biomedik - komunikasi sel

Komunikasi sel tentu melibatkan komponen-komponen dari sel itu sendiri. Setiap sel

mempunyai reseptor agar bisa “berkomunikasi” atau menerima sinyal yang dibawa oleh

molekul sinyal (ligan). Reseptor-reseptor sinyal sebagian besar merupakan protein

membran plasma yang tertanam dalam membran plasma sel. Protein reseptor ini

mentransmisikan informasi dari lingkungan ekstraseluler yang dibawa ligan ke bagian

dalam sel dengan cara berubah bentuk (beragregasi). Hal ini hanya terjadi saat protein

reseptor berikatan dengan ligan spesifik.1 Ligan yang berikatan dengan protein reseptor

ini disebut sebagai pembawa pesan pertama (first messenger).2 Protein reseptor membran

mempunyai tiga tipe utama, yaitu

A. Saluran Ion Bergerbang-Ligan (Ligand-Gated Ion Channel)

Pertama, reseptor ini mengikat ligan spesifik pada situs spesifik di sisi

ekstraselulernya. Reseptor ini kemudian berubah bentuk dan berperan layaknya

gerbang bagi ion spesifik. Gerbang ini dapat membuka dan menutup sehingga

memungkinkan atau menghalangi ion seperti Na+ atau Ca+ untuk masuk ke dalam

sel.3

Campbell, Reece, et al. Biologi. Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta: Erlangga. 2008. P.227.

B. Reseptor Tirosin Kinase (Receptor Tyrosine Kinase)

Pengertian dari kinase adalah enzim yang mengkatalis transfer gugus fosfat.

Sehingga yang dimaksud dengan tirosin kinase adalah enzim yang mengkatalis

transfer gugus fosfat dari ATP ke asam amino tirosin pada protein substrat.

Dengan kata lain, reseptor tirosin kinase adalah reseptor membran yang

melekatkan fosfat ke tirosin.4

Hal yang membedakan antara reseptor tirosin kinase dengan reseptor terkopel-

protein G adalah kemampuannya yang memicu banyak jalur hanya dengan satu

peristiwa pengikatan ligan. Reseptor tirosin kinase dapat mengaktivasi sepuluh

atau lebih jalur transduksi dan respons seluler yang berbeda hanya dengan satu

kompleks saja. 4


Sebelum berikatan dengan ligan, reseptor tirosin kinase merupakan

polipeptida individual. Reseptor tirosin kinase terbagi atas tiga bagian, yaitu situs

pengikatan ligan yang berada di bagian luar sel, heliks α yang melintangi

membran, dan ekor di bagian dalam sel yang mengandung banyak tirosin. Jika

terjadi pengikatan ligan, misalnya faktor pertumbuhan, dua polipeptida reseptor

akan berasosiasi membentuk dimer (dimerisasi). 4


Terjadinya dimerisasi membuat wilayah tirosin kinase menjadi aktif. Setiap

tirosin kinase kemudian menambahkan satu fosfat yang didapat dari ATP ke

tirosin pada ekor polipeptida. Protein reseptor yang telah teraktivasi seluruhnya

lalu dikenali oleh protein relai spesifik. Protein relai adalah protein yang berperan

dalam jalur transduksi. Protein relai pun berikatan dengan tirosin yang telah

terfosforilasi dan menjadi teraktivasi. Protein relai yang teraktivasi lalu berubah

bentuk dan memicu suatu jalur transduksi yang berujung pada respons seluler. 4

C. Reseptor Terkopel-Protein G (G Protein-Coupled Receptor)

Reseptor ini menggunakan bantuan dari protein

G. Protein G adalah protein yang mengikat molekul

GTP yang kaya akan energi. Struktur reseptor

terkopel-protein G memiliki struktur berupa

polipeptida yang memiliki tujuh heliks α yang

transmembran dan terdapat lengkung-lengkung

spesifik yang membentuk situs pengikatan untuk

ligan dan molekul protein G. 5


Protein G melekat pada membran plasma di sisi sitoplasmiknya (sisi yang

menghadap ke sitoplasma). Sumber energi protein G dapat berupa GTP dan GDP.

Ketika GDP berikatan dengan protein G, seperti pada gambar pertama, protein G

menjadi inaktif. 5

Ketika ligan berikatan dengan reseptor, reseptor pun berubah bentuk dan

berikatan dengan protein G yang inaktif. Hal ini membuat GTP menggantikan

GDP sehingga protein G menjadi aktif. 5


Selanjutnya, protein G yang telah teraktivasi terlepas dari reseptor dan

berikatan dengan suatu enzim. Hal ini mengubah bentuk dan aktivitas enzim

tersebut. Enzim ini lalu memicu langkah berikutnya yang berujung pada respons

sel. 5

Namun, protein G juga merupakan enzim GTPase sehingga perubahan pada

enzim dan protein G hanya sementara dan bersifat reversible. Protein G

menghidrolisis GTP yang melekat menjadi GDP sehingga protein G menjadi

inaktif kembali. GTPase memungkinkan padamnya jalur sinyal dengan cepat saat

ligan sudah tidak ada lagi. 5

Selain pembawa pesan pertama yang merupakan ikatan antara ligan dan protein

reseptor, sinyal juga dikomunikasikan melalui pembawa pesan kedua (second

messenger). Pembawa pesan kedua mentransmisi sinyal dari membran plasma ke mesin

metabolik dalam sitoplasma. Pembawa pesan kedua ini berupa ion. Ion adalah molekul

nonprotein berukuran kecil yang larut-air sehingga dapat menyebar dengan cepat ke

seluruh bagian sel dengan berdifusi. Pembawa pesan kedua yang sering digunakan adalah

AMP siklik (cAMP) dan ion kalsium, Ca2+.6

A. AMP Siklik (cAMP)

Kerja AMP siklik sebagai pembawa pesan kedua merupakan kelanjutan dari

transduksi sinyal dalam jalur pensinyalan protein G.

Seperti yang telah dijelaskan

sebelumnya, pembawa pesan pertama,

yang dalam gambar berupa epinefrin,

berikatan dengan reseptor. Reseptor lalu

berubah bentuk dan berikatan dengan

protein G yang masih inaktif. Ikatan ini

membuat GTP pada protein G

menggantikan GDP sehingga protein G

menjadi aktif. Protein G yang aktif

kemudian terlepas dari reseptor dan lalu

berikatan dengan suatu enzim, yang

dalam gambar berupa enzim adenilil siklase.

Selanjutnya, enzim adenilil siklase mengkatalisis sintesis banyak molekul

cAMP dengan cara mengubah ATP menjadi cAMP. Hal ini menyebabkan

konsentrasi cAMP dalam sel dapat bertambah hingga 20 kali lipat. cAMP lalu

memancarkan sinyal ini ke sitoplasma. Efek dari cAMP adalah aktivasi

serin/treonin kinase atau yang disebut protein kinase A. Protein kinase A lalu

memfosforilasi protein lain yang berujung pada respon selular. 6

Namun, setelah pembawa pesan pertama—epinefrin—menghilang, cAMP

diubah oleh enzim fosfodiesterase menjadi AMP atau menjadi tidak aktif lagi.

Begitu juga dengan enzim adenilil siklase yang menjadi tidak aktif lagi karena

aktivitas GTPase oleh protein G. Sedangkan yang menginaktivasi protein kinase

A adalah protein fosfatase yaitu dengan menyingkirkan gugus fosfat protein ini

(defosforilasi). 6

B. Ion Kalsium dan Inositol Trifosfat (IP3)

Ion kalsium adalah pembawa pesan kedua yang paling sering digunakan,

bahkan lebih sering daripada cAMP. Ligan menginduksi respon sel targetnya

melalui jalur transduksi yang meningkatkan konsentrasi ion kalsium (Ca2+) dalam

sitosol. Peningkatan konsentrasi ini yang kemudian menyebabkan respon dari sel

target. 7

Ion kalsium sebagai pembawa pesan kedua

dapat digunakan dalam jalur transduksi oleh

protein G maupun reseptor tirosin kinase.

Penyebab ion kalsium dapat menjadi pembawa

pesan kedua adalah karena konsentrasi dalam

sitosolnya yang jauh lebih rendah

dibandingkan di luar sel. Hal ini karena ion

kalsium selalu secara aktif ditranspor ke luar

sel dan diimpor secara aktif pula ke dalam

retikulum endoplasma. Sehingga konsentrasi

ion dalam RE pun lebih tinggi dibandingkan di

sitoplasma. 7 Campbell, Reece, et al. Biologi. Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta: Erlangga. 2008. P.234.


Awalnya, ligan berikatan dengan reseptor dan berperan sebagai pembawa

pesan pertama. Reseptor lalu berubah bentuk dan berikatan dengan protein G

yang masih inaktif. Ikatan ini membuat GTP pada protein G menggantikan GDP

sehingga protein G menjadi aktif. Protein G yang aktif kemudian terlepas dari

reseptor dan lalu berikatan dengan suatu enzim, yang dalam gambar berupa enzim

fosfolipase C. Fosfolipase C kemudian membelah fosfolipid pada membran

plasma, yang disebut PIP2, menjadi DAG (diacylglycerol) dan IP3 (inositol

triphosphate). IP3 kemudian menjadi pembawa pesan kedua dan berdifusi dalam

sitosol, sedangkan DAG menjadi pembawa pesan kedua di jalur lain. 7

IP3 kemudian berikatan dengan saluran kalsium bergerbang- IP3 pada

membran RE. Protein reseptor pada RE bertipe Saluran Ion Bergerbang-Ligan,

sehingga setelah IP3 berikatan dengan reseptor tersebut, gerbangnya pun terbuka

dan Ca2+ dari RE pun keluar ke sitosol. Hal ini menyebabkan konsentrasi Ca2+

dalam sitosol meningkat. Selanjutnya, Ca2+ mengaktivasi protein-protein

berikutnya yang berujung pada respon sel. 7

Mekanisme komunikasi sel dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu penerimaan,

transduksi, dan respons.8 Jalur dari transduksi sinyal dapat mengarah ke regulasi satu atau

lebih aktivitas selular. Respons dari jalur ini dapat berujung pada nukelus sel atau di

sitoplasma. Jalur pensinyalan yang berujung pada nukleus sel meregulasi sintesis protein.

Nukleus merespons sinyal dengan mengaktivasi suatu gen spesifik oleh faktor

pertumbuhan. Sedangkan, jalur pensinyalan yang berujung pada sitoplasma sel

meregulasi aktivitas protein. Contohnya, sitoplasma merespons sinyal dengan

merangsang penguraian glikogen oleh epinefrin.9

RESPONS DI NUKLEUS

Banyak jalur pensinyalan yang berujung pada nukelus dan menghasilkan respons

berupa sintesis protein. Contohnya adalah aktivasi suatu gen spesifik dalam sintesis

protein oleh testosteron.

Hormon testosteron termasuk hormon steroid.

Hormon steroid adalah molekul sinyal yang hidrofobik

dan cukup kecil untuk melintasi interior fosfolipid

membran. Protein reseptor testosteron berada di dalam

sel target namun hal ini bukanlah masalah karena

testosteron dapat menembus membran dan masuk ke

dalam sel. Testosteron lalu berikatan dengan protein

reseptornya dan mengaktivasi protein tersebut. Protein

reseptor yang telah aktif ini lalu memasukin nukleus

dan berperan sebagai faktor transkripsi. 1

Saat transkripsi, faktor transkripsi—yang

merupakan protein reseptor testosteron— menyalakan

dan memadamkan gen spesifik dalam nukleus. 9 Faktor

transkripsi ini mengontrol gen mana yang ditranskripsi

menjadi RNAduta. Setelah terbentuk, RNAduta pun

meninggalkan nukleus dan ditranslasi menjadi protein

spesifik dalam ribosom. Begitulah sintesis protein yang

terjadi sebagai bentuk respon sel. 10

Campbell, Reece, et al. Biologi. Edisi

Kedelapan Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

2008. P.230.

RESPONS DI SITOPLASMA

Selain meregulasi sintesis protein, jalur pensinyalan juga dapat meregulasi aktivitas

protein dengan memengaruhi secara langsung protein yang berfungsi di luar nukleus.

Contohnya respons sitoplasma sel hati terhadap pensinyalan hormon epinefrin yang

berujung pada penguraian glikogen menjadi glikolisis.

Epinefrin yang dihasilkan oleh kelenjar adrenal

berikatan dengan reseptor terkopel-protein G. Hal

ini menyebabkan reseptor menjadi berubah bentuk

dan kemudian berikatan dengan protein G yang

masih inaktif. Karena ikatan ini, GDP pada protein

G digantikan oleh GTP yang mengaktifkan protein

G tersebut. Protein G yang telah aktif kemudian

terlepas dari reseptor dan berikatan dengan enzim

adenilil siklase. Enzim adenilil siklase kemudian

merubah ATP menjadi cAMP yang merupakan

second messenger. Setiap adenilil siklase merubah

100 ATP menjadi 100 cAMP.

Setiap cAMP lalu berikatan dengan protein kinase A dan mengaktifkannya. Protein

kinase A yang aktif lalu berikatan dengan enzim fosforilase kinase. Protein A juga

mentrasfer suatu fosfat dari ATP ke enzim fosforilase kinase sehingga mengaktifkan

enzim ini. Proses ini disebut fosforilasi. Enzim fosforilase kinase yang aktif kemudian

berikatan dengan enzim glikogen fosforilase dan juga menfosforilasinya. Setelah

difosforilasi, enzim glikogen fosforilase pun aktif. Enzim glikogen fosforilase kemudian

berikatan dengan glikogen dan menfosforilasinya. Glikogen yang difosforilasi pun

berubah menjadi glukosa-1-fosfat.

1. Campbell, Reece, et al. Biologi. Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

2008. P.227.

2. Campbell, R eece, et al. Biologi. Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

2008. P.232.


2008. P.227.


2008. P.228.


2008. P.229.


2008. P.232-233.


2008. P.233-234.


2008. P.225.


2008. P.235.


2008. P.230.

11.

biomedik - komunikasi sel

Documents