Komunikasi Sel Kelompok 5.docx

KOMUNIKASI SEL

MAKALAH ILMIAH

Disusun Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Biologi Sel yang Dibina Oleh Dr. Umie Lestari, M.Si & Rifka Fachrunnisa, S.Pd., M.Ed.

Disusun Oleh : 1. Laila Maula Hasanah

(180341617516)

2. Rini Putri Suryono

(180341617570)

3. Risca Agustia

(180341617568)

4. Widad Lazuardi

(180341617519)

5. Wildan Sholihan Amien (180341617503)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PRODI PENDIDIKAN BIOLOGI MARET 201

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang Sel merupakan unit terkecil dari organisme. Sel tidak akan mampu bekerja dan membentuk sebuah jaringan bila tidak ada koordinasi antara satu dengan yang lain. Miliaran sel penyusun setiap makhluk hidup harus berkomunikasi untuk mengkoordinasikan aktivitasnya sedemikian rupa sehingga memungkinkan organisme itu berkembang. Mulai dari sel yang berkomunikasi terbentuk jaringan kemudian organ dan sistem yang menjalankan organisme untuk hidup. Dalam kehidupan makhluk hidup baik uniseluler atau multiseluler akan berinteraksi dengan lingkungannya untuk mempertahankan kehidupannya. Sinyalsinyal antar sel jauh lebih sederhana daripada bentuk-bentuk pesan yang biasanya dirubah oleh manusia. Sinyal yang diterima sel, yang berasal dari sel lain atau dari beberapa perubahan pada lingkungan fisik organisme, bermacam-macam bentuknya. Misalnya, sel dapat mengindera dan merespon sinyal elektromagnetik, seperti cahaya dan sinyal mekanis, seperti sentuhan. Akan tetapi sel-sel paling sering berkomunikasi satu sama lain dengan menggunakan sinyal kimiawi. Kajian tentang persinyalan sel membantu untuk menjawab sejumlah pertanyaan penting dalam biologis dan kedokteran, mulai dari perkembangan embriologis sehingga kerja hormone untuk perkembangan kanker dan jenis penyakit lain.

Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dari pembuatan makalah ini yaitu: 1. Bagaimana prinsip persinyalan umum persinyalan sel? 2. Bagaimana reseptor permukaan sel menyampaikan sinyal ekstraseluler? 3. Bagaimana proses pengaktifan komunikasi sel oleh resiptor berbahan enzim? 4. Apa itu G-Protein-coupled Receptors (GPCR) ? 5. Bagaimana fungsi dari G-Protein-coupled Receptors (GPCR) ?

2

Tujuan Adapun tujuan dari makalah ini adalah : 1. Untuk mengetahui cara interaksi sel 2. Untuk mengetahui apa saja metode komunikasi sel 3. Untuk mengetahui tahapan komunikasi sel 4. Untuk mengetahui sinyal antar sel yang diterima oleh second messenger 5. Untuk mengetahui apa itu G-Protein-coupled Receptors (GPCR) dan fungsi dari reseptor ini

3

PEMBAHASAN

Interaksi Sel Sistem komunikasi suatu sel berperan teramat penting dalam memnentukan respon seluler yang akan dilakukan oleh sel. Seluruh peristiwa yang terangkum dalam dogma biologi molekuler diawali oleh adanya aktivitas komunikasi. Untuk dapat menjalankan aktivitas komunikasi tersebut sebuah sel (eukariotik) dilengkapi berbagai jenis reseptor yang terdapat di membrane plasmanya. Reseptor ini biasanya meupakan bagian structural dari protein integral yang terdapat di sela-sela lemak lapis ganda. Sel berinteraksi dengan sel lain dengan cara komunikasi langsung atau dengan mengirimkan sinyal kepada sel target. Berikut macammacam interaksi sel : a. Komunikasi kontak langsung Sel dapat berkomunikasi dengan cara kontak langsung. Baik sel hewan maupun sel tumbuhan memiliki sambungan sel yang bila memang ada memberikan kontinuitas sitoplasmik diantara sel-sel yang berdekatan. Dalam hal ini, bahan pensinyalan yang larut dalam sitosol dapat dengan bebas melewati sel yang berdekatan. Disamping itu sel hewan mungkin berkomunikasi melalui kontak langsung diantara molekul-molekul pada permukaannya.

Gambar 1. Komunikasi antar sel

b. Pensinyalan parakrin Pada pensinyalan parakrin, sel pensekresi bertindak pada sel target didekatnya dengan melepas molekul pengatur local ke dalam fluida ekstraseluler.

4

Gambar 2. Proses sinyal paraklin

c. Pensinyalan sinaptik Pada pensinyalan sinaptik, sel saraf melepaskan molekul neurotransmitter ke dalam sinapsis antara sel lain.

Gambar 2. Pensinyalan kimiawi oleh neorotransmitter

d. Pensinyalan endokrin/ hormonal Hormone mensinyal sel target pada jarak yang lebih jauh. Pada hewan, sel endokrin terspesialisasi mensekresi hormone ke dalam cairan tubuh yaitu darah. Hormone dapat mencapai hamper seluruh sel tubuh, tetapi, jika dengan pengatur local. Hanya sel target spesifik yang mengenali dan merespons sinyal kimiawi yang diberikan.

Gambar 3. Pensinyalan hormonal

Metode Komunikasi Antar Sel Di dalam tubuh, terdapat tiga metode komunikasi antar sel, yaitu: 1. Komunikasi langsung, adalah komunikasi antar sel yang sangat berdekatan. Komunikasi ini terjadi dengan mentransfer sinyal listrik (ion-ion) atau sinyal

5

kimia melalui hubungan yang sangat erat antara sel satu dengan lainnya. Gap junction merupakan protein saluran khusus yang dibentuk oleh protein connexin. Gap junction memungkinkan terjadinya aliran ion-ion (sinyal listrik) dan molekul-molekul kecil (sinyal kimia), seperti asam amino, ATP, cAMP dalam sitoplasma kedua sel yang berhubungan. 2. Komunikasi lokal, adalah komunikasi yang terjadi melalui zat kimia yang dilepaskan ke cairan ekstrasel (interstitial) untuk berkomunikasi dengan sel lain yang berdekatan (sinyal parakrin) atau sel itu sendiri (sinyal autokrin). 3. Komunikasi jarak jauh: adalah komunikasi antar sel yang mempunyai jarak cukup jauh. Komunikasi ini berlangsung melalui sinyal listrik yang dihantarkan sel saraf dan atau dengan sinyal kimia (hormon atau neurohormon) yang dialirkan melalui darah.

Reseptor Di Bagian Pemukaan Sel Meneruskan Sinyal Ekstraseluler Melalui Jalur Sinyal Intraseluler Reseptor transmembran ini mendeteksi sinyal di luar dan menyampaikan pesan dalam bentuk baru, melintasi membran ke bagian dalam sel. Protein reseptor melakukan langkah transduksi sinyal primer: ia berikatan dengan sinyal ekstraseluler dan menghasilkan sinyal intraseluler baru sebagai respons.

Gambar 4. Penerusan sinyal ekstraseluler melalui jalur sinyal intraselular

Sebuah molekul yang diteruskan dimana pesan disampaikan dari satu molekul sinyal intraseluer ke yang lainnya, masing-masing diaktifkan sampai emzim metabolik bekerja, sitoskleton bergerak, atau gen diaktifkan atau dimatikan. Hasil akhirnya disebut respon sel.

6

Gambar 5. Sinyal memicu beberapa protein spesifik

Gambar 6.. Komponen jalur pensinyalan intraseluler melakukan beberapa fungsi penting

7

Beberapa protein pemberi sinyal intraseluler bertindak sebagai sakelar molekuler Penerimaan sinyal menyebabkan protein tersebut beralih dari keadaan tidak aktif ke keadaan aktif. Setelah diaktifkan, protein ini dapat mengaktifkan protein lain di jalur pensinyalan. Merekakemudian bertahan dalam keadaan aktif sampai beberapa proses lain mematikannya lagi.

Jika jalur pensinyalan ingin pulih setelah mentransmisikan sinyal dan membuatnya siap untuk mentransmisikan yang lain, setiap protein yang diaktifkan di jalur harus diatur ulang ke keadaan semula dan tidak distimulasi. Jadi, untuk setiap langkah aktivasi di sepanjang jalur, harus ada mekanisme inaktivasi. Protein yang bertindak sebagai saklar molekuler 1) Protein yang diaktifkan atau dinonaktifkan oleh fosforilasi. Untuk molekul-molekul ini, sakelar diteruskan ke satu arah oleh protein kinase, yang mengikat sebuah gugus fosfat ke protein sakelar, dan di arah lain oleh protein fosfatase, yang menarik kembali fosfat.

Gambar 7. Protein yang diaktifkan atau dinonaktifkan oleh fosforilasi.

2) Protein yang mengikat GTP Protein ini beralih antara keadaan aktif dan tidak aktif tergantung pada apakah mereka memiliki GTP atau PDB terikat pada mereka.

8

Gambar 8. Protein yang mengikat GTP

Reseptor Permukaan Sel Dibagi Menjadi Tiga Kelas Utama Reseptor ini dibagi menjadi tiga kelas utama yang berbeda dalam mekanisme transduksi yang mereka gunakan. 1) Ion-channel–coupled receptors, yang mungkinkan aliran ion melintasi membran plasma, yang mengubah potensial membran dan menghasilkan arus listrik. 2) G-protein–coupled receptors, yang mengaktifkan protein pengikat GTP trimerik yang terikat membran, protein G, yang kemudian mengaktifkan baik enzim atau saluran ion dalam membran plasma. 3) Enzyme-coupled receptors, yang bertindak sebagai enzim atau berhubungan dengan enzim di dalam sel. Ketika distimulasi, enzim mengaktifkan berbagai jalur pensinyalan intraseluler.

Gambar 9. Reseptor permukaan sel dibagi menjadi tiga kelas utama

9

Reseptor ion-channel-coupled mengubah sinyal kimia menjadi sinyal listrik Berfungsi dengan cara yang paling sederhana dan paling langsung. Reseptor-reseptor ini bertanggung jawab untuk transmisi (penerusan) sinyal yang melintasi sinapsis dalam sistem saraf. Mereka mentransduksi (mengubah) sinyal kimia, dalam bentuk pulsa neurotransmitter yang dikirim ke luar sel target, langsung menjadi sinyal listrik, dalam bentuk perubahan tegangan melintasi membran plasma sel target. Ketika neurotransmitter mengikat, jenis reseptor ini mengubah konformasi sehingga dapat membuka atau menutup saluran ion dalam membran plasma, memungkinkan aliran jenis ion tertentu, seperti Na+, K+, Ca2+, atau Cl- .

Gambar 10, Reseptor saluran ion berpasangan

G-Protein-Coupled Receptors (GPCR) G-Protein-Coupled Receptors (GPCR) adalah reseptor membrane plasmayang bekerja dengan bantuan protein G, protein yang mengikat molekul GTP yang kaya energi (Campbell, 2000). Reseptor ini dapat menerima sinyal dari ekstraseluler dengan berbagai macam struktur seperti protein, peptide kecil, turunan asam amino ataupun asam lemak. Setiap sinyal memiliki set reseptor yang berbeda-beda. Walaupun molekul sinyal yang mengikat GPCR berbeda-beda, namun semua GPCR memiliki struktur yang sama. GPCR terbuat dari rantai polipeptida tunggal yang berulir bolak-balik melintasi lipid bilayer tujuh kali (Alberts, B., dkk. 2010).

Gambar 11. Struktur G-Protein-Coupled receptors

10

Ratusan dari GPCR yang berbeda telah diidentifikasi. Contoh yang telh banyak dikenal meliputi reseptor β-adrenergik, reseptor asetilkolin tipe muskarinik, reseptor glutamat metabotropik, reseptor untuk pembauan pada sistem olfaktori, dan berbagai macam tipereseptor untuk hormone peptide. Rhodopsin, protein 7-transmembrane yang sensitif cahaya pada fotoreseptor retina, merupakan GPCR yang lain (Kurniawan, 2015)

Stimulasi GPCR mengaktifkan subunit G-Protein Ketika molekul sinyal ekstraseluler berikatan dengan GPCR, protein reseptor mengalami perubahan konformasi yang memungkinkannya mengaktifkan suatu Protein G terletak di bagian bawah membran plasma. Ada beberapa jenis protein G. Masing-masing spesifik untuk satu set reseptor tertentu dan satu set khusus enzim target atau saluran ion dalam membran plasma. Namun, semua protein G ini memiliki struktur umum yang sama dan beroperasi dengan cara yang serupa. Mereka terdiri dari tiga subunit protein yaitu, α, β, dan ϒ. Dua di antaranya ditambatkan ke membran plasma oleh ekor lipid pendek. Dalam keadaan tidak distimulasi, subunit memiliki GDP terikat padanya, dan protein G menganggur.

Gambar 12. Stimulasi GPCR mengaktifkan subunit GProtein: a) Aktifasi G-Protein, b) Inaktifasi G-Protein

Ketika ligan ekstraseluler berikatan dengan reseptornya, reseptor yang diubah mengaktifkan protein G dengan menyebabkan subunit mengurangi

11

afinitasnya terhadap GDP, yang kemudian ditukar dengan molekul GTP. Dalam beberapa kasus, aktivasi ini dianggap memecah subunit G-protein, sehingga subunit α yang diaktifkan, yang memegang GTPnya, terlepas dari kompleks βϒ, yang juga diaktifkan. Terlepas dari apakah mereka berdisosiasi, dua bagian protein G yang teraktivasi — subunit α dan kompleks bg — keduanya dapat berinteraksi langsung dengan protein target dalam membran plasma, yang pada gilirannya dapat meneruskan sinyal ke tujuan lain di dalam sel. Semakin lama protein target ini memiliki subunit α atau βϒ yang terikat padanya, semakin kuat dan semakin lama sinyal yang disampaikan. Jumlah waktu di mana subunit α dan βϒ tetap "dinyalakan" —dan karenanya tersedia untuk menyampaikan sinyal — dibatasi oleh perilaku subunit α. Subunit α memiliki aktivitas GTPase intrinsik, dan akhirnya menghidrolisis GTP terikatnya kembali ke GDP, mengembalikan seluruh protein G untuk konformasi aslinya, tidak aktif. Hidrolisis dan inaktivasi GTP terjadi dalam beberapa detik setelah protein G diaktifkan. Protein G yang tidak aktif sekarang siap untuk diaktifkan kembali oleh reseptor teraktivasi lainnya.

Beberapa G Protein secara langsung mengatur saluran ion Protein target yang dikenali oleh subunit G-protein adalah enzim atau saluran ion dalam membran plasma. Ada sekitar 20 jenis protein G mamalia, masing-masing diaktifkan oleh set reseptor permukaan sel tertentu dan didedikasikan untuk mengaktifkan set protein target tertentu. Dengan cara ini, pengikatan molekul sinyal ekstraseluler ke GPCR mengarah ke perubahan dalam kegiatan subset spesifik dari protein target yang mungkin dalam membran plasma, yang mengarah ke respons yang sesuai untuk sinyal itu dan jenis sel itu. Contoh regulasi protein-G saluran ion yaitu pada detak jantung hewan. Detak jantung pada hewan dikendalikan oleh dua set saraf: satu mempercepat jantung, yang lain memperlambatnya. Saraf yang menandakan perlambatan detak jantung melakukannya dengan melepaskan asetilkolin, yang berikatan dengan GPCR pada permukaan sel otot jantung. GPCR ini mengaktifkan protein G. Dalam hal ini, kompleks βϒ adalah komponen pensinyalan aktif. Ia berikatan dengan permukaan intraseluler saluran K + dalam membran plasma sel otot jantung, memaksa saluran

12

ion ke konformasi terbuka. Ini memungkinkan K + mengalir keluar dari sel, sehingga menghambat rangsangan listrik sel. Sinyal dimatikan — dan saluran K + tertutup kembali — ketika subunit tidak aktif dengan menghidrolisis GTP terikatnya, mengembalikan protein G ke keadaan tidak aktif.

Gambar 13. G-Protein mengatur aktifitas saluran ion

Beberapa G Protein mengaktifkan enzim yang terikat membran Dua enzim target paling sering untuk protein G adalah adenylyl cyclase, enzim yang bertanggung jawab untuk produksi molekul pensinyalan intraseluler kecil AMP siklik, dan fosfolipase C, enzim yang bertanggung jawab untuk produksi molekul pensinyalan intraseluler kecil inositol trisphosphate dan diacylglycerol. Kedua enzim ini diaktifkan oleh berbagai jenis protein G, sehingga sel-sel mampu memadukan produksi molekul pensinyalan intraseluler kecil dengan sinyal ekstraseluler berbeda. Molekul pensinyalan intraseluler kecil yang dihasilkan dalam kaskade ini sering disebut sebagai kurir kecil, atau kurir kedua ("kurir pertama" menjadi sinyal ekstraseluler); mereka diproduksi dalam jumlah besar ketika enzim yang terikat membran — seperti adenylyl cyclase atau phospholipase C — diaktifkan, dan mereka dengan cepat berdifusi menjauh dari sumbernya, menyebarkan sinyal. Molekul-molekul kurir kecil yang berbeda, tentu saja, menghasilkan respons yang berbeda pula.

13

Gambar 14. Pengaktivan protein enzim oleh protein G

Jalur AMP siklik dapat mengaktifkan enzim dan menghidupkan Gen Banyak sinyal ekstraseluler yang bekerja melalui GPCR mempengaruhi aktivitas enzim adenylyl cyclase dan dengan demikian mengubah konsentrasi AMP siklik molekul utusan kecil di dalam sel. Paling umum, G-protein yang diaktifkan subunit beralih pada adenylyl cyclase, menyebabkan peningkatan secara tiba-tiba dalam sintesis AMP siklik dari ATP (yang selalu ada dalam sel). Karena merangsang cyclase, protein G ini disebut Gs. Untuk membantu menghentikan sinyal, enzim kedua, yang disebut siklik AMP fosfodiesterase, dengan cepat mengubah AMP siklik menjadi AMP biasa .

Cyclic AMP adalah molekul yang larut dalam air, sehingga dapat, dalam beberapa kasus, membawa sinyal ke seluruh sel, bepergian dari situs pada membran di mana ia disintesis untuk berinteraksi dengan protein yang terletak di sitosol, di nukleus, atau di organel lainnya. Cyclic AMP memberikan sebagian besar efeknya dengan mengaktifkan enzim kinase bergantung protein cyclicAMP (PKA). Enzim ini biasanya tidak aktif dalam kompleks dengan protein lain. Pengikatan AMP siklik memaksa perubahan konformasi yang melepaskan kinase aktif. PKA yang teraktivasi kemudian mengkatalisis fosforilasi serin atau treonin tertentu pada protein intraseluler tertentu, sehingga mengubah aktivitas protein. Dalam jenis sel yang berbeda, set protein yang berbeda tersedia untuk difosforilasi, yang sebagian besar menjelaskan mengapa efek AMP siklik bervariasi dengan jenis sel target.

14

Gambar 15. Pemecahan Glikogen

Pada otot rangka, misalnya, adrenalin memicu peningkatan konsentrasi intraseluler AMP siklik, yang menyebabkan pemecahan glikogen — bentuk penyimpanan glukosa yang terpolimerisasi. Ini dilakukan dengan mengaktifkan PKA, yang mengarah ke aktivasi enzim yang mempromosikan pemecahan glikogen dan penghambatan suatu enzim yang mendorong sintesis glikogen. Dengan menstimulasi pemecahan glikogen dan menghambat sintesisnya, peningkatan AMP siklik memaksimalkan jumlah glukosa yang tersedia sebagai bahan bakar untuk aktivitas otot yang diantisipasi.

15

Gambar 16. jalur termediasi siklikAMP khas dari membran plasma ke nukleus

Dalam kasus lain, respons AMP siklik melibatkan perubahan ekspresi gen yang membutuhkan beberapa menit atau jam untuk berkembang. Dalam respons yang lambat ini, PKA biasanya memfosforilasi regulator transkripsi yang kemudian mengaktifkan transkripsi gen yang dipilih. Jadi, dalam sel endokrin di hipotalamus, peningkatan jumlah AMP siklik intraseluler merangsang produksi somatostatin, hormon peptida yang kemudian menekan pelepasan berbagai hormon oleh sel lain. Demikian pula, peningkatan konsentrasi AMP siklik di beberapa neuron di otak mengontrol produksi protein yang terlibat dalam beberapa bentuk pembelajaran.

Inositol Phosphoipid Pathway memicu peningkatan ca2 + intraseluler Mengaktifkan enzim fosfolipase C yang terikat pada membran alih-alih adenylyl cyclase. Setelah diaktifkan, fosfolipase C menyebarkan sinyal dengan membelah molekul lipid yang merupakan komponen membran plasma. Molekul ini adalah inositol fosfolipid (fosfolipid dengan inositol gula yang melekat pada kepalanya) yang hadir dalam jumlah kecil di setengah sitosol dari lapisan ganda lipid membran. Karena keterlibatan fosfolipid ini, jalur pensinyalan yang dimulai dengan aktivasi fosfolipase C sering disebut sebagai jalur inositol fosfolipid. Ini beroperasi di hampir semua sel eucaryotic dan dapat mengatur sejumlah protein

