protein plasma, termasuk komponenkomplemen yang menjadi bagian humoral imunitas innate, dan aktivitasfagosit oleh neutrofil pada daerah infeksi. Imunitas innatemerupakangaris pertahanan pertama yang secara langsung dapat bekerjanonspesifik jika ada patogen yang masuk. Imunitas innate ini tidakberubah kemampuannya jika pada waktu yang lain terinfeksi baikpatogen yang sama maupun berbeda, karena tidak mempunyaimemori setelah terjadinya infeksi. Kerja imunitas innate ini pada

umumnya berhasil menghalangi terjadinya infeksi. Apabila imunitas


3/55

37

innatetidak berhasil mengeliminasi agen penginfeksi, makrofag dan sellain yang telah teraktivasi pada respon innateakan segera membantuinisiasi respon imunitas adaptif.

Pengenalan Antigen Oleh Sel B dan T.

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa tubuh dipertahankandengan imunitas innate, tetapi sistem tersebut hanya mengontrolpatogen yang mempunyai susunan molekul tertentu atau patogentersebut menginduksi tersintesisnya interferon atau molekul efektorlain. Imunitas innatetidak membentuk memori dan imunitas innateinibekerja dengan reseptor yang dikode di dalam genom. Imunitas innatesangat penting untuk menjaga agar patogen tidak berkembang bebasdi dalam tubuh, namun imunitas innate tidak memiliki sifat yangdimiliki inunitas adaptif. Imunitas adaptif memiliki memori yangbertahan dalam waktu sangat lama terhadap antigen spesifik. Untukmengenali dan melawan patogen yang memiliki diversitas tinggi,limfosit sebagai komponen imunitas adaptif telah berkembang dandapat mengenali diversitas yang tinggi dari antigen bakteri, virus, danorganisme penyebab penyakit lainnya. Molekul pengenalan sel Badalah imunoglobulin, Ig. Imunoglobulin diproduksi oleh sel B dalamkeadaan yang sangat beragam sesuai dengan keragaman antigen.Setiap sel B memproduksi imunoglobulin tunggal. Imunoglobulinyang berada pada permukaan sel berfungsi sebagai reseptor sel untuksuatu antigen yang disebut B-cell receptor (BCR). Imunoglobulindisekresi dalam bentuk antibodi yang dihasilkan oleh sel plasma yaitusel B yang teraktivasi. Sekresi antibodi yang mengikat patogen atau

substansi beracun yang diproduksi patogen pada ekstraselluler,merupakan peranan utama sel B pada imunitas adaptif.Antibodi merupakan molekul pertama yang diketahui terlibat

pada pengenalan antigen secara spesifik. Molekul antibodimempunyai dua peranan yang terpisah: pertama mengikat molekulpatogen untuk meningkatkan respon imun, kedua untuk merekrut sel-sel imunokompeten dan molekul efektor lainnya ketika antiboditersebut telah berikatan dengan targetnya. Sebagai contoh, ikatanantibodi pada virus akan memberikan reaksi netralisasi di sampingmemberi penanda pada virus tersebut agar mudah dikenali oleh selfagosit dan komplemen. Dua fungsi tersebut terpisah pada molekul


4/55

38

antibodi, satu bagian terspesifikasi untuk mengenali dan mengikatpatogen atau antigen, sedangkan bagian lain terlibat pada mekanismeefektor lain. Sisi ikatan pada molekul antigen mempunyai variasi yangsangat beragam yang selanjutnya dikenal sebagai daerah variabel.Keberagaman antibodi memungkinkan pengenalan antigen yang

berbeda-beda, dan populasi keseluruhan (repertoire) antibodi yangterbuat pada setiap individu keragamannya demikian besar untukmemastikan bahwa setiap struktur antigen asing akan ada yangmengenali. Bagian antibodi yang terlibat untuk fungsi efektor padasistem imun tidak mempunyai variasi sebagaimana bagian variabelsehingga bagian tersebut disebut bagian konstan. Bagian konstan inimemiliki lima bentuk utama, yang mana setiap bentuk berfungsiuntuk mengaktifkan mekanisme efektor yang berbeda. Reseptor sel Byang berikatan dengan membran tidak mempunyai fungsi efektor,karena bagian konstan tetap berada di dalam membran sel B. Bagiankonstan yang berada di dalam membran sel berfungsi mentransmisi

signal yang menyebabkan sel B teraktivasi dan terjadinya ekspansiklon dan produksi antibodi spesifik, ketika variabel mengikat antigenyang spesifik. Molekul yang digunakan sel T untuk mengenal antigenmerupakan protein yang terikat pada membran dan berfungsi sebagaipemberi signal pada sel T sehingga mengalami aktivasi. Molekul ituselanjutnya disebut reseptor sel T (T-cell receptor/TCR). TCR sangatdekat hubungannya dengan imunoglobulin baik pada strukturmolekulnya yang mempunyai bagian variabel (V region) dan bagiankonstan (C region) maupun pada mekanisme pembentukan diversitasmolekul yang sangat tinggi. Namun demikian reseptor sel Tmempunyai perbedaan penting dengan reseptor sel B, dimanareseptor sel T tidak dapat mengenali dan mengikat antigen secaralangsung. Reseptor sel T hanya mengenali fragmen peptida pendekdari protein patogen yang terikat molekul MHC pada permukaan sellain. Molekul MHC merupakan glikoprotein yang disandi oleh gendalam klaster yang besar yang disebut major histocompatibility complex(MHC). Sifat khas molekul ini adalah adanya celah pada permukaanpaling luar. Celah yang ada pada molekul MHC ini berfungsi untukmengikat berbagai macam peptida. Pada suatu populasi molekulMHC mempunyai variasi genetik yang sangat tinggi. Pada setiapindividu memiliki sampai 12 varian molekul MHC, sehingga

memungkinkan presentasi berbagai macam peptida yang berasal dari


5/55

39

patogen. Reseptor sel T mengenali peptida patogen maupun sifat darimolekul MHC yang mengikat peptida itu. Pengenalan dengan cara inimemberikan dimensi patogen yang lebih spesifik pada TCR yangdikenal dengan istilah restriksi MHC ( MHC restriction ). Istilah inisangat tepat karena semua reseptor sel T bersifat spesifik tidak saja

pada peptida antigen asing, namun juga terkait kombinasi antarapeptida dengan molekul MHC. Meskipun sel B dan sel T mengenalimolekul asing dengan cara yang berbeda, namun kedua reseptor seltersebut mempunyai struktur yang sama.

ikatandisulfida

karbohidrat

N-terminal

C-terminal

daerah variabel

daerah konstan

ikatandisulfida

sisi ikatan antigen

Gambar 25. Struktur molekul antibodi. Panel (a) menggambarkan diagrampita yang didasarkan pada pengamatan kristallografi antibodi IgG,menunjukkan kerangka rantai polipeptida. Tiga protein globular membentukstruktur IgG menyerupai huruf Y. Dua sisi ikatan antigen terletak pada ujungkedua lengan yang diikatkan pada badan antibodi dengan ikatan yang sangatfleksibel. Panel (b) merupakan skema yang menjelaskan panel (a). Pada panel(b) ditunjukkan komposisi empat rantai dan domain yang menyususn tiap-tiaprantai. Panel (c) merupakan simplikasi skema molekul antibodi.


6/55

40

Struktur Molekul Antibodi.

Antibodi merupakan reseptor sel B yang disekresi, sehingga

identik dengan reseptor sel B itu sendiri kecuali pada C-terminal dari

bagian konstan rantai berat. Pada reseptor sel B, C-terminal pada

membran berupa squence yang bersifat hidrofobik, dan pada antibodi

C-terminal berupa squence yang bersifat hidrofilik yang

memungkinkan terjadinya sekresi molekul tersebut. Antibodi bersifat

terlarut dan disekresi dalam jumlah yang besar sehingga mudah

diperoleh dan mudah dipelajari. Molekul antibodi secara garis besar

digambarkan sebagi huruf Y. Tiga skema struktur antibodi yang

diperoleh dari sinar-X kristalografi diperlihatkan pada Gambar 21.

Semua antibodi disusun dengan cara yang sama dari pasangan

polipeptida rantai berat dan ringan dan secara umum protein itu

dinamakan imunoglobulin. Secara umum imunoglobulin dibagi

menjadi lima kelas yang berbeda yakni: IgM, IgD, IgG, IgA, dan IgE

yang dapat dibedakan pada bagian konstannya (C region).

Gambar 26. Molekulimunoglobulin terdiri dari duatipe rantai protein yaitu rantairingan dan rantai berat. Setiapmolekul imunoglobulin tersusunatas rantai ringan dan rantai beratsebagaimana yang ditunjukkanpada gambar. Rantai ringan danrantai berat dihubungkan dengan

ikatan disulfida sehingga setiaprantai berat berikatan denganrantai ringan dan dua rantai beratsaling berikatan satu sama lain.

Antibodi IgG Terdiri Dari Empat Rantai Polipeptida.

Antibodi IgG merupakan molekul besar dengan berat

molekul sekitar 150 kDa, terdiri dari dua rantai polipeptida yang

berbeda. Rantai berat (rantai H) berkisar 50 kDa, sedangkan rantai

rantairingan

rantaiberat

ikatandisulfida


7/55

41

ringan (rantai L) berkisar 25 kDa. Setiap molekul IgG mempunyai

dua rantai H dan dua rantai L. Dua rantai berat satu sama lain

dihubungkan dengan ikatan disulfida, dan setiap rantai H

dihubungkan dengan rantai L dengan ikatan disulfida. Pada setiap tipe

molekul imunoglobulin, dua rantai H dan dua rantai L identik satu

sama lain yang menjadikan molekul antibodi mempunyai dua sisiikatan dengan antigen yang identik. Dua tipe rantai ringan yang

dikenal dengan istilah rantai lamda () dan kappa () ditemukan pada

antibodi. Imunoglobulin tertentu hanya memiliki salah satu rantai

lamda () atau kappa (), dan tidak pernah kedua-duanya ada

bersama-sama.Tidak ditemukan perbedaan fungsi antara antibodi

yang memiliki rantai lamda () dan kappa (gen ). Rasio rantai ringan

lamda () dan kappa () berbeda-beda antara spesies satu dengan yang

lain. Pada mencit rasio rantai lamda () dan kappa () 1 :20,

sedangkan pada manusia 1 : 2 dan pada lembu 20:1. Rasio yang

berbeda-beda ini sampai saat ini belum dapat dijelaskan. Distorsi

rasio rantai lamda () dan kappa () terkadang dijadikan untuk

mendeteksi adanya kelainan proliferasi klon sel B. Rantai lamda ()

dan kappa () diekspresikan dengan rasio identik pada semua sel B,

sehingga kelebihan lamda () pada manusia misalnya, menjadi indikasi

adanya tumor yang bersal dari sel B yang memproduksi rantai lamda

(). Kelas antibodi didasarkan pada struktur rantai berat. Ada lima

kelas utama (isotipe) rantai berat, beberapa di antaranya mempunyai

subtype, dan hal ini menentukan fungsi aktivitas molekul antibodi.

Lima kelas utama imunoglobulin adalah imunoglobulin M (IgM),

imunoglobulin D (IgD), imunoglobulin G (IgG), imunoglobulin A

(IgA), dan imunoglobulin E (IgE). Masing-masing rantai beratnya

ditandai dengan simbul berturut-turut (, , , , dan ). IgG

merupakan imunoglobulin yang jumlahnya berlimpah dan

mempunyai beberapa subkelas (pada manusia IgG1, 2, 3, dan 4).

Fungsi yang berbeda dari imunoglobulin ditentukan oleh bagian

ujung karbon rantai berat, dan sama sekali tidak terkait dengan rantai

ringan. Secara umum sifat struktur dari seluruh isotipe sama, dan

pada buku ini kita akan membahas IgG yang merupakan isotipe

imunoglobulin paling banyak pada plasma.


8/55

42

Imunoglobulin Tersusun Atas Bagian Konstan dan Variabel.

Urutan asam amino rantai berat dan ringan dari suatuimunoglobulin telah diketahui dan menunjukkan dua sifat pentingmolekul antibodi. Pertama, masing-masing rantai terdiri dari urutanyang sama, meskipun tidak identik. Masing-masing tersusun atas 110

asam amino. Setiap pengulangan urutan asam amino berhubungandengan kepadatan struktur protein yang menyusun setiap bagianimunoglobulin yang selanjutnya disebut domain. Rantai ringantersusun oleh dua domain, sedangkan rantai berat IgG tersusun atasempat domain. Diduga rantai imunoglobulin berevolusi denganmengadakan duplikasi gen yang awalnya berupa domain tunggal. Sifatpenting kedua yang ditunjukkan oleh urutan asam amino terminalpada rantai ringan dan rantai berat adalah adanya perbedaan urutanasam amino yang sangat menyolok pada setiap antibodi yangdihasilkan oleh klon sel B yang berbeda. Asam amino terminal pada

daerah variabel baik dari rantai ringan maupun berat (VL dan VH)secara bersama-sama membentuk bagian V antibodi yangmenentukan kemampuannya mengikat antigen spesifik. Domainkonstan dari rantai ringan dan berat (CL dan CH ) akan membentukbagian konstan (C region) antibodi.

Antibodi Dapat Dipecah Menjadi Fragmen Yang Tidak Kehilangan

Fungsi.

Domain protein yang digambarkan di atas berhubungan satusama lain membentuk domain globular. Suatu antibodi terdiri atas

tiga protein globular yang mempunyai ukuran yang sama yangdigabungkan oleh polipeptida yang disebut hinge region. Setiap lengandari bentuk Y dibentuk dari gabungan rantai ringan dengan aminoterminal yang separuhnya berasal dari rantai berat. Badan Ydibentuk dari bagian yang sama dari dua rantai berat. Gabunganrantai ringan dan berat berupa pasangan, contohnya domain VL dan

VH, demikian juga domain CH1 dan CL. Domain CH3 berpasangandengan domain yang sama-sama berasal dari rantai berat, sedangkandomain CH2 tidak berinteraksi satu sama lain. Pada domain CH2terdapat rantai karbohidrat namun didak terjadi interaksi satu sama

lain. Dua sisi pengikat antigen terbentuk dari pasangan domain VL


9/55

43

dan VH pada ujung lengan Y. Enzim proteolitik (protease) yangdapat memecah urutan polipeptida digunakan untuk menganalisismolekul antibodi dan digunakan untuk menentukan fungsi bagian-bagian molekul tersebut. Pemecahan molekul antibodi denganmenggunakan protease papain akan menghasilkan tiga fragmen. Dua

fragmen mempunyai sifat identik yang berfungsi sebagai sisi ikatanuntuk antigen. Fragmen ini selanjutnya disebut fragmen Fab, yangmenyatakan kependekan dari Fragmentantigenbinding. Fragmen Fabberupa dua lengan yang identik dari molekul antibodi. Fragmen Fabterdiri dari seluruh molekul rantai ringan berpasangan dengan domain

VH dan CH1 dari rantai berat. Fragmen lain berupa molekul yang tidakmengandung sisi ikat terhadap antigen dan fragmen tersebut mudahmenjadi kristal (crystallize readily) sehingga disebut fragmen Fc, yangmenyatakan kependekan dari Fragment crystallizable. Fragmen Fcmerupakan pasangan domain CH2 dan CH3 dan merupakan bagianmolekul antibodi yang berinteraksi dengan molekul efektor dan sel.Perbedaan fungsi di antara isotipe rantai berat terletak pada fragmenFc. Fragmen protein yang diperoleh setelah proteolisis ditentukanoleh letak pemutusan molekul antibodi oleh enzim proteolitik ituyang berhubungan dengan ikatan disulfida pada dua rantai berat.Ikatan disulfida itu terletak pada bagian hinge antara domain CH1 danCH2. Papain membelah molekul antibodi pada asam amino terminalpada ikatan disulfida. Pembelahan dengan menggunakan papain akanmenghasilkan dua lengan identik yang berupa fragmen Fab,sedangkan fragmen Fc carboxy-terminal dari rantai berat tetaplengket. Enzim proteolitik yang lain pepsin misalnya, mempunyai sisi

pembelahan yang berbeda dari yang dilakukan papain. Secara umumpepsin melakukan pembelahan pada daerah yang sama dengan yangdilakukan papain namun bekerja pada carboxy-terminal dari ikatandisulfida. Pembelahan dengan enzim pepsin ini akan menghasilkansatu fragmen F(ab) dimana dua lengan pengikat antigen itu tetapbersatu. Pada pembelahan dengan enzim pepsin rantai berat terbelahmenjadi beberapa fragmen kecil. Fragmen F(ab) mempunyai sifatyang sama sekali tidak berubah dengan ketika berada pada molekulantibodi yang utuh, namun tidak dapat berinteraksi dengan molekulefektor.


10/55

44

Pembelahan antibodi oleh enzim papain

Pembelahan antibodi oleh enzim pepsin

FabFab

Fc

(Fab)2

pFc

Gambar 27. Molekul antibodi yang berbentuk huruf Y dapat dipotong-potong dengan menggunakan enzim protease. Papain memotong molekulimunoglobulin menjadi tiga bagian: dua fragmen Fab dan satu fragmen Fc.

Fragmen Fab berisi bagian V (variabel) yang berfungsi mengikat antigen.Fragmen Fc merupakan fragmen yang mudah menjadi kristal dan berisi bagianC (konstan). Pepsin memotong molekul imunoglobulin menghasilkan satufragmen F(ab)2 dan banyak fragmen kecil Fc. Fragmen paling besar disebutpFc. F(ab)2 ditulis dengan tanda kurung sebab berisi sedikit lebih banyak asamamino daripada Fab, termasuk sistein yang membentuk ikatan disulfida.

Rekayasa genetika sekarang memungkinkan membuatkontruksi bermacam-macam antibodi. Satu tipe yang penting adalahFab yang hanya terdiri dari domain V dari rantai berat yang diikatkandengan peptida sintetik pada domain V dari rantai ringan. Fragmen

seperti itu selanjutnya dikenal dengan single-chainFv, yang menyatakan


11/55

45

Fragmenvariabel. Molekul Fv berpotensi menjadi agen terapi karenaukurannya yang kecil sehingga memungkinkan menembus jaringandengan mudah. Molekul semacam ini bisa digabungkan denganprotein toksin yang menghasilkan imunotoksin yang berpotensi untukaplikasi klinik, misalnya pada terapi tumor jika molekul Fv spesifik

untuk antigen tumor.

Imunoglobulin Bersifat Fleksibel Utamanya Pada DaerahHinge.

Daerah hinge yang menghubungkan fragmen Fc dan Fabpada molekul antibodi merupakan pengikat yang fleksibel, yangmemungkinkan pergerakan bebas dari dua lengan Fab. Hal ini telahdiperlihatkan dengan pengamatan mikroskop elektron padapengamatan antibodi yang mengikat hapten. Hapten merupakanmolekul kecil berukuran sebesar bagian khusus tirosin, yaitu sebesarsisi ikat pada rantai tirosin. Hapten dapat dikenali antibodi dan dapat

menstimuli produksi antibodi antihapten jika hapten terikat padaprotein besar (carrier). Antigen yang dibuat dari dua molekul haptenyang identik yang dihubungkan dengan ikatan yang pendek danfleksibel dapat menggabungkan antibodi antihapten membentukdimer, trimer, tetramer, dan seterusnya yang dapat diamati genganmikroskop elektron. Bentuk susunan antibodi komplek denganhapten yang bermacam-macam ini menunjukkan bahwa sisi hingeantibodi sangat fleksibel. Fleksibelitas juga ditemukan padapenghubung antara domain V dan C, yang memungkinkanpembengkokan dan rotasi domain V terhadap domain C. Fleksibelitaspada kedua sisi hinge dan penghubung V-C memungkinkan

terjadinya ikatan dua lengan molekul antibodi terhadap targetnyadengan jarak yang bervariasi. Fleksibelitas pada daerah hinge jugamemungkinkan antibodi berinteraksi dengan protein yang memediasimekanisme kerja efektor.


12/55

46

Sudut antara lengan adalah 0o

Sudut antara lengan adalah 60o Sudut antara lengan adalah 90o

Gambar 28. Lengan antibodi dihubungkan dengan hinge yang fleksibel.Suatu antigen yang terdiri dari dua molekul hapten yang dapat melakukan ikatansilang (cross-link ) pada sisi ikat yang terletak pada antibodi digunakan untukmembentuk komplek antigen:antibodi, dapat diamati dengan mikroskopelektron. Bentuk linier, segi tiga, dan segi empat dapat diamati. Sudut yangdibentuk antar lengan antibodi sangat bervariasi, yang menunjukkan bahwahubungan antar lengan sangat fleksibel (sumber: Murphy, 2008)

Domain Molekul Imunoglobulin Mempunyai Struktur Yang Mirip.

Rantai ringan dan berat suatu imunoglobulin tersusun atasdomain protein yang dapat dibedakan satu sama lain. Domain proteinitu semuanya mempunyai struktur yang mirip. Didasarkan padabentuk tiga dimensi ada perbedaan yang menyolok antara domain Vdan C. Setiap domain terdiri dari dua helai , yang merupakan elemenstruktur protein yang terbentuk dari rantai polipeptida. Helai itudilekatkan dengan jembatan disulfida yang membentuk struktursilinder, yang disebut tabung . Perbedaan lipatan-lipatan padastruktur yang terjadi pada domain imunoglobulin diistilahkanimunoglobulin fold. Domain yang berbentuk silinder terbukaberfungsi untuk menunjukkan bagaimana rantai polipeptida melipat


13/55

47

untuk membentuk masing-masing helai dan bagaimana rantaitersebut membentuk loops yang fleksibel dan dapat dengan mudahberganti arah. Perbedaan utama antara domain V dan C adalahbahwa domain V lebih besar dan mempunyai gulungan lebih banyak.Pada molekul imunoglobulin loop yang fleksibel dari domain V

membentuk sisi ikatan dengan antigen. Banyak asam amino yangumumnya menyusun domain C dan V dari suatu rantaiimunoglobulin menempati pusat pelipatan dan sangat penting untukmenjaga stabilitas imunoglobulin. Oleh karena itu, protein yangmempunyai urutan sama dengan yang ada pada imunoglobulin didugamembentuk domain yang sama dengan imunoglobulin. Dugaantersebut selama ini telah dibuktikan dengan pengamatanmenggunakan teknik crystallography. Domain yang mempunyaikemiripan dengan imunoglobulin itu banyak ditemukan pada proteinyang terlibat pada sistem imun dan pada protein yang terlibat padapengenalan pada sistem syaraf dan jaringan lain. Imunoglobulin dan

reseptor sel T termasuk superfamili imunoglobulin. Molekul antibodiIgG tersusun atas empat macam rantai polipeptida, yang terdiri daridari dua rantai ringan yang identik dan rantai berat yang identik pula.IgG membentuk struktur yang fleksibel menyerupai huruf Y. Setiaprantai dari keempat rantai yang ada mempunyai bagian variabel (V)pada ujung asam amino penyusunnya yang berfungsi sebagai sisiikatan dengan antigen. Di samping bagian variabel pada setiap rantaiada bagian konstan (C) yang menentukan isotipe. Isotipe dari rantaiberat menentukan fungsi dan sifat suatu antibodi. Rantai ringanberikatan dengan rantai berat dengan ikatan non-kovalen dan denganikatan disulfida. Bagian V dari rantai berat dan ringan membentuk

pasangan yang menyusun kedua lengan antibodi sebagai sisi ikatanantigen yang terletak pada ujung lengan Y. Dua lengan yangdimiliki molekul imunoglobulin memungkinkan terjadinya ikatansilang pada antigen (cross-link) dan dapat mengikat antigen lebihstabil. Bagian badan dari Y, atau fragmen Fc tersusun atas domaincarboxy-terminal dari rantai berat. Bagian lengan dan badan darimolekul imunoglobulin dihubungkan dengan bagian yang sangatfleksibel yang disebut bagian hinge. Fragmen Fc dan bagian hingeberbeda untuk setiap isotipe sehingga fungsinyapun berbeda. Namundemikian semua antibodi mempunyai kemiripan struktur, dimanasetiap antibodi mempunyai bagian-bagian yang sama walaupun ada

perbedaan pada beberapa urutan asam amino.


14/55

48

Domain rantai ringanC Domain rantairinganV

Penyusunan strand

ikatan disulfida

N-terminal

strand

C-terminal

strand

ikatan disulfida ikatandisulfida

Gambar 29. Domain konstan dan variabel imunoglobulin. Panel atasmenunjukkan skema pelipatan struktur domain konstan (C) dan variabel (V)rantai ringan. Setiap domain berupa struktur berbentuk silinder dimana rantaipolipeptida (strand ) bergerak dengan arah berlawanan (antiparallel) terpaket

bersama membentuk dua lembar (ditunjukkan dengan warna kuning dan hijaupada diagram domain C) yang dilekatkan bersama dengan ikatan disulfida. Cararantai polipeptida melipat untuk membentuk struktur akhir dapat dilihat lebihjelas ketika lembar dibuka seperti yang terlihat pada panel bawah. Strand diurutkan dengan abjad berdasarkan susunan urutan asam amino pada domain.Susunan setiap lembar bersifat unik untuk setiap domain imunoglobulin.Strand C dan C ada pada domain V dan tidak ada pada domain C.Karakteristik susunan empat-strand plus tiga-strand (tipe domain C) dan empat-strand plus lima-strand (tipe domain V) merupakan model dasar pembentukdomain imunoglobulin, yang ditemukan pada seluruh protein penyusunantibodi maupun reseptor sel T.


15/55

49

Interaksi Antibodi Dengan Antigen.

Sebelumnya telah dijelaskan struktur molekul antibodi danbagaimana bagian V dari rantai ringan dan berat melipat danberpasangan untuk membentuk sisi ikat antigen. Dalam bab ini akandijelaskan berbagai macam cara antigen berikatan dengan molekul

antibodi dan sekaligus menjawab pertanyaan bagaimana variasi urutandomain V dari antibodi dapat menentukan antigen spesifik. Bagian Vdari molekul antibodi berbeda satu sama lain. Namun keragamanurutan asam amino dari bagian V molekul antibodi tidak terjadi padaseluruh segmen V, tetapi terfokus pada bagian tertentu dari domainitu. Distribusi asam amino pada daerah variabel dapat diamati padavariability plot yang diilustrasikan pada Gambar 26. Pada gambartersebut urutan asam amino dari berbagai macam antibodidibandingkan. Tiga segmen yang berbeda dari daerah variabel yangberasal dari domain VL dan VH dapat diidentifikasi. Segmen tersebutditunjukkan dengan daerah hipervariabel dan dinotasikan dengan

HV1, HV2, dan HV3. Pada rantai ringan hipervariabel itu berasal dariresidu urutan asam amino berturut-turut: 28-35, 49-59, dan 92-103.Bagian domain yang paling banyak berubah-ubah adalah HV3. Bagiandomain V yang terletak di antara hipervariabel yang bersifat lebihpermanen dan tidak banyak berubah adalah bagian kerangka(framework region). Pada setiap domain V ada empat bagiankerangka yaitu FR1, FR2, FR3, dan FR4. Bagian kerangkamembentuk helaian yang menyebabkan terbentuknya strukturrangka pada domain, dimana urutan asam amino pada hipervariabelberhubungan dengan tiga gelung pada tepi luar silinder , yangberdampingan pada domain yang melipat. Keragaman urutan asam

amino tidak saja terfokus pada tempat tertentu pada domain V, tetapijuga terlokalisasi pada tempat tertentu pada permukaan molekul. Jikadomain VL dan VH berpasangan pada molekul antibodi, gulunganhipervariabel dari masing-masing domain ikut bersama, membentukhipervariabel tunggal pada ujung lengan molekul antibodi.Hipervariabel merupakan sisi ikat antigen (antigen-binding site/

ABS). Tiga gulungan hipervariabel menentukan spesifikasi suatuantigen pada molekul antibodi dengan cara membentukkomplementer permukaan antigen yang dikenal dengan istilahcomplementarity-determining region/CDR (CDR1, CDR2, danCDR3). CDR dari domain VL dan VH berkontribusi membentuk


16/55

50

ABS, sehingga kombinasi rantai berat dan ringan yang menentukanspesifikasi terhadap antigen bukan salah satu rantai. Jadi, satu carasistem imun membentuk antibodi yang mempunyai spesifikasi yangberbeda dengan cara membuat kombinasi yang berbeda pada rantairingan dan berat pada bagian V. Cara menghasilkan keragaman ini

dikenal dengan istilah combinatorial diversity.

Daerah V rantai berat Daerah V rantai ringan

Variabelitas

Variabelitas

Gambar 30. Pada domain V terdapat daerah yang terpisah darihipervariabel. Perbandingan urutan asam amino yang berasal dari domain

rantai berat dan ringan menunjukkan adanya keragaman seperti yang terlihat

pada plot. Pada setiap posisi asam amino tingkat variabelitas (keragaman)

merupakan rasio perbedaan asam amino yang terlihat pada semua urutan

(sequence) terhadap frekuensi asam amino yang paling sering keluar. Tiga daerah

hipervariabel (HV1, HV2, dan HV3) diperlihatkan dan sering disebut

complementarity-determining region (CDR1, CDR2, dan CDR3). Daerah

tersebut diapit oleh daerah dengan keragaman rendah yang dikenal dengan

nama framework region (FR1, FR2, FR3, dan FR4).


17/55

51

Ikatan Antibodi:Antigen Melalui Kontak Dengan Asam Amino PadaCDR, dan Tergantung Bentuk dan Ukuran Antigen.

Pada penemuan awal adanya ikatan antigen dengan antibodi,satu-satunya sumber antibodi monoklonal adalah sel tumor yang

mensekresi antibodi. Antigen yang menyebabkan sel tumormensekresi monoklonal antibodi masih belum diketahui, sehinggabanyak sekali senyawa yang harus disekrining untuk mengidentifikasiligan yang dapat digunakan untuk mempelajari ikatan antigen. Secaraumum substansi yang ditemukan berikatan dengan antibodi adalahhapten seperti fosforilkolin atau vitamin K1. Analisis struktur antaraikatan komplek antibodi dengan ligan hapten menjadi bukti langsungyang pertama bahwa hipervariabel membentuk antigen binding site(ABS), dan menunjukkan dasar struktural adanya spesifikasi antaraantibodi dengan hapten-nya. Setelah penemuan pembuatanmonoklonal antibodi, sekarang memungkinkan membuat monoklonal

antibodi dengan berbagai macam spesifikasi untuk suatu antigen.Penemuan-penemuan itu dapat menjelaskan dengan detail bagaimanaantibodi berinteraksi dengan antigen. Permukaan molekul antibodiyang terbentuk dari CDR rantai ringan dan berat yang berdampinganmemunculkan terjadinya ABS. Urutan asam amino pada CDRberbeda pada antibodi yang berbeda, sehingga struktur ABS punberbeda pada setiap antibodi yang berbeda. Secara umum diketahuibahwa antibodi akan mengikat ligan yang mempunyai permukaankomplementer dengan molekul antibodi itu, khususnya dengan ABS.

Antigen kecil seperti hapten atau peptida pendek umumnyamenempati celah antara domain V dari rantai ringan dan berat pada

molekul antibodi. Antigen lain contohnya molekul protein yangukurannya sama atau lebih besar dari antibodi itu sendiri tidak dapatmenempati celah yang ada pada ABS. Dalam hal ini molekulpembentuk ABS yaitu VL dan VH memperluas permukaan melibatkanseluruh CDR dan dalam hal tertentu mengubah kerangka antibodi.


18/55

52

Daerah V rantai ringan

sisi ikat

antigen

(ABS)

Variabelitas

Gambar 31. Hipervariabel terletak terpisah pada struktur daerah V.Daerah hipervariabel yang berada pada struktur domain V dapat dilihat bahwahipervariabel terletak pada suatu tempat dengan struktur yang terlipat. Padamolekul antibodi, pasangan rantai ringan dan berat masing-masing membawahipervariabel dan membentuk hipervariabel tunggal. Hipervariabel tunggalinilah yang menyusun terjadinya antigen-binding site (ABS, sisi ikat antigen)yang terletak pada ujung lengan molekul antibodi.

Antibodi Mengikat Permukaan Antigen.

Fungsi biologi antibodi adalah untuk mengikat patogen danproduk yang dihasilkan patogen itu, dan untuk memfasilitasipembuangan material tersebut dari tubuh. Antibodi secara umummengenali bagian kecil saja dari molekul besar misalnya proteinmaupun polisakarida. Struktur yang dikenali antibodi ini biasanyadisebut epitop atau antigenic determinant (AD). Beberapa patogenmempunyai selubung polisakarida. Pengenalan antibodi terhadapepitop yang berasal dari subunit gula sangat penting untuk melindungi

tubuh dari patogen itu. Banyak antigen yang berasal dari protein


19/55

53

dapat membangkitkan sistem imun yang menghasilkan antibodi. Antibodi yang melawan virus mengenali protein selubung virus.Dalam hal ini, struktur yang dikenali antibodi itu terletak padapermukaan protein. Sisi yang dikenali antibodi itu tersusun dari asamamino dari bagian yang berbeda pada rantai polipeptida itu. AD

seperti yang disebut di atas dikenal dengan istilah conformationalatauepitop diskontinyu, sebab struktur yang dikenali tersusun atas segmenprotein yang diskontinyu dalam urutan asam amino antigen namunberada bersama pada struktur tiga dimensi. Sebaliknya epitop yangtersusun oleh segmen tunggal rantai polipeptida disebut kontinyu atauepitop liniar. Meskipun kebanyakan antibodi bekerja mengenaliantigen secara utuh, dan merupakan protein yang mengenali epitopdiskontinyu, namun beberapa hanya mengenali fragmen peptidaprotein. Sebaliknya, antibodi yang bekerja pada peptida suatu proteinatau peptida sintetik yang mempunyai hubungan komplementerdengan antibodi itu biasanya dapat berikatan dengan protein alami.

Sekarang telah mampu dibuat antibodi yang dibangkitkan dari peptidasintetik dengan tujuan membuat vaksin untuk melawan patogen.

Gambar 32. Antigen dapat berikatan dengan antibodi pada lekuk atau pada permukaan yang cukup luas pada ABS. Panel pada baris atasmenunjukkan skematik yang mewakili sisi ikat pada fragmen Fab suatu


20/55

54

antibodi: kiri berbentuk kantung, tengah berbentuk lekukan, dan kananberbentuk permukaan luas. Di bawahnya merupakan contoh masing-masingtipe. Panel a: mewakili interaksi antigen peptida kecil dengan komplementer-nya(CDR) yang ada pada fragmen Fab yang terlihat masuk pada ABS. ABS dilihatdari posisi atas dan samping. Panel b: komplek antibodi:HIV, peptida berikatanpada lekukan yang tersusun atas domain V dari rantai ringan dan berat. Panel c:

komplekantibodi HyHe15:lisozim putih telur. Permukaan molekul lisozim dilapisipada ABS. Secara keseluruhan enam CDR antibodi terlibat pada ikatankomplekHyHe15:lisozim (sumber: Murphy, 2008).

Interaksi Antigen-Antibodi Melibatkan Banyak Energi.

Interaksi antara antibodi dengan antigennya dapat diganggudengan konsentrasi asam yang tinggi, pH ekstrim, detergen, dan jugaoleh kompetisi epitopnya sendiri. Ikatan antibodi dengan antigenbersifat reversibel dan ikatannya berbentuk non-kovalen. Interaksielektrostatik terjadi antara rantai asam amino bermuatan, sebagaibentuk jembatan garam. Interaksi juga terjadi antara muatan listrikyang mempunyai dua kutup berbeda, seperti pada ikatan hidrogen,atau dapat melibatkan ikatan van der Waals. Konsentrasi garam yangtinggi dan pH yang ekstrim dapat mengganggu ikatan antigen-antibodi dengan cara melemahkan interaksi elektrostatik dan ataumelemahkan ikatan hidrogen. Pengetahuan ini diperoleh padapemurnian antigen menggunakan antibodi yang diikat pada kolom,atau sebaliknya pemurnian antibodi. Interaksi hidrofobik terjadiketika dua permukaan hidrofobik ada secara bersama-sama untukmenghindari air. Kekuatan interaksi hidrofobik sebanding dengandaerah permukaan yang tersembunyi dari air. Untuk beberapaantigen, interaksi hidrofobik dapat menggambarkan besarnya energiikatan. Dalam suatu hal, molekul air terperangkap pada kantung-kantung pada bidang pemisah antara antigen dan antibodi. Molekulair yang terperangkap itu berkontribusi pada terjadinya ikatan antigen-antibodi, terutama antara kutup residu asam amino. Kontribusi energipada keseluruhan interaksi sangat tergantung dengan antibodi danantigen yang terlibat. Perbedaan yang menyolok antara interaksiantibodi:antigen dan interaksi protein:protein yang lain adalah bahwaantibodi mempunyai banyak asam amino aromatik pada ABS-nya,sedangkan pada interaksi protein:protein yang lain tidak demikian.

Asam amino aromatik ini terutama berperan pada interaksi van derWaals dan hidrofobik, dan terkadang berperan pada ikatan hidrogen.


21/55

55

Secara umum, ikatan van der Waals dan hidrofobik bekerja padakisaran yang sangat pendek dan berperan untuk menarik secarabersama dua permukaan molekul yang saling komplementer satusama lain. Jika yang satu merupakan celah yang lain harus bentukanpengisi celah itu agar terjadi ikatan yang cocok. Sebaliknya, interaksi

elektrostatik antara sisi rantai yang bermuatan, dan ikatan hidrogenyang menghubungkan atom oksigen dan atau nitrogenmengakomodasi sifat khusus atau menghasilkan gugus reaktif danmenguatkan interaksi antigen:antibodi.

Ikatan non-kovalen

Asal

Gaya

elektrostatik

Gaya tarik antar muatanyang berbeda

Ikatan hidrogen Hidrogen dipakai bersama

di antara atomelektronegatif (N, O)

Gaya van der

Waals

Fluktuasi awan elektron disekitar molekulmempolarisasi atom-atomdi dekatnya pada arah yangberlawanan

Gaya hidrofobik Golongan hidrofobikberinteraksi sangat lemah

dengan air dan cenderunguntuk mengumpul danmenolak molekul air. Gayatarik guga melibatkan gaya

van der Waals.

Gambar 33. Ikatan non-kovalen yang menggabungkan komplekantigen:antibodi . Sebagian besar ikatan antigen:antibodi menggunakan tenaga van der Waals. Ikatan kovalen tidak pernah terjadi antara antigen denganantibodi alami. Ikatan kovalen antigen:antibodi hanya terbentuk setelah adanyamodifikasi molekul antibodi.


22/55

56

Pada peristiwa ikatan lisozim dari putih telur dengan antibodiD1.3, ikatan hidrogen yang kuat terbentuk antara antibodi danglutamin yang menjulur antara domain VH dan VL. Lisozim dari ayamhutan dan burung kalkun mempunyai asam amino pada glutamindengan tempat yang berbeda dan tidak dapat berikatan dengan

antibodi D1.3. Pada komplek lisozim putih telur dengan antibodiHyHe15, dua jembatan garam antara dua basa arginin padapermukaan lisozim berinteraksi dengan asam glutamat, salah satuasam glutamat itu berasal dari gulungan VHCDR1 dan CDR2.Lisozim yang tidak mempunyai satu dari dua macam argininmenunjukkan afinitas 1000 kali lebih rendah dari lisozim yangmempunyai kedua-nya. Meskipun adanya komplementer memegangperanan sangat penting pada interaksi antigen:antibodi, interaksielekstrostatik dan ikatan hidrogen nampaknya menjadi penentuafinitas antibodi. Pada antibodi yang telah dipelajari dengan seksamamenunjukkan bahwa hanya sedikit residu yang dapat memberikan

kontribusi utama pada energi ikatan.

Gambar 34. Kompleklisozim dengan antibodiD1.3. Interaksi fragmen FabD1.3 dengan lisozim putih

telur ayam. Masing-masingbagian ditunjukkan padagambar. Residu glutaminmenonjol antara dua domain V dari ABS dan membuatikatan hidrogen yang pentinguntuk terjadinya ikatanantigen-antibodi (sumber:Murphy, 2008).

rantairingan

lisozim

rantai

berat

residuglutamin


23/55

57

Analisis pada komplek antigen:antibodi menggunakan sinar X

kristalografi menunjukkan bahwa bagian hipervariabel

(complementarity-determining regions ) dari bagian V suatu imunoglobulin

menentukan spesifikasi antibodi. Molekul antibodi melakukan kontak

dengan antigen pada permukaan antigen yang membawa

komplementer antibodi itu. Interaksi elektrostatik, ikatan hidrogen,gaya van der Waals, dan interaksi hidrofobik secara keseluruhan dapat

mendukung terjadinya ikatan antigen dan antibodi. Rantai asam

amino pada sebagian besar atau seluruh hipervariabel melakukan

kontak dengan antigen dan menentukan baik spesifikasi maupun

afinitas interaksi. Bagian lain dari V region memainkan peranan kecil

pada kontak langsung dengan antigen namun memberi kontribusi

atas stabilnya struktur kerangka hipervariabel di samping membantu

penentuan posisi dan konformasi hipervariabel itu. Antibodi

mengikat protein antigen pada permukaan protein melalui kontak

dengan residu yang diskontinyu pada struktur molekul protein

antigen itu. Antibodi juga dapat mengikat fragmen peptida yang

berasal dari digesti protein, sehingga dapat digunakan untuk

mendeteksi asal-usul protein. Peptida yang berikatan dengan antibodi

menempati celah di antara bagian V rantai ringan dan berat, dimana

peptida itu melakukan kontak dengan sebagian hipervariabel dan

tidak perlu seluruh hipervariabel terlibat. Model di atas juga berlaku

untuk mengikat antigen yang berupa karbohidrat dan molekul kecil

seperti hapten. Ikatan antibodi dengan antigen pada aspek biologi

mahluk hidup ditujukan untuk membantu eliminasi patogen yang

menginfeksi.

Pengenalan Antigen oleh Sel T.

Tidak seperti imunoglobulin yang dapat berinteraksi dengan

patogen dan juga bahan toksik yang dihasilkannya pada daerah

ekstraselluler, sel T hanya dapat mengenali antigen asing yang telah

dipresentasikan pada permukaan sel. Antigen itu dapat berasal dari

virus patogen atau bakteri intraselluler yang melakukan replikasi di

dalam sel. Antigen juga dapat berasal dari patogen atau produk dari

potogen yang telah diinternalisasi sel dengan mekanisme endositosis.


24/55

58

Sel T dapat mendeteksi adanya patogen intraselluler setelah sel yang

terinfeksi mempresentasikan fragmen peptida asing yang berasal dari

protein patogen. Peptida asing ini diangkat ke permukaan sel oleh

glikoprotein yang merupakan molekul khusus pada host yang

fungsinya telah terspesialisasi. Glikoprotein ini disandi oleh gen yang

sangat panjang yang pertama kali teridentifiaksi pada transplantasiorgan. Glikoprotein ini mempunyai efek sangat kuat pada reaksi

imunitas pada kasus transplantasi organ. Oleh karena itulah gen

penyandi itu dinamakan major histocompatibility complex (MHC),

dan glikoprotein yang mengikat peptida itu disebut molekul MHC.

Pengenalan antigen dalam bentuk fragmen peptida kecil yang terikat

oleh molekul MHC dan dipresentasikan pada permukaan sel

merupakan ciri khusus yang dimiliki sel T dan tidak pada sel B. Sel T

mempunyai reseptor (TCR~T cell receptor) yang sangat besar

variasinya sehingga sel T dapat diandalkan perannya dalam membantu

eliminasi berbagai macam patogen. Struktur gen yang menyandi TCR

mempunyai hubungan yang sangat dekat dengan gen yang menyandi

molekul antibodi. Namun demikian ada perbedaan yang sangat

penting antara TCR dan imunogobulin yang terefleksi pada cara

pengenalan antigen oleh TCR, dan TCR tidak pernah menjadi

molekul efektor sebagaimana yang terjadi pada molekul

imunoglobulin.

Reseptor Antigen Sel T Mirip Fragmen Fab Pada Imunoglobulin.

Reseptor sel T pertama kali diidentifikasi dengan antibodimonoklonal yang mengikat satu macam klon sel T dan tidak mengikat

klon yang lain. Antibodi itu dapat menghambat secara spesifik

pengenalan antigen oleh klon itu, atau antibodi itu secara spesifik

mengaktifkan klon tersebut. Antibodi dapat digunakan untuk

menentukan fungsi protein tertentu yang telah dibentuk dari hasil

ekspresi suatu gen. Dalam hal ini diketahui bahwa beberapa antibodi

dapat bersifat sebagai agonist, artinya ketika antibodi berikatan

dengan molekul targetnya akan terjadi perubahan konformasi pada

ikatan itu sehingga terbentuk signal transduksi yang mengaktifkan gen


25/55


26/55

60

rantai imunoglobulin di samping terdapat bagian hinge pendek yang

terdiri dari residu sistein penyusun ikatan disulfida. Setiap rantai :

menancap pada lipid bilayer dengan domain protein transmembran

yang bersifat hidrofobik dan rantai (ekor) yang menembus sampai

sitoplasma. TCR dalam bentuk tiga dimensi telah ditemukan. Struktur

TCR pada dasarnya sama dengan fragmen Fab pada molekulantibodi. Lipatan rantai TCR mempunyai pola yang sama dengan

fragmen Fab pada imunoglobulin meskipun pada akhirnya

strukturnya nampak lebih pendek dan lebih luas. Namun ada

perbedaan pada TCR dengan fragmen Fab. Perbedaan yang paling

jelas antara keduanya bahwa pada TCR domain C tidak melipat

sebagaimana yang terjadi pada rantai imunoglobulin. Separuh domain

yang sejajar dengan domain C membentuk alas sama seperti yang

terdapat pada imunoglobulin, namun separuh domain yang lain

terbentuk dari gulungan yang renggang dan segmen heliks yang

pendek. Ikatan disulfida intramolekul yang pada imunoglobulin

normalnya menggabungkan dua strand , pada domain C

menggabungkan strand pada segmen heliks.

Infeksi.

Penyakit infeksi hanya akan terjadi apabila pertahanan

pertama (pertahanan innate ) tidak dapat mengatasi patogen yang

masuk. Tubuh kita selalu terpapar oleh mikroorganisme yang berada

pada lingkungan kita di samping patogen yang telah ada di dalam

tubuh akibat infeksi sebelumnya. Sel-sel epitel baik eksternal maupun

internal merupakan tempat bertemunya agen penginfeksi pada tubuh

kita. Mukosa sepanjang saluran pernafasan merupakan jalan masuk

mikroorganisme akibat adanya kontaminasi udara yang kita hirup.

Mukosa pada saluran pencernakan merupakan jalan masuk

mikroorganisme yang berada pada makanan maupun air yang kita

minum. Adanya luka dan gigitan serangga memungkinkan terjadinya

penetrasi mikroorganisme melalui kulit. Demikian juga sentuhan

langsung antar individu juga memberikan peluang terjadinya infeksi

melalui kulit maupun alat reproduksi.


27/55

61

Rute Infeksi Patogen

Rute masuk Carapenyebaran

Patogen Penyakit

Permukaan Mukosa

Lintasan Udara

Partikel

terhidup olehpernafasan

Virus

InfluenzaNeisseriaminingitidis

Influenza

Meningococcal meningitis

Sistempencernakan

Air atau makananyangterkontaminasi

SalmonelatyphiRotavirus

TipusDiarrhea

Sistem reproduksi Kontak fisik Treponemapalium

Syphilis

Epitel eksternalPermukaan luar Kontak fisik Tinea pedis Athletes foot

Luka dan lecet

Lecet kecil

kulitLuka tertusukMenanganihewanterinfeksi

Bacillus

anthracisClostridiumtetaniPasteurellatularensis

Anthrax

TetanusTularemia

Gigitan serangga

Gigitannyamuk (Aedesaegypti)GigitanseranggaGigitan

nyamuk(Anopheles)

Flavivirus

Borreliaburgdorferi

Plamodiumspp

DemamkuningPenyakit lymeMalaria

Gambar 35. Patogen dapat menginfeksi melalui berbagai macam rute.

Pada kenyataannya walaupun tubuh kita selalu terpapar olehberbagai macam mikroorganisme kejadian infeksi sangat jarang. Halini menunjukkan bahwa sel-sel epitel tubuh merupakan penghalangyang efektif terhadap masuknya mikroorganisme. Apabila sel-selepitel mengalami luka, sel-sel tersebut akan segera terganti dengan


28/55

62

cepat. Faktor lain yang menyebabkan rendahnya terjadi penyakitinfeksi adalah berjalannya imunitas innate jika invader berhasilmenerobos masuk jaringan. Rendahnya terjadinya infeksi inimenunjukkan betapa besar jumlah patogen yang tereliminasi setiapsaat pada tubuh kita. Apabila patogen yang berhasil masuk pada

tubuh kita sangat kuat atau sangat banyak akan memungkinkanpatahnya pertahanan innatedan akan terjadi infeksi yang bersifat lokaldan selanjutnya bisa menyebar ke tempat lain. Penyebaran patogenselalu menimbulkan respon inflamasi yang disertai perekrutan sel-selimunokompeten di samping molekul-molekul efektor yang bergunauntuk tujuan eliminasi patogen itu. Imunitas innate yang diinduksioleh suatu patogen akan berlangsung selama beberapa hari dan dapatmulai bekerja beberapa menit setelah patogen masuk, sedangkanimunitas adaptif akan dimulai saat antigen dipresentasikan padadaerah limfoid periferal misalnya pada lymph node dan spleen.Imunitas adaptif bersifat spesifik, artinya setiap klone sel tertentu

hanya bertanggung jawab pada satu macam antigen. Imunitas adaptifmerupakan pertahanan yang sangat penting karena menyisakan sel-selmemori yang sangat berguna apabila pada waktu yang berbeda terjadiinfeksi lagi oleh patogen yang sama. Sel-sel memori mempunyairespon yang sangat kuat dan cepat terhadap invader yang pernahdatang sebelumnya, sehingga mampu mengatasi invader dalam jumlahyang besar.


29/55


30/55

64

epitel internal dan luka pada permukaan kulit. Pentingnya epitelsebagai sistem pertahanan dapat dilihat dari kejadian luka bakar danluka operasi. Pada dua kejadian ini infeksi bahkan sepsis menjadipenyebab utama mortalitas dan morbiditas (kematian danpenderitaan). Dalam keadaan normal tanpa luka, pada umumnya

patogen menembus sel epitel dengan berikatan dengan molekul dipermukaan sel epitel internal. Ikatan yang spesifik antara patogendengan molekul yang ada di permukaan sel epitel internalmemungkinkan patogen menginfeksi sel epitel itu bahkanmerusaknya sehingga sel-sel epitel sebagai pertahanan pertama dapatdijebol. Pada patogen yang telah membuat koloni, ikatan patogendengan molekul permukaan sel epitel mencegah tersapunya patogenbaik oleh udara maupun cairan yang melewati permukaan epitel itu.Sel-sel epitel internal dikenal dengan dengan sebutan mucosal epiteliasebab sel-sel tersebut mensekresikan mucus yaitu suatu cairan yangkental dan lengket. Mucus mengandung bermacam-macamglikoprotein yang disebut mucin. Pada dasarnya kesempatanmikroorganisme untuk mengadakan penetrasi pada epitel internal inisangat kecil karena mucus akan menyelubungi mikroorganisme itu,dan pada saluran pernafasan mikroorganisme dapat disapu olehmucus yang digerakkan dengan kuat oleh silia sel epitel. Diri kita telahdidesain sangat sempurna oleh Allah, Tuhan seluruh makhluk. Hanyaorang yang paling celaka yang mengingkari desain yang teramatsempurna ini. Bersin merupakan satu contoh agar mikroorganismeyang berada di permukaan epitel internal tidak berhasil mengadakanpenetrasi melalui ikatan molekul permukaan. Kontraksi mendadak

pada proses bersin akan memukul keluar atau melepaskanmikroorganisme yang berusaha mengadakan ikatan dengan sel epitelinternal. Pentingnya cairan mucus dalam membersihkan agen-agenpenginfeksi dapat diketahui pada individu yang kehilangankemampuan memproduksi mucus maupun lemahnya pergerakan silia.Individu semacam itu akan menunjukkan fakta mudahnya terjadiinfeksi pada paru-paru oleh bakteri yang mengadakan koloni padapermukaan sel-sel epitel. Pada usus gerakan peristaltik tidak sajapenting untuk menggerakkan makanan namun juga untukmenghindari ikatan mikroorganisme secara konstan dan bahkan

menggiring agen-agen penginfeksi keluar. Apabila gerakan peristaltik


31/55

65

ini sangat lemah bakteri pada daerah lumen akan mengalamiperkembangan sangat pesat dan memperbesar peluang terjadinyainfeksi pada saluran pencernakan. Permukaan sel epitel tidak sajamerupakan penghalang fisik bagi agen-agen penginfeksi, namun sel-sel tersebut juga mensekresi substansi kimia yang bersifat

antimikrobia atau mampu menghambat perkembangan bakteri.Enzim lisosom merupakan enzim antibakteri yang disekresi olehkelenjar salifa dan kelenjar air mata. Lambung yang mempunyaikondisi keasaman dengan pH yang sangat rendah demikian juga alatpencernakan bagian atas dapat dijadikan penghalang terjadinya suatuinfeksi. Sel Paneth yang terletak pada dasar crypt pada usus halusmenghasilkan antibakteri dan anti jamur yaitu cryptidin atau -defensin. Sel Paneth tepatnya berada di bawah epithelial stem cells.

Antimikrobia lain yang berupa peptida, -defensins, dibuat padaepitel lain, terutama pada kulit dan sepanjang saluran pernafasan.Peptida antimikrobia mempunyai peranan pada sistem pertahanan,termasuk imunitas pada gigitan serangga. Peptida-peptida yangdisebut di atas umumnya bersifat kation yang dapat membunuhbakteri dengan merusak membran sel. Tipe antimikrobia lain dapatberupa protein yang disekresi ke dalam cairan yang melapisipermukaan epitel pada paru-paru. Cairan tersebut berisi dua macamprotein yakni protein A dan D yang mampu berikatan dan melingkupipatogen. Pengikatan dan pelingkupan patogen tersebut memudahkankerja makrofag untuk memfagositnya. Makrofag umumnyameninggalkan jaringan subepitelial dan masuk alveoli paru-paru.Penyelubungan partikel dengan protein untuk memfasilitasi proses

fagositosis disebut opsonisasi. Selain pertahanan yang telah disebutkansebelumnya, kebanyakan permukaan epitelial bersentuhan denganflora non-patogen yang berkompetisi dengan mikroorganismepatogen dalam perolehan nutrisi maupun domisili pada permukaansel. Flora normal dapat menghasilkan zat antimikrobia seperticolicins berupa protein yang diproduksi oleh Escherichia coli. Colicinsmelindungi permukaan sel dari pembentukan koloni oleh bakteri lain.

Apabila bakteri non-patogen mati akibat pengaruh antibiotika, makabakteri patogen akan menggantikan posisinya dan menimbulkanpenyakit.


32/55

66

Peranan Epitel Sebagai Penghalang InfeksiMekanik Sel epitel disatukan dengan tight juction

Aliran udara dan cairan menembus epitelPergerakan mukus oleh silia

Kimia Asam lemak (kulit)

Enzim: Lisosom (saliva, keringat, air mata)pepsin (usus)Peptida antibakteri; defensin (kulit, usus);cryptidins (intestin)

Mikrobiologi Flora normal berkompetisi dengan bakteripatogen untuk memperoleh makanan danmelekat pada epitel dan dapat menghasilkansubstansi antibakteri

Gambar 37. Permukaan epitel merupakan pelindung mekanik, kimia, danpenghalang langsung bagi agen penginfeksi.

Fagositosis.

Makrofag akan segera mengenali mikroorganisme yangberhasil menembus epitel. Makrofag umumnya menempati jaringan-jaringan dan segera mengeliminasi mikroorganisme yang berusahamengadakan penggandaan. Makrofag merupakan bentuk dewasamonosit yang meninggalkan sirkulasi darah dan menempati jaringan-jaringan di seluruh tubuh. Makrofag ditemukan dalam jumlah yangbanyak pada jaringan-jaringan pengikat, terutama pada alatpencernakan, interstitium dan alveoli paru-paru, sepanjang pembuluhdarah tertentu pada hati yang dikenal dengan nama sel Kupffer, padaseluruh jaringan limpa yang berperan untuk menghancurkan sel darahyang sudah tua. Makrofag dikenal sebagai fagosit mononuklear.Fagosit kedua yang sangat penting adalah neutrofil. Neutrofilmerupakan fagosit polimorfonuklear yang mempunyai umur pendekdan sangat besar jumlahnya pada darah namun tidak ditemukan padajaringan individu normal. Baik makrofag maupun neutrofil kedua-duanya sangat penting pada imunitas innate karena keduanya dapatmelakukan pengenalan nonspesifik, menelan, dan menghancurkanpatogen tanpa memerlukan bantuan sistem imunitas adaptif.Makrofag merupakan sel pertahanan yang pertama kali bertemuantigen pada suatu jaringan namun segera diperkuat denganrekrutmen neutrofil dalam jumlah besar pada sisi infeksi.


33/55

67

Makrofag dan neutrofil mengenali patogen denganmenggunakan reseptor pada permukaan sel yang dapat membedakanantara antigen asing dan self-antigen. Reseptor mannosa yangterdapat pada makrofag tidak terdapat pada monosit atau neutrofil.Reseptor scavenger yang mengikat ligan-ligan bermuatan dan CD14

yang merupakan reseptor lipopolysacharide (LPS) bakteri ditemukanbaik pada makrofag maupun monosit. Patogen dapat berinteraksidengan makrofag dan neutrofil melalui reseptor komplemen yangberada pada kedua sel tersebut. Sistem komplemen dapat teraktivasidengan cepat oleh adanya infeksi dan membentuk proteinkomplemen yang berfungsi mengopsonisasi patogen yang masukjaringan. Ligasi reseptor permukaan yang berada pada permukaan selfogosit dengan patogen menyebabkan terjadinya proses fagositosisyang diikuti kematian patogen akibat reaksi enzim proteolitik.Fagositosis merupakan proses aktif, dimana patogen yang terikatsegera dikelilingi oleh membran sel fagosit dengan penjuluran

sitoplasma dan segera diinternalisasi ke dalam vesikel bermembranyang disebut fagosom. Di samping bersifat fagosit makrofag danneutrofil mempunyai granula lisosom yang berisi enzim, protein, danpeptida yang memperantarai respon antimikrobia intraselluler.Fagosom dapat mengadakan fusi dengan beberapa lisosommembentuk fagolisosom. Pada fagolisosom ini kandungan lisosomdikeluarkan untuk menghancurkan patogen. Selama prosesfagositosis, makrofag dan neutrofil menghasilkan molekul toksikuntuk membantu pembunuhan mikroorganisme yang ditelan oleh sel-sel tersebut. Molekul toksik yang paling penting adalah hidrogenperoksida (H2O2), anion superoxide (O2

-), dan nitric oxide(NO), yang

langsung meracuni bakteri. Produk-produk toksik tersebut dihasilkanoleh oksidasi NADPH yang berada pada lisosom dan enzim lainmelalui proses yang disebut respiratory burst. Peristiwa ini diikutidengan melonjaknya konsumsi oksigen. Neutrofil merupakan sel yangmempunyai umur pendek, dan segera mati setelah melakukanfagositosis. Neutrofil yang mati ini merupakan bagian terbesar padananah yang terbentuk selama infeksi. Sebaliknya makrofag,merupakan sel yang mempunyai masa hidup panjang dan selalumembentuk lisosom baru setelah menyelesaikan fagositosis.Seseorang yang cacat genetik dimana tidak mempunyai kemampuanmengoksidasi NADPH maka sel fagosit orang tersebut tidak dapat

membentuk zat toksik/racun yang berasal dari modifikasi oksigen.


34/55

68

Sebagai konsekuensinya sel fagosit tidak mampu membunuhmikroorganisme yang ditelan dan tidak dapat mengeliminasi patogen.Seseorang dengan kondisi genetik tersebut sangat rentan pada infeksibaik bakteri maupun jamur, terutama pada bayi. Makrofag dapatmerespon dengan cepat mikroorganisme yang masuk, dan hal ini

sangat penting untuk menghindari menetapnya patogen. Sejak awalperkembangan imunologi para ilmuwan percaya bahwa makrofagberperan pada setiap sitem pertahanan. Saat ini lebih jelas bahwainvertebrata seperti bintang laut hanya menggunakan makrofagsebagai sistem pertahanan untuk melawan infeksi. Walaupun kejadianyang ada pada invertebrata bukan permasalahan pada manusiamaupun vertebrata lain, namun membuktikan bahwa makrofagmerupakan respon innate yang menjadi pertahanan paling depanuntuk mengatasi invasi mikroorganisme pada suatu individu.

Makrofag mngekspresikanreseptoruntuk berbagai

konstituen bakteri

reseptormanosa

reseptorglukan

reseptorscavenger

TLR-4

reseptorLPS(CD14)

Ikatan bakteri pada reseptor makrofagmenginisiasi sekresi sitokin dan

lipid yang memediasi inflamasi

mediatorInflamasi(lipid)

sitokin

lisosom

fagolisosomfagosom

Makrofag menelan danmencerna bakteri

kemokin

Gambar 38. Makrofag yang menelan patogen dapat menginisiasi reaksiinflamasi. Makrofag membawa bermacam-macam reseptor yang cocok untukberbagai komponen bakteri termasuk reseptor untuk karbohidrat yang dibawabakteri (reseptor manosa dan glukan), reseptor LPS (lipida), reseptor Toll(TLR), dan reseptor scavenger. Ikatan bakteri dengan reseptor yang adamenyebabkan terjadinya fagositosis. Signal dari reseptor Toll menyebabkantersekresinya sitokin proinflamasi seperti IL-1, IL-6, dan TNF-.


35/55

69

Mekanisme Produk spesifik Asidifikasi pH= ~3.5 -4.0, bakteriostatik atau

bakteriosidaProduk toksik yangberasal dari oksigen

Superoksida O2-, hidrogen peroksida H2O2,

oksigen singlet 2

1O , radikal hidroksil

OH ,

OCl hipohalitNitrogen oksidatoksik

Oksida nitrit NO

Peptida antimikrobia Protein defensin dan kationikEnzimatis Lisozime yang melarutkan dinding sel

beberapa bakteri gram positif. Asamhidrolase, menghancurkan bakteri

Kompetitor Lactoferrin (mengikat Fe) dan protein yangmengikat vitamin B12

Gambar 39. Agen anti bakteri (bakteriosida) diproduksi atau dilepaskanoleh sel fagosit pada waktu mencerna mikroorganisme. Sebagian besaragen bakteriosida dihasilkan oleh makrofag dan neutrofil. Beberapa agenbakteriosida bersifat toksik, sedangkan yang lain contohnya lactoferrin, bekerjadengan cara mengikat nutrisi essensial dan mencegah nutrien itu dikonsumsibakteri. Beberapa substansi dapat dilepaskan sel fagosit dan berinteraksi denganlarva cacing parasit yang telah diselubungi antibodi dan juga berinteraksi denganjaringan host. Karena agen tersebut mampu berinteraksi dengan sel host danjuga memberi efek toksik pada jaringan host, aktivasi sel fagosit dapatmenimbulkan kerusakan pada jaringan host selama proses infeksi.

Sifat utama yang membedakan mikroorganisme patogendengan non-patogen adalah kemampuannya menghadapi pertahananinnate. Mikroorganisme patogen telah mengembangkan strategi untukmenghindari penghancuran oleh makrofag. Banyak bakteri patogenmelindungi dirinya dengan kapsul tebal berupa polisakarida yang tidakdikenal oleh reseptor fagosit. Mycobacteria mempunyai strategi untukhidup di dalam fagosom makrofag dengan cara menghalangi fusifagosom-lisosom. Apabila strategi untuk menghindari imunitas inatetidak dimiliki oleh bakteri maka bakteri harus masuk ke dalam tubuhdalam jumlah yang banyak untuk terjadinya infeksi. Hal yang sangatpenting jika terjadi interaksi makrofag dengan bakteri adalahterjadinya aktivasi makrofag untuk mensekresi sitokin dan mediator

lain yang menginisiasi proses inflamasi. Patogen menjadi penyebab


36/55

70

terjadinya sekresi sitokin dengan adanya signal yang merambat dariikatan reseptor pada sel fagosit dengan antigen. Reseptor yangmemberikan signal adanya antigen dan menyebabkan sekresi sitokinitu juga penting untuk membangkitkan ekspresi molekul kostimulatorpada makrofag dan sel dendritik. Sel dendritik termasuk sel fagosit

yang berada pada jaringan. Terekspresinya molekul kostimulatormemudahkan inisiasi imunitas adaptif. Sitokin yang dihasilkanmakrofag mempunyai kontribusi penting pada inflamasi lokal danrespon imun non-adaptif beberapa hari setelah terjadinya infeksi.

Inflamasi.Inflamasi merupakan kejadian penting pada sistem

pertahanan tubuh. Inflamasi mempunyai tiga peranan penting untukmelawan infeksi. Pertama, inflamasi membantu rekrutmen molekul-molekul efektor dan sel-sel imunokompeten pada daerah yangterinfeksi, sehingga memperbesar daya bunuh makrofag terhadap

mikroorganisme invader. Molekul efektor dapat berupa sitokin,komplemen, maupun antibodi. Adanya molekul efektor terutamaantibodi dan komplemen akan mengefektifkan kerja sel fagositkhususnya makrofag. Kedua, sebagai penghalang penyebaran infeksi,dan ketiga untuk memacu perbaikan jaringan yang luka. Inflamasipada daerah infeksi dimulai dengan adanya respon makrofag terhadappatogen. Inflamasi mempunyai ciri-cri antara lain: rasa sakit,kemerahan, panas, dan membengkak pada daerah infeksi. Kejadiantersebut merupakan refleksi tiga perubahan pembuluh darah padadaerah yang terinfeksi itu. Pertama, bertambah besarnya diameter

vascular, sehingga meningkatkan aliran darah di daerah itu.

Berhubungan dengan membesarnya diameter vaskuler dan alirandarah yang cepat menyebabkan panas dan kemerahan. Kejadian iniakan menurunkan kecepatan aliran darah pada pembuluh darah kecil.Kedua meningkatnya ekspresi molekul adhesi pada sel endotelpembuluh darah. Peningkatan ekspresi molekul adhesi pada sel-selendotel memudahkan melekatnya sel-sel leukosit menempel padadinding-dinding endotel. Kombinasi antara ekspresi molekul adhesidan lambatnya aliran darah pada pembuluh kecil memberikesempatan leukosit menempel pada sel endotel dan bermigrasimasuk jaringan yang terinfeksi, proses ini dikenal dengan extravasation.Semua perubahan tersebut dimulai oleh sitokin yang diproduksi oleh


37/55

71

makrofag yang mengalami aktivasi. Apabila inflamasi telah terjadi, selyang pertama kali terekrut ke daerah inflamasi adalah neutrofil.Neutrofil diikuti oleh monosit, dan setelah berada di dalam jaringan,monosit akan segera berdiferensiasi menjadi makrofag. Pada tahapberikutnya sel darah putih yang lain seperti eosinofil dan sel-sel

limfosit juga masuk ke daerah yang terinfeksi. Perubahan ketiga padapembuluh darah di daerah infeksi adalah peningkatan permeabilitasvaskuler. Pada kejadian ini sel-sel endotel tidak lagi saling berikatankuat satu sama lain, melainkan saling renggang satu sama lainsehingga cairan dan protein dalam darah akan keluar pembuluh danterakumulasi pada jaringan. Hal ini menimbulkan bengkak (adema),rasa sakit, dan terjadi akumulasi protein plasma yang membantusistem pertahanan. Perubahan di atas diinduksi oleh berbagai faktorinflamasi yang diproduksi akibat pengenalan suatu patogen. Di antarafaktor inflamasi itu ada yang berupa lipid yang dibentuk olehmakrofag dengan cara degradasi membran fosfolipid. Degradasi

membran lipid dilakukan dengan mekanisme enzimatis. Lipidtersebut meliputi leukotrienes, prostagladins, danplatelet activating factor(PAF). Kerja lipid yang memacu inflamsi segera diikuti oleh sitokindan kemokin yang disintesis dan disekresi makrofag yang teraktivasioleh patogen. Salah satu sitokin yang diproduksi makrofag adalahtumor-necosis factor- (TNF- ) yang sangat penting peranannyasebagai aktivator sel endotel. Pengenalan patogen juga memicuterjadinya inflamasi melalui jalur komplemen. Salah satu substansipenting yang dihasilkan setelah reaksi komplemen adalah C5a. C5amerupakan peptida yang memperantarai terjadinya inflamasi denganberbagai macam aktivitas. C5a selain meningkatkan permeabilitas

vasculer dan ekspresi molekul adhesi juga berfungsi sebagaichemoattractant untuk menarik neutrofil dan monosit, sertamengaktifkan sel mastdan fagositosis. Pengaruh C5a terhadap sel-seltersebut mengakibatkan terjadinya pelepasan granula yang berisihistamin dan TNF- yang merupakan molekul penting pada prosesinflamasi. Apabila terjadi luka, maka pembuluh darah yang terlukaakan memicu dua sistem proteksi enzimatis. Pertama, sistem kinin,yaitu sistem enzimatis pada protein plasma yang dipicu olehkerusakan jaringan sehingga terbentuk berapa mediator inflamasitermasuk bradykinin yang merupakan vasoaktif peptida. Bradykininmenyebabkan peningkatan permeabilitas membran vaskuler dan


38/55

72

menyebabkan influx/aliran protein plasma pada daerah yang terluka.Kerja bradykinin juga menyebabkan rasa sakit, sehingga penderitamerasa tidak nyaman, dan bahkan menyebabkan bagian tubuh sulituntuk digerakkan. Keadaan ini penting untuk menjaga agarpenyebaran agen penginfeksi dapat dibatasi. Kedua, sistem koagulasi,

yaitu sistem enzimatis pada enzim plasma yang dipicu oleh kerusakanpembuluh darah. Hal ini akan menyebabkan terjadinya penggumpalanyang dapat menghalangi masuknya mikroorganisme ke dalam alirandarah. Dua sistem di atas sangat penting pada respon inflamasiterhadap patogen meskipun tidak terjadi luka pada jaringan, sebabkeduanya juga terpicu oleh aktivasi sel endotel. Dalam hitungan menitsetelah terjadinya penetrasi patogen pada jaringan, akan segera terjadirespon inflamasi yang menyebabkan terjadinya aliran protein dan selyang berguna untuk mengontrol infeksi. Respon inflamasi itu jugamerupakan penghalang langsung bagi penyebaran infeksi danmembuat host menyadari kejadian yang sedang berlangsung pada

tubuh.

Sistem Komplemen Dan Imunitas Innate.

Komplemen merupakan komponen plasma darah yang tidakstabil oleh pemanasan. Komplemen membantu opsonisasi bakterioleh antibodi sehingga antibodi dapat membunuh bakteri. Padapenemuan pertama, komplemen dianggap efektor yang merupakanbagian mekanisme kerja antibodi, namun akhirnya diketahui bahwakomplemen dapat diaktifkan pada awal terjadinya infeksi walaupuntidak terdapat antibodi. Hal ini dapat diketahui pada percobaandengan model mencit RAG-/- yang tidak memiliki sel B. Saat ini sudahterjelaskan bahwa komplemen merupakan bagian imunitas innate.Sistem komplemen terdiri dari berbagai macam protein plasma yangbereaksi satu sama lain untuk mengopsonisasi patogen. Sistemkomplemen ini akhirnya menginduksi inflamasi yang berguna untukmelawan patogen. Komplemen ada yang berupa enzim protease yangdapat teraktivasi dengan sendirinya melalui pemecahan secaraproteolitik. Enzim demikian ini disebut zimogen yang pertama kaliditemukan pada usus. Enzim pencernakan misalnya pepsin, disimpandi dalam sel dan disekresi dalam keadaan nonaktif berupapepsinogen, dan hanya berubah menjadi pepsin pada lingkunganasam pada lambung. Pada sistem komplemen, prekursor zimogen


39/55

73

terdistribusi luas pada seluruh cairan tubuh dan jaringan tanpamenyebabkan kerugian. Pada daerah yang terinfeksi, prekursorzimogen akan teraktivasi secara lokal dan memicu terjadinyainflamasi. Sistem komplemen dapat aktif melalui serangkaian reaksienzimatis. Komplemen enzim yang telah aktif yang dibentuk dari

prekursor zimogen-nya akan bekerja pada substratnya yang berupazimogen lain, sehingga zimogen yang disebut terakhir dapat berubahmenjadi enzim yang aktif. Serangkaian proses ini terus belanjut,sehingga membentuk jalur reaksi komplemen (complement pathway).Dengan cara ini sejumlah kecil komplemen yang teraktivasi akanmempunyai dampak besar karena diikuti serangkaian reaksikomplemen berikutnya. Dalam tubuh terdapat mekanisme yang dapatmengontrol aktivasi komplemen ini, meskipun belum sepenuhnyadiketahui. Sistem pembekuan darah merupakan contoh lain yangmerupakan hasil dari serangkaian reaksi enzimatis. Pada kasus ini,luka yang terjadi pada dinding pembuluh darah akan menyebabkan

terbentuknya thrombus dalam jumlah yang sangat besar. Ada tigajalur berbeda yang memungkinkan komplemen dapat teraktifkan padapermukaan patogen. Tiga jalur tersebut ditentukan oleh molekul yangmemulai aktivasi itu. Namun demikian hasil akhir dari tiga jalur ituakan membentuk molekul efektor yang sama. Sistem komplemenmempunyai tiga jalan dalam melawan infeksi. Pertama sistemkomplemen akan menghasilkan protein komplemen dalam jumlahyang sangat besar yang berikatan secara kovalen dengan patogen,mengopsonisasi patogen tersebut agar proses fagositosis oleh selfagosit yang mempunyai reseptor komplemen semakin mudah.Kedua, fragmen kecil protein komplemen bertindak sebagai

chemoattractant untuk merekrut sel-sel fagosit di daerah dimanakomplemen mengalami aktivasi, dan juga mengaktifkan fagosittersebut. Ketiga, komplemen yang paling akhir dalam rangkaianaktivasi mampu merusak bakteri tertentu dengan membuat lubangpada membran bakteri.

Sistem komplemen merupakan satu paket protein plasmayang bekerja bersama-sama untuk menyerang patogen ekstraselluler.

Aktivasi komplemen dapat terjadi secara spontan oleh rangsanganpatogen atau rangsangan antibodi yang berikatan pada patogen.Mekanisme ini menyebabkan patogen terselubungi proteinkomplemen yang memudahkan makrofag untuk menelan, atau


40/55

74

bahkan patogen dapat dibunuh secara langsung. Sistem komplemenmerupakan salah satu mekanisme penting pada sistem pertahanantubuh yang mengenali patogen penginfeksi. Ada tiga jalur aktivasikomplemen: jalur klasik, dipacu langsung oleh patogen atau secaratidak langsung dipacu oleh antibodi yang melekat pada permukaan

patogen; jalur MB-lektin; dan jalur alternatif yang dapat menyebabkanamplifikasi dua jalur lainnya. Tiga jalur tersebut dapat teraktivasisecara terpisah oleh antibodi yang berbeda sebagai bagian dariimunitas innate. Kejadian pertama pada reaksi komplemen adalahreaksi pemecahan dimana hasil pemecahan itu berupa molekul yangberikatan secara kovalen dengan permukaan patogen dan mempunyaikontribusi untuk mengaktifkan komplemen berikutnya. Jalur aktivasiitu lebih efisien dengan adanya pembentukan enzim C3 konvertase,yang memecahkan molekul C3 untuk menghasilkan C3b. Ikatansejumlah besar molekul C3b terhadap patogen merupakan kejadiansentral pada aktivasi komplemen. Komponen komplemen yang

terikat pada permukaan patogen, terutama ikatan C3b pada patogendan bentuk fragmen inaktifnya, dikenali oleh reseptor komplemenpada sel fagosit. Selanjutnya sel fagosit akan menelan patogen yangdiopsonisasi oleh C3b dan fragmen inaktifnya. Pecahan berupafragmen kecil dari molekul C3, C4, dan terutama C5, mempunyaidaya rekrut sel fagosit menuju daerah infeksi dan mengaktifkan selfagosit tersebut dengan cara berikatan pada reseptor spesifik yangterletak pada fagosit. Reseptor tersebut tergabung pada protein Gyang akan memberikan signal aktivasi setelah adanya rangsangan yangditerima dari fragmen complemen. C3b yang berikatan dengan C3konvertase akan memulai tahap akhir reaksi, yaitu berikatan dengan

C5 agar lebih mudah dipecahkan oleh C2b atau Bb.Fragmen besarC5b memicu serangkaian membrane attack complexyang memungkinkanpatogen tertentu mengalami lisis. Aktivasi komponen komplemendiregulasi dengan sistem yang ketat untuk menjaga kerusakan jaringanakibat salah sasaran pada sel host. Sistem regulasi juga memastikanbahwa komponen komplemen pada plasma tidak teraktivasi spontan.Dalam homeostasis yang normal aktivasi komponen komplemenhanya terjadi jika tubuh dengan sengaja menghendaki terjadinyaaktivasi. Dewasa ini (tahun, 2009), sel T regulator khususnyaCD4+CD25+ ditengarahi sebagi regulator umum tingkat sel yangmemiliki peranan kuat untuk mengadakan supresi terhadap sel

efektor maupun molekul efektor yang tidak dikehendaki.


41/55

75

JALUR KLASIK JALUR MB-LECTIN JALUR ALTERNATIF

Komplek

antigen:antibodi

Lektin berikatan dengan

permukaan patogen

Permukaan

patogen

Aktivasi komplemen

Perekrutan sel-sel

inflamator

Opsonisasi

patogen

Pembunuhan

patogen

Gambar 40. Skematik reaksi komplemen. Ada tiga jalur aktivasikomplemen. Pertama adalah jalur klasik, yang dipicu oleh antibodi atau olehikatan langsung komplemen componen C1q pada permukaan patogen. Keduajalur MB-lektin yang dipicu oleh lektin yang mengikat mannan. Ketiga jalur

alternatif, yang dipicu secara langsung pada permukaan patogen. Semua jalur diatas menghasilkan aktivitas enzim, yang pada gilirannya memunculkan molekulefektor komplemen. Konsekuensi dari ketiga aktivitas jalur komplemen ituadalah terjadinya opsonisasi patogen, perekrutan sel inflamator, danpembunuhan patogen secara langsung.

Komplemen Memberi Tanda Patogen Agar Dihancurkan Sel Fagosit.Pada awal infeksi, serangkaian reaksi komplemen dapat

diaktivasi pada permukaan patogen dengan salah satu carasebagaimana dijelaskan di atas. Cara yang paling umum yang disebutclassical pathway (jalur klasik) adalah terjadinya ikatan C1q padapermukaan patogen. C1q merupakan protein pertama yang teraktivasipada sistem komplemen. C1q dapat pula diaktifkan pada mekanismeimunitas adaptif dengan mekanisme ikatan C1q denganantibodi:antigen komplek. Sistem komplemen dapat dikatakan kuncipenghubung antara imunitas innate dan imunitas adaptif. Mannan-binding lectin pathway ( MB-lektin pathway) dimulai ketika lectin(lektin) yang merupakan protein serum berikatan dengan karbohidratyang mengandung mannosa pada bakteri maupun virus. Alternatifpathway (jalur alternatif) dapat dimulai apabila komponen komplemenyang teraktivasi dengan tiba-tiba berikatan dengan patogen. Masing-masing jalur mengikuti serangkaian reaksi untuk membentuk proteaseyang disebut C3 konvertase. Reaksi terbentuknya C3 konvertase ini


42/55

76

merupakan awal aktivasi komplemen, dan terdiri dari serangkaianreaksi enzimatis yang mana zimogen yang merupakan komplemennon-aktif segera dipecah menjadi dua fragmen. Bagian yang lebihbesar dari hasil pemecahan zimogen itu merupakan protease serinyangaktif. Protease yang aktif ditahan pada permukaan patogen. Kondisi

ini memberikan pengaruh terhadap komplemen zimogen berikutnyayang juga dipecahkan dan diaktivasi pada permukaan patogentersebut. Sebaliknya fragmen kecil berupa peptida dari pemecahanzimogen ini akan dibebaskan dan dapat berperan sebagai mediatorterlarut. C3 konvertase yang dibentuk pada awal aktivasi komplemenberikatan secara kovalen pada permukaan patogen. Pada tempat iniC3 konvertase memotong komponen komplemen C3 menjadi C3byang merupakan molekul efektor utama pada sistem komplemen, danC3a yang merupakan peptida mediator inflamasi. Molekul C3bberperan sebagai opsonin yang berikatan kovalen pada patogensehingga patogen menjadi target sel fagosit yang mempunyai reseptor

C3b. Molekul C3b juga berikatan dengan C3 konvertase untukmembentuk C5 konvertase yang menghasilkan peptida kecil yangpaling penting sebagai mediator inflamasi yaitu C5a, dan juga fragmenaktif yang besar , C5b yang menginisiasi berakhirnya aktivasikomplemen. Aktivasi komplemen ini pada akhirnya membentukserangkaian proses reaksi polimerisasi yang mana komponenkomplemen terakhir bergabung membentuk membrane-attack complex,yang membentuk pore (pori-pori) pada membran sel patogen yangdapat menyebabkan kematian patogen tersebut. Semua komponenkomplemen pada classical pathway (jalur klasik) dan membrane-attackcomplex diberi tanda huruf besar C diikuti dengan nomor.

Komplemen diberi nama sesuai dengan urutan ditemukannya, misalC1, C2, dan C3 menggambarkan urutan ditemukannya. Urutanpenemuan ini tidak sesuai dengan serangkaian reaksi yang terjadi padakomplemen. Urutan reaksi komplemen adalah: C1-C4-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8-C9. Hasil dari reaksi pemecahan zimogen ditulis denganhuruf kecil. Fragmen besar ditulis dengan huruf b sedangkanfragmen kecil ditulis dengan huruf a. Sebagai contoh C4 akanmengalami pemecahan menjadi C4b yang merupakan fragmen besaryang berikatan kovalen dengan permukaan antigen, dan C4a yangberupa fragmen kecil yang berperan sebagai molekul pro-inflamasi.Komponen pada alternatif pathway (jalur alternatif) tidak diberi

penomoran, namun ditandai dengan huruf besar yang berbeda, misal


43/55

77

faktor B dan faktor D. Sama halnya dengan classical pathway/jalurklasik hasil pemecahan komponen tersebut ditandai dengan hurufkecil. Fragmen besar dari pemecahan komponen B adalah Bb danfragmen kecilnya adalah Ba. Pada jalur mannosa-binding lectinpathway, enzim yang pertama kali diaktivasi adalah mannan-binding

lectin-associated serin proteaseMASP-1 dan MASP-2, selanjutnya urutanreaksinya sama dengan jalur klasik. Komponen komplemen yangteraktivasi sering ditandai dengan garis horisontal di atasnya misalC2b, namun pada buku ini kita tidak menggunakannya. Untukdiketahui bahwa pada sebagian buku dan bahkan publikasi ilmiahmasih menggunakan C2a untuk menyatakan fragmen besar dari C2.Pada buku ini kita tetap menggunakan C2b untuk menyatakanfragmen aktif besar dari C2. Pengaktifan C3 konvertase sangatpenting peranannya pada aktivasi komplemen, sampai terbentukmolekul efektor, yang menginisiasi tahapan akhir reaksi komplemen.Pada jalur klasik dan jalur MB-lektin, C3 konvertase dibentuk dari

penyatuan molekul C2b dengan C4b pada membran patogen. Padajalur alternatif C3 konvertase dibentuk dari penyatuan molekul C3bdengan Bb pada membran patogen. Jalur alternatif dapat berperansebagai perluasan bagi ketiga jalur yang ada karena jalur alternatifdimulai dengan pengikatan molekul C3b. Kerja sistem imun yangmempunyai potensi terjadinya inflamasi dan juga destruksi sepertihalnya komplemen, mempunyai potensi membahayakan tubuh host,sehingga perlu regulasi yang sangat ketat dan teliti. Salah satu prinsipyang harus ada pada sitem komplemen ini adalah adanya inaktivasidengan cepat apabila komponen komplemen ini tidak berikatandengan permukaan patogen. Ada beberapa titik regulasi yang

dilakukan oleh protein regulator pada setiap jalur aktivasikomplemen. Protein regulator bekerja pada komponen komplemenyang mengalami aktivasi pada permukaan sel host, sehingga sel hostterhindar dari efek destruktif komplemen.

Kejadian awal dari ketiga jalur aktivasi komplemen melibatkanserangkaian reaksi pemecahan yang berakhir pada terjadinyapembentukan C3 konvertase yang merupakan enzim aktif. C3konvertase memecahkan komponen komplemen C3 menjadi C3bdan C3a. Terbentuknya C3 konvertase merupakan titik dimana tigajalur mulai memisah mengambil jalannya sendiri-sendiri dan setelahitu pula efektor komplemen utama mulai terbentuk. C3b berikatan

secara kovalen dengan membran sel bakteri dan mengopsonisasi


44/55

78

bakteri, sehingga memudahkan sel fagosit menelan bakteri tersebut.C3a merupakan peptida yang memediasi terjadinya inflamasi lokal.C5a dan C5b dihasilkan melalui pemecahan C5 oleh C5 konvertase.C5 konvertase terbentuk dari ikatan C3b terhadap C3 konvertase.C5a juga merupakan peptida yang memediasi inflamasi. C5b memicu

reaksi akhir dimana komponen terakhir komplemen bergabung padamembrane-attack complexyang dapat menimbulkan kerusakan membranpatogen tertentu. C4a terbentuk dari pemecahan C4 selama reaksiawal dari lajur klasik, dan tidak merupakan kerja dari C3 konvertase.C4a juga peptida inflamator namun efeknya sangat lemah. C4b yangmerupakan fragmen besar hasil pemecahan C4 merupakan molekulopsonin yang lemah. Meskipun komponen aktivasi pada jalur klasikpertama kali ditemukan sebagai jalur yang terpicu oleh adanyaantibodi, sekarang telah diketahui bahwa molekul C1q dapatmengaktifkan jalur klasik dengan cara berikatan langsung denganpermukaan patogen, yang juga dengan serentak mengaktifkan jalur

MB-lektin dengan cara berikatan dengan antibodi yang telah berikatandengan permukaan patogen. Pada jalur MB-lektin, MASP mewakiliserin protease yang berasosiasi dengan MB-lektin.

Jalur Klasik Dimulai oleh Aktivasi Komplek C1.

Jalur klasik mempunyai peranan baik pada imunitas innatemaupun imunitas adaptif. Komponen pertama jalur klasik ini, C1q,menghubungkan imunitas adaptif humoral dengan sistemkomplemen dengan berikatan dengan antibodi yang telahmengadakan ikatan dengan antigen. Namun demikian, C1q, dapatsecara langsung berikatan dengan antigen tertentu tanpa

membutuhkan antibodi. Dalam keadaan ini aktivasi komplemendapat terjadi walaupun tidak ada ikatan antara antigen:antibodi. C1qmerupakan bagian dari komplek C1. Komplek C1 terdiri dari molekultunggal C1q yang berikatan dengan C1r dan C1s. C1q merupakanprotein yang mengikat gula, dan adanya ikatan itu sangat tergantungdengan adanya kalsium (calcium-dependent sugar-binding protein). MolekulC1q merupakan lektin yang digolongkan dalam kollektin, familiprotein. Golongan kollektin ini mengandung molekul yangmenyerupai kollagen dan lektin domain, sehingga dinamakankollektin. C1q mempunyai enam kepala globular, yang mana satusama lain saling berikatan dan dikelilingi oleh molekul komplek

(C1r:C1s)2. Ikatan kepala globular yang melibatkan lebih dari satu


45/55

79

molekul C1q pada permukaan patogen dapat menyebabkanperubahan konformasi pada molekul (C1r:C1s)2, yang dapatmenyebabkan reaksi autokatalitik enzimatis pada C1r. C1r yang telahmengalami aktivasi akan memutuskan ikatannya dengan C1s untukmembentuk serin protease yang aktif.

C1 merupakan protein pertama pada aktivasi komplemenjalur klasik. C1 merupakan molekul komplek dari C1q, C1r, dan C1s.C1q tersusun atas enam subunit yang identik dengan kepala globulardan ekor yang panjang menyerupai kollagen. Ekor bergabungmengikat pada dua molekul C1r dan C1s, membentuk molekulkomplek C1 yang terdiri dari C1q:C1r2:C1s2. Kepala dapat berikatandengan bagian konstan dari molekul imunoglobulin atau secaralangsung pada permukaan patogen, yang menyebabkan perubahankonformasi pada C1r, yang kemudian memecahkan dan mengaktifkanZimogen C1s. Sekali teraktivasi, enzim C1s akan mempengaruhi duakomponen berikutnya pada jalur klasik, yaitu memecahkan C4 dankemudian C2 untuk membentuk dua fragmen besar C4b dan C2b,

yang bersama-sama membentuk molekul C3 konvertase pada jalurklasik. Pada langkah pertama, C1s memecahkan C4 untukmembentuk C4b, yang berikatan secara kovalen dengan permukaanpatogen. Ikatan kovalen C4b pada permukaan bakteri kemudianmengikat satu molekul C2, yang menyebabkan C2 mudah dipecahkanoleh C1s. C1s memecahkan C2 sehingga terbentuk fragmen besarC2b. Molekul C2b merupakan serin protease. Komplek antara C4ddan serin protease C2b menempati permukaan patogen sebagai C3konvertase pada jalur klasik. Peranan C3 konvertase yang palingpenting adalah untuk memecahkan sejumlah besar molekul C3sehingga terbentuk fragmen besar C3b yang berfungsi untuk

melingkupi permukaan patogen. Pada waktu yang bersamaan hasilpemecahan C3 yang berupa fragmen kecil C3a memulai responinflamasi lokal. Aktivasi komplemen jalur klasik membentuk C3konvertase yang mendeposit sejumlah besar molekul C3b padapermukaan patogen. Pemecahan C4 oleh C1s mengekpos grup reaktifpada molekul C4b yang memungkinkan molekul itu berikatan denganpermukaan patogen. Molekul C4b kemudian mengikat C2, yangmembuat molekul itu lebih mudah dipecahkan oleh C1s. Fragmenbesar C2b merupakan protease aktif dari komponen C3 konvertase,yang memecahkan banyak molekul C3 sehingga terbentuk C3b danC3a. C3b berikatan dengan permukaan patogen sedangkan C3a

merupakan molekul yang memediasi inflamasi.


46/55

80

Jalur MB-lektin Homolog Dengan Jalur Klasik. Jalur MB-lektin menggunakan protein yang sangat mirip

dengan Cq1 untuk memicu serangkaian reaksi komplemen. Proteintersebut dikenal sebagai mannan-binding lectin (MBL) pathway, yangmerupakan kollektin, menyerupai Cq1. Mannan-binding lectin

mengikat residu manosa dan gula tertentu yang lain, yang akhirnyamembentuk susunan yang memudahkan terjadinya ikatan denganpatogen. Pada sel vertebrata untuk melindungi dari serangankomplem sel-selnya tertutup oleh gula lain terutama asam sialik. MBLdapat menginisiasi aktivasi komplemen dengan cara berikatan denganpermukaan patogen. Pada plasma individu yang normal konsentrasiMBL sangat rendah. Produksi MBL pada liver akan meningkat selamareaksi fas

Bab IV.pertahanan Tubuh

Documents

Transcript of Bab IV.pertahanan Tubuh