Komunikasi Antar Sel

TIM PENGAJAR BIOLOGI SEL FFUPNovember, 2012

PENDAHULUAN

Komunikasi antar sel mutlak diperlukan dalam organisasisel uni/multiseluler guna menciptakan keseimbangan dankeserasian aktivitasnya.

Pensinyalan Sel Sinyal yang diterima sel yang berasal darisel lain atau dari beberapa perubahan yang terjadi di lingkunganfisik organisme. Contoh jenis sinyal:

Sinyal elektromagnetik (misal: cahaya)

Sinyal mekanis (misal: sentuhan)

Sinyal kimiawi (yang paling umum dalam komunikasi sel)

Komunikasi dengan Isyarat Zat Kimia

• Terdapat dua kelompok sel, yaitu sel pemberi isyarat dan selsasaran;

• Untuk saling berkomunikasi, sel menggunakan beraneka ragam zatkimia dan berbagai teknik pemberian isyarat;

• Pada mikroorganisme seperti khamir dan protozoa, molekul-molekulyang disekresikan menyebabkan organisme bersel tunggal tersebutmengelompok untuk melakukan perkembang-biakan generatif atauuntuk diferensiasi apabila keadaan lingkungan berubah;

• Senyawa kimia yang dihasilkan oleh suatu organisme dapatmengubah perilaku organisme lain dalam satu species disebutferomon;

• Beberapa jenis hewan penghasil feromon, pada umumnyamenyebarkannya ke udara atau air, untuk menarik lawan jenisnya.

Komunikasi Sel Pada Ragi (Yeast)Sel ragi berkomunikasi untuk mating (kawin) / mengidentifikasi pasangannya.

Sel a mensekresikan mating factor a (sinyal kimiawi yang akan diterima olehreseptor spesifik pada sel α).Sel α mensekresikan mating factor α(sinyal kimiawi yang akan diterima olehreseptor spesifik pada sel a).

Proses mating / kawin (respons yang terjadisetelah kedua sinyal diterima oleh reseptorspesifik pada kedua sel.

Produk mating : sel a/α baru. membawa gen yang persis sama dengan kedua induknya.

Jalur Transduksi Sinyal

Proses diterimanya sinyal oleh reseptor di

permukaan sel hingga dihasilkannya respons

seluler spesifik disebut sebagai

jalur transduksi sinyal (signal transduction

pathway).

Terdapat dua cara komunikasi pada sel-sel hewan :

komunikasi menggunakan zat kimia yang disekresikan sebagaiisyarat;

komunikasi langsung, menggunakan fasilitas pertautan celah.

Pada hewan dan tumbuhan, isyarat ekstrasel mengatur pertumbuhansebagian besar jaringan, menentukan sintesis dan sekresi protein, dan mengatur komposisi cairan tubuh;

Isyarat ekstrasel di dalam tubuh hewan mempengaruhi tumbuh danperilaku secara menyeluruh;

Berdasarkan jauh/dekatnya sel yang berkomunikasi pensinyalanekstrasel terdiri dari:

Pensinyalan lokal/jarak dekat

Pensinyalan jarak jauh

Komunikasi Sel pada OrganismeMultiseluler

Pensinyalan Lokal/Jarak Dekat

Pensinyalan lokal / jarak dekat

Pensinyalan parakrin Sel pengirim mensekresimolekul pengatur lokal yang akan berdifusi melaluicairan ekstraseluler dan mempengaruhi sel yang berada didekatnya).

Pensinyalan sinapssel syaraf mensekresikansinyal kimiawi (neurotransmiter) yang akan berdifusimelalui sinaps ke sel target tunggal yang letaknyahampir bersentuhan dengan sel pengirim sinyal.

Pensinyalan autokrin sel sasaran adalah selpenghasil isyarat.

Pensinyalan Jarak Jauh Pensinyalan jarak jauh

Pensinyalan endokrin

Sel berkomunikasi jarak jauh denganpensinyalan hormon.

Contoh : kelenjar hipofisis yang menghasilkan FSH memiliki organ sasaran ovarium atau testis; sel ß-pankreas dengan insulinnya memilikiorgan sasaran hepatosit.

Untuk dapat mencapai sasarannyahormon tersebut disekresikan kedarah dan diangkut ke organ sasaran.

Contoh Pensinyalan HormonEarl W.Sutherland (1971) Dari penelitiannya disimpulkan adanya 3 tahapan pensinyalan.

Hormon epinefrin dapat merangsang pemecahan(depolimerisasi) polisakarida (glikogen) dalam hatidan otot.

Pengikatan epinefrin ke bagian luar protein reseptordalam membran plasma sel hati akan memicuserangkaian tahap/ langkah.

Epinefrin merangsang pemecahan glikogen denganmengaktifkan enzim sitosolik (glikogen fosforilasedan substratnya) hanya bila berada dalam sel utuh / in vivo (tidak berjalan bila dilakukan dalam botol / in vitro).

Tahapan Pensinyalan / Komunikasi Sel(Earl W. Sutherland dkk, 1971)

Penerimaan sinyal (reception) Pendektesian sinyal yang datang dari luar sel oleh sel target.

Sinyal kimiawi “terdeteksi” apabila sinyal itu terikat padaprotein reseptor seluler, biasanya pada permukaan sel yang bersangkutan.

Tranduksi Terikatnya molekul sinyal akan mengubah protein reseptor,

yang akan memicu terjadinya serangkaian tahapan (signal transduction pathway) yang dapat menimbulkan responseluler spesifik.

Respons Sinyal yang ditranduksi akhirnya memicu respon seluler

spesifik.

Tahapan Pensinyalan Sel

Transduksi

Tranduksi dapat terjadi dalam satulangkah tetapi dapat juga melaluibeberapa langkah melalui perbedaanjalur transduksi sinyal.

Molekul yang terlibat di sepanjang jalurtransduksi sinyal sering disebut molekulrelai.

Respons

Respons dapat berupa hampir seluruh aktivitasseluler, seperti katalisis oleh suatu enzim, penyusunan ulang sitoskelet atau pengaktifangen spesifik didalam nukleus.

Proses pensinyalan sel membantu memastikanbahwa aktivitas penting seperti ini terjadi pada selyang benar, pada waktu yang tepat dan padakoordinasi yang sesuai dengan sel lain dalamorganisme yang bersangkutan.

Pengikatan Sinyal pada Reseptor

Pengikatan Sinyal pada Reseptor

Molekul sinyal terikat pada protein reseptor, protein berubah bentuk.

Sel target memiliki molekul berupa protein reseptoryang akan mengenali molekul sinyal.

Molekul sinyal memiliki bentuk yang komplementerdengan tempat spesifik pada reseptor, seperti liganyang terikat pada reseptor atau substrat yang komplementer dengan sisi katalitik enzim.

17

Reaksi antara ligand dan reseptor merupakan suatu reaksikesetimbangan :

[Ligand] . [Receptor] Kd [Ligand-receptor complex]

Kd = konstanta disosiasi, tanda [ ] menunjukkan konsentrasi

Ikatan yang baik, terjadi bila afinitas tinggi, tetapi Kd rendah

Reseptor Sinyal

Dalam biokimia, suatu reseptor adalah suatu molekulprotein, yang melekat atau terdapat pada membranplasma atau sitoplasma dari sel, yang kepadanya dapatterikat suatu molekul pemberi isyarat (“sinyal”).

Molekul yang terikat kepada suatu reseptor disebut“ligand”yang dapat berupa suatu peptida (sepertineurotransmitter), hormon, obat, atau toksin.

Berdasarkan letaknya, reseptor sinyal terdiri dari:

• Reseptor Ekstraseluler

• Reseptor Intraseluler

Reseptor Membran/Ekstraseluler

Sebagian besar berupa protein membran plasma.

Umumnya larut dalam air, karena bila tidak larut akansulit melewati membran.

Reseptor ini akan menyalurkan informasi darilingkungan ekstraseluler ke bagian dalam sel denganmengubah bentuk atau mengumpul (membentukdimer) ketika ligan spesifik menempel padanya.

Jenis Reseptor Membran(Reseptor Ekstraseluler)

3 jenis reseptor membran berdasarkan cara kerjanya:

1. Reseptor terikat protein G.2. Reseptor tirosin kinase.3. Reseptor saluran ion.

I. Reseptor Terikat Protein G

Merupakan reseptor membran plasma yang bekerjadengan bantuan suatu protein yang disebut protein G.

Protein G ikatannya lemah dengan sisi sitoplasmikmembran, berfungsi seperti saklar (on/off) yang dapatdihidup dan dimatikan.

Bila Protein G berikatan dengan GDP maka protein akan in-aktif.

Bila Protein G berikatan dengan GTP maka protein akan aktif

Sistem Reseptor Terikat Protein G

Protein G sebagai “Saklar” On/Off

Sistem reseptor protein G sangat luas dan beragamfungsinya, seperti :

Sistem yang penting dalam perkembangan embrio. Pada manusia berkaitan dengan indera mata dan

penciuman. Dalam berbagai infeksi yang disebabkan oleh

bakteri ( kolera,batuk rejan, botulisme) karenainfeksi mendorong penderita menghasilkan racunyang akan mengganggu fungsi protein G.

Peran Reseptor Terikat Protein G

Reseptor ini merupakan salah satu reseptorutama yang dicirikan dengan adanya aktivitasenzimatik.

Bagian dari protein reseptor pada sisisitoplasmik membran berfungsi sebagai enzimyang disebut tirosin kinase.

Tirosin kinase mengkatalisis transfer gugusfosfat dari ATP ke asam amino tirosin padaprotein substrat

II. Reseptor Tirosin Kinase

Sistem Reseptor Tirosin Kinase

Sistem Reseptor Tirosin Kinase

Peran Reseptor Tirosin Kinase

Memegang peranan dalam proses pertumbuhan danreproduksi.

Reproduksi sel melibatkan beragam aktivitas yang dilakukan oleh bagian sel yang berbeda termasuk:

Sintesis protein dalam sitoplasma

Duplikasi kromosom dalam nukleus

Penyusunan elemen-elemen sitoskeleton yang membantu sel mengatur dan mengkoordinasikanaktivitasnya.

III. Reseptor Saluran Ion

Saluran ini merupakan pori protein dalam membran plasma yang membuka dan menutup sebagairespon terhadap sinyal kimiawi, yang membiarkan atau menghalangialiran ion tertentu seperti Na+ danCa2+.

Perubahan bentuk akanmenghasilkan perubahan padakonsentrasi ion tertentu.

Sering kali perubahan konsentrasimenyebabkan perubahan fungsi seldengan cara-cara tertentu.

Jenis Reseptor Lainnya(Reseptor Intraseluler)

Tidak semua reseptor berupa protein membrantetapi ada juga yang berupa protein sitoplasmik atau di nukleus sel target.

Molekul sinyal yang ditransmisikan harus dapatmelintasi membran plasma sel target harusberukuran kecil atau berupa lipid sehinggadapat terlarut dalam membran inti.

Contoh messanger kimiawi dengan reseptorintraseluler adalah hormon steroid danhormon tiroid pada hewan.

Contoh Hormon Steroid yang memiliki reseptorintraseluler:

Hormon Testosteron

Jalur Transduksi Sinyal

Jalur Transduksi Sinyal Tahap transduksi sinyal biasanya berupa jalur dengan

banyak tahap, hal ini menguntungkan karena: akan terjadi penguatan sinyal dimana sinyal yang masuk akan ditransmisikan ke banyak tempatsehingga di akhir proses akan terjadi aktivasi dibeberapa lokasi (molekul sinyal ekstra seluler yang sangat sedikit dapat menghasilkan respon yang besar)Satu sinyal menghasilkan banyak respons

Jalur dengan banyak tahap akan memberikankesempatan untuk melakukan koordinasi dan regulasilebih banyak lagi dibandingkan dengan carasederhana.

Jalur jalur merelai sinyal reseptor ke respons seluler

Pengikatan molekul sinyal ekstraselulerspesifik pada reseptor dalam membranplasma akan memicu langkah pertama dalamrantai interaksi molekuler yaitu jalurtransduksi sinyal yang akan menimbulkanrespon tertentu di dalam sel.

Reseptor yang diaktifkan akan mengaktifkanmolekul lain.

Interaksi protein merupakan tema yang menyatukan semua pengaturan pada tingkatsel

Fosforilasi Protein

Merupakan suatu pengaturan yang umum didalam sel.

Merupakan mekanisme utama dalam transduksisinyal.

Pengaktifan protein dilakukan dengan caramenambah atau mengurangi gugus fosfat didalamnya.

Enzim yang turut membantu perpindahan iniadalah protein kinase.

Kerja enzim protein kinase berbeda dengan enzim tirosin kinase.

Enzim protein kinase sitoplasmik bertindak tidak pada dirinya sendiri tetapi pada protein substrat lain. Dan menfosforilasi substratnya pada salah satu dari 2 asam amino serin atau treonin.

Serin/ treonin kinase memegang pengaruh yang sangat besar dalam jalur pensinyalan pada hewan, fungi , tumbuhan.

Second Messenger

Molekul kecil dan ion kecil tertentu merupakankomponen utama dalam jalur pensinyalan

Tidak semua komponen jalur pensinyalan adalahprotein.

Molekul kecil atau ion kecil non protein yang dapat larutdalam air disebut dengan mesenjer kedua ( Molekulsinyal ekstraseluler yang mengikat reseptor membranmerupakan “mesenjer pertama” ).

Karena mesenjer kedua ( AMP siklik) kecil larut dalamair,sehingga dapat mudah mengalir keseluruh seldengan berdifusi.

E.W.Sutherland menemukan epinefrin sebagai mesenjer pertama, sedangkan AMP siklik merupakan mesenjer kedua yang meneruskan si-

nyal dari membran plasma kemesin metabolik dalam sitoplasma. Pengikatan epinefrin pada membran plasma sel hati akan meningkatkan

konsentrasi senyawa adenosin monofosfat siklik yang disingkat AMP siklik atau cAMP. Enzim yang ada didalam membran plasma (adenil siklase) akan mengubah ATP menjadi cAMP sebagai respons terhadap sinyal ekstraseluler.

Adenil siklase menjadi aktif bila epinefrin terikat pada protein reseptor spesifik.

Epinefrin dan beberapa komponen seperti protein G,reseptor terkait protein G dan protein kinase akan memicu jalur yang melibatkan cAMP.

Metabolisme sempurna bila ada protein G yang akan menghimbibisi ( menghambat) adenilil siklase.

Molekul sinyal yang berbeda mengakibatkan reseptor yang berbeda yang mengaktifkan protein G inhibitoris

▓ Ion Kalsium dan Inositol Trifosfat

Banyak molekul sinyal pada neurotransmiter faktor pertumbuhandan sejumlah hormon,menginduksi respons pada sel target melalui jalur transduksi sinyal yang akan meningkatkan konsentrasi ion kalsiumsitolitik.

Kalsium digunakan sebagai mesenjer kedua daripada cAMP.

Peningkatan konsentrasi kalsium sitosolik akan meningkatkan respon pada sel hewan.

cAMP sebagai second messenger

Ca2+ sebagaisecond messenger.

Respon Seluler Terhadap Sinyal

Dalam merespon sinyal suatu sel dapatmengatur aktivitas`dalam sitoplasma atautranskripsi dalam nukleus.

Jalur yang rumit memperkuat dan menentukanrespons sel terhadap sinyal. Penguatan sinyal Kekhususan pensinyalan sel

Tanggapan oleh sasaran:

Isyarat memicu perubahan kegiatan beberapa enzim yang telah ada di sel sasaran.

- Tanggapan cepat-sebentar : senyawa-senyawa yang larut di dalam air dan masuk ke sel sasaran lewat reseptor yang terdapat di selaput sel.

- Tanggapan lambat-lama : isyarat berupa senyawa yang tidak larut di dalam air; diperlukan selama pertumbuhan dan diferensiasi.

Isyarat yang berupa hormon mungkin mempengaruhi sintesis, sekresi, dan degradasi hormon lain.

Kategori hormon : (1) berupa molekul besar yang bersifat lipofilik; (2) berupa molekul yang bersifat hidrofilik, juga memerlukan reseptorpada selaput sel; (3) berupa molekul kecil yang bersifat lipofilik, reseptor berada di sitosol.

SEKIAN