16

efektor yang berbeda. Jalur bekerja dengan cara berikut. Ketika fosfolipase C memotong kepala gula-fosfat dari inositol fosfolipid, itu menghasilkan dua molekul pensinyalan kecil: inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3) dan diacylglycerol (DAG). IP3, suatu gula fosfat yang larut dalam air, berdifusi ke dalam sitosol, sedangkan lipid diasilgliserol tetap tertanam dalam membran plasma. Kedua molekul memainkan peran penting dalam menyampaikan sinyal, dan kami akan mempertimbangkannya secara bergantian. IP3 yang dilepaskan ke dalam sitosol dengan cepat bertemu dengan retikulum endoplasma; di sana ia mengikat dan membuka saluran Ca2 + yang tertanam dalam membran retikulum endoplasma. Ca2 + yang disimpan di dalam retikulum endoplasma keluar ke dalam sitosol melalui saluran terbuka ini (gambar 16-25), menyebabkan peningkatan tajam dalam konsentrasi sitosol Ca2 + bebas, yang biasanya dijaga sangat rendah. Ca2 + ini pada gilirannya memberi sinyal ke protein lain, seperti yang dibahas di bawah ini. Diacylglycerol yang dihasilkan bersama dengan IP3 membantu merekrut dan mengaktifkan protein kinase, yang mentranslokasi dari sitosol ke membran plasma. Enzim ini disebut protein kinase C (PKC) karena ia juga perlu mengikat Ca2 + untuk menjadi aktif (lihat Gambar 16-25). Setelah diaktifkan, PKC memfosforilasi satu set protein intraseluler yang bervariasi tergantung pada jenis sel. PKC beroperasi dengan prinsip yang sama dengan PKA, meskipun sebagian besar protein yang dihipori-nya berbeda.

Gambar 17. Beberapa GPCR memberikan efeknya melalui protein G yang

17

Sinyal Ca2+ Memicu Banyak Proses Biologis Banyak pesan intraselular bergantung pada konsentrasi Ca2+ dalam sitosol dan dipicu oleh banyak jenis rangsangan contohnya, Ketika sperma membuahi sel telur, misalnya, saluran Ca2 + terbuka, dan peningkatan yang dihasilkan dalam sitosol Ca2 + memicu sel telur untuk memulai perkembangan Konsentrasi Ca2 + bebas dalam sitosol sel yang tidak distimulasi sangat rendah dibandingkan dengan konsentrasinya dalam cairan ekstraseluler dan retikulum endoplasma. Perbedaanperbedaan ini dipertahankan oleh pompa yang tertanam membran yang secara aktif memompa Ca2 + keluar dari sitosol — baik ke dalam retikulum endoplasma atau melintasi membran plasma dan keluar dari sel. Akibatnya, gradien elektrokimia curam Ca2 + ada di kedua membran retikulum endoplasma dan membran plasma Ketika sebuah sinyal membuka saluran Ca2 + secara sementara di salah satu dari membran ini, Ca2 + masuk ke dalam sitosol ke bawah gradien elektrokimia, memicu perubahan dalam protein respons Ca2 + yang responsif dalam sitosol. Pompa yang sama yang biasanya beroperasi untuk menjaga konsentrasi Ca2 + sitosolik rendah juga membantu untuk menghentikan sinyal Ca2 +. Efek Ca2 + dalam sitosol sebagian besar tidak langsung, dalam arti mereka dimediasi melalui interaksi Ca2 + dengan berbagai jenis protein responsif Ca2 +. Yang paling luas dan umum dari ini adalah calmodulin, yang hadir dalam sitosol dari semua sel eukariotik yang telah diperiksa, termasuk yang dari tanaman, jamur, dan protozoa. Ketika Ca2 + berikatan dengan calmodulin, protein mengalami perubahan konformasi yang memungkinkannya membungkus berbagai protein target dalam sel, mengubah aktivitasnya.

Gambar 18. Ca2+ mengubah bentuk protein kinase

18

Kaskade Pensinyalan Intraseluler Dapat Mencapai Kecepatan, Sensitivitas, Dan Kemampuan Beradaptasi Yang Mencengangkan Langkah-langkah dalam kaskade pensinyalan yang terkait dengan GPCR membutuhkan waktu lama untuk dijabarkan, tetapi seringkali hanya membutuhkan waktu beberapa detik untuk dieksekusi. Salah satu contoh yang mencengangkan adalah respons mata terhadap cahaya terang: hanya dibutuhkan 20 msec untuk sel fotoreseptor yang paling cepat merespons retina (kerucut fotoreseptor, yang bertanggung jawab untuk penglihatan warna pada cahaya terang) untuk menghasilkan respons listrik mereka terhadap kilatan cahaya yang tiba-tiba. Kecepatan ini tercapai meskipun diperlukan untuk menyampaikan sinyal melalui beberapa langkah kaskade pensinyalan intraseluler. Tetapi fotoreseptor juga memberikan ilustrasi yang indah tentang keuntungan positif dari kaskade pensinyalan: khususnya kaskade semacam itu memungkinkan penguatan spektakuler dari sinyal yang masuk dan juga memungkinkan sel untuk beradaptasi sehingga dapat mendeteksi sinyal dengan intensitas yang sangat bervariasi.

Reseptor Berbahan Enzim Seperti GPCR, reseptor yang ditambah enzim adalah protein transmembran yang menampilkan domain pengikatan ligan pada permukaan luar membran plasma. Alih-alih berasosiasi dengan protein G, domain sitoplasma dari reseptor dapat bertindak sebagai enzim itu sendiri atau membentuk kompleks dengan protein lain yang bertindak sebagai enzim. Reseptor yang dipisahkan oleh enzim ditemukan melalui perannya dalam respon terhadap protein sinyal ekstraseluler ('faktor pertumbuhan') yang mengatur pertumbuhan, proliferasi, diferensiasi, dan kelangsungan hidup sel dalam jaringan hewan. Sebagian besar protein sinyal ini berfungsi sebagai mediator lokal dan dapat bertindak pada konsentrasi yang sangat rendah. Respons terhadapnya biasanya lambat (sesuai urutan jamnya), dan mereka membutuhkan banyak langkah transduksi intraseluler yang akhirnya mengarah pada perubahan ekspresi gen. Akan tetapi, reseptor yang berpasangan enzim juga dapat memediasi rekonfigurasi langsung dan cepat dari sitoskeleton, mengendalikan cara sel mengubah bentuk dan bergeraknya. Sinyal

19

ekstraseluler untuk perubahan arsitektur ini seringkali bukan protein sinyal difusif, tetapi protein yang melekat pada permukaan tempat sel dirayapi. Gangguan pertumbuhan sel, proliferasi, diferensiasi, kelangsungan hidup, dan migrasi merupakan hal mendasar untuk kanker, dan kelainan dalam pensinyalan melalui reseptor yang ditambah enzim memiliki peran utama dalam perkembangan kelas penyakit ini. Kelas reseptor yang digabungkan dengan enzim terbesar terdiri dari mereka yang memiliki domain sitoplasma yang berfungsi sebagai protein tirosin kinase, memfosforilasi tirosin spesifik pada protein intraseluler tertentu. Reseptor semacam itu disebut reseptor tirosin kinase (RTK). Rtk Yang Diaktifkan Merekrut Kompleks Protein Pensinyalan Intraseluler Untuk melakukan tugasnya sebagai transduser sinyal, reseptor yang ditambah enzim harus mengaktifkan aktivitas enzim dari domain intraselulernya (atau dari enzim terkait) ketika molekul sinyal eksternal berikatan dengan ekstraselulernya. domain. Tidak seperti GPCR tujuh-pass, protein reseptor berpasangan enzim biasanya hanya memiliki satu segmen transmembran, yang diperkirakan menjangkau bilayer lipid sebagai satu heliks. Karena helix tunggal tidak cocok untuk mentransmisikan perubahan konformasi di seluruh lapisan ganda, reseptor yang ditambah enzim memiliki strategi berbeda untuk mentransduksi sinyal ekstraseluler. Dalam banyak kasus, pengikatan molekul sinyal menyebabkan dua molekul reseptor berkumpul di dalam membran, membentuk dimer. Kontak antara dua ekor reseptor intraseluler yang berdekatan mengaktifkan fungsi kinase mereka, dengan hasil bahwa masing-masing reseptor memfosforilasi yang lain. Dalam kasus RTK, fosforilasi terjadi pada tirosin spesifik yang terletak di ekor sitosTolik reseptor. Fosforilasi tirosin kemudian memicu perakitan kompleks pensinyalan intraseluler yang rumit pada ekor reseptor. Tirosin yang baru difosforilasi berfungsi sebagai tempat pengikatan untuk seluruh kompleks protein pemberi sinyal intraseluler — mungkin sebanyak 10 atau 20 molekul berbeda. Kebanyakan Rtk Mengaktifkan Ras Gtp-ase Monomer Seperti yang telah kita lihat, RTK aktif merekrut banyak jenis protein pensinyalan intraseluler dan membentuk kompleks pensinyalan besar. Salah satu pemain kunci dalam kompleks pensinyalan ini adalah Ras — protein pengikat GTP kecil yang

20

diikat oleh ekor lipid ke permukaan sitoplasma membran plasma. Protein Ras adalah anggota dari keluarga besar protein pengikat GTP kecil, sering disebut GTPase monomer untuk membedakannya dari protein G trimerik yang kami temui sebelumnya. Ras menyerupai subunit protein G dan berfungsi sebagai saklar molekuler dengan cara yang hampir sama. Ini siklus antara dua negara konformasi yang berbeda - aktif ketika GTP terikat dan tidak aktif ketika PDB terikat. Interaksi dengan protein pensinyalan yang diaktifkan mendorong Ras untuk menukar GDP-nya dengan GTP, sehingga mengalihkan Ras ke keadaan yang diaktifkan.

Gambar 19. Rtk mengaktifkan GTP-Ase monomer

Rtk Mengaktifkan Pi 3-Kinase Untuk Menghasilkan Lokasi Dok Lipid Dalam Membran Plasma Banyak protein sinyal ekstraseluler yang merangsang sel-sel hewan untuk bertahan hidup, tumbuh, dan berkembang biak bertindak melalui RTK. Ini termasuk protein sinyal milik keluarga insulin-like growth factor (IGF). Satu jalur pensinyalan yang sangat penting yang diaktifkan RTK untuk mendorong pertumbuhan dan kelangsungan hidup sel bergantung pada enzim fosfoinositida 3kinase (PI 3-kinase), yang memfosforilasi inositol fosfolipid dalam membran plasma. Lipid terfosforilasi ini menjadi tempat dok untuk protein pensinyalan intraseluler spesifik, yang berpindah dari sitosol ke membran plasma, di mana mereka dapat saling mengaktifkan. Salah satu yang paling penting dari protein pensinyalan yang direlokasi ini adalah serin / treonin protein kinase Akt, yang juga disebut protein kinase B, atau PKB.

21

Gambar 20. Aktivasi RTK yang menghasilkan lipid terfosforilasi

beberapa reseptor mengaktifkan jalur cepat ke nukleus Tidak semua reseptor yang ditambah enzim memicu kaskade pensinyalan kompleks yang membutuhkan kerja sama dari urutan protein kinase untuk membawa pesan ke nukleus. Beberapa reseptor menggunakan rute yang lebih langsung untuk mengontrol ekspresi gen. Beberapa hormon dan banyak mediator lokal yang disebut sitokin berikatan dengan reseptor yang dapat mengaktifkan regulator transkripsi yang disimpan dalam keadaan laten, tidak aktif di dekat membran plasma. Setelah dinyalakan, protein pengatur ini — disebut STATs (untuk transduser sinyal dan aktivator transkripsi) — langsung menuju inti, tempat mereka menstimulasi transkripsi gen tertentu. Berbeda dengan RTK yang merangsang kaskade pensinyalan yang rumit, sitokin dan reseptor hormon yang bergantung pada STATs tidak memiliki aktivitas enzim intrinsik. Sebaliknya, mereka berhubungan dengan kinase sitoplasma tirosin yang disebut JAKs, yang diaktifkan ketika sitokin atau hormon mengikat reseptor. Setelah diaktifkan, JAK memfosforilasi dan mengaktifkan STATs, yang kemudian bermigrasi ke nukleus, di mana mereka merangsang transkripsi gen target spesifik. Misalnya, hormon prolaktin, yang merangsang sel-sel payudara untuk membuat ASI, bekerja dengan cara mengikat reseptor yang dikaitkan dengan sepasang JAK tertentu. JAK ini mengaktifkan STAT tertentu yang kemudian menghidupkan transkripsi gen yang mengkode protein susu.

22

Gambar 22. Beberapa reseptor mengaktifkan jalur cepat ke nukleus

23

KESIMPULAN Dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Dapat mengetahui proses interaksi dalam sel 2. Dapat mengetahui metode dalam.komunikasi sel 3. Dapat mengetahui tahapan dalam komunikasi sel 4. Dapat mengetahui sinyal antar sel yang diterima oleh second messenger 5. Dapat mengetahui apa itu G-Protein-coupled Receptors (GPCR) dan fungsi reseptor tersebut

24

DAFTAR PUSTAKA Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. 2013. Essential cell biology. Garland Science. Kurniawan, S. N. 2015. Neuronal Signaling. Malang Neurology Journal, 1(2), 86-96.

Campbell, dkk. 2002. Biologi Jilid I Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga. Raven, dkk. 2004. BIOLOGY Seventh Edition. Boston: Mc Graw Hill. Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Jackson, R. B. (2014). Campbell biology (No. s 1309). Boston: Pearson.