Pensinyalan Sel dalam Tubuh Manusia Silvia Gunawan 102014043 A5 Mahasiswi Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana Jl. Arjuna Utara No. 6 Jakarta Barat 11510 Email :
[email protected]
Abstrack Cell communication serves to coordinate the activities undertaken by the cells. Cells will not be able to work and to form a network when there is no coordination between one another. Signaling cell or cell communication is the ability of cells to interact between one cell to another cell or between the cell with its environment. In signaling cell, the external signal is converted into a response in the cell. Signaling cell process starts from the reception signal then the signal transduction that creates a response. Method of communication between cells that direct communication, local communication, and remote communication. There are types of signaling cell which is namely signaling paracrine, endocrine, and synaptic. To be able to run the communication cell, a cell is equipped with various types of receptors located in the plasma membrane. Receptors located in the cell membrane covering the G-protein receptors, tyrosine kinases receptor, ion channels and receptors. Keyword : signaling cell, signal transduction, response, cell membrane receptors Abstrak Komunikasi sel berfungsi untuk mengkoordinasikan aktivitas yang dilakukan oleh sel-sel. Sel tidak akan mampu bekerja dan membentuk sebuah jaringan bila tidak ada koordinasi antara satu dengan yang lain. Pensinyalan sel atau komunikasi sel merupakan kemampuan sel untuk berinteraksi antara satu sel dengan sel yang lain ataupun antara sel dengan lingkungannya. Dalam pensinyalan sel, sinyal eksternal diubah menjadi respon di dalam sel. Proses pensinyalan sel dimulai dari penerimaan sinyal kemudian transduksi sinyal
sehingga memunculkan respon. Metode komunikasi antar sel yaitu komunikasi langsung, komunikasi lokal, dan komunikasi jarak jauh. Jenis-jenis pensinyalan sel yaitu pensinyalan parakrin, endokrin, dan sinaptik. Agar sel dapat berkomunikasi, sebuah sel dilengkapi berbagai jenis reseptor yang terdapat di membran plasmanya. Reseptor yang terdapat pada membran sel meliputi reseptor G-protein, reseptor tirosin kinase, dan reseptor saluran ion. Kata kunci : pensinyalan sel, transduksi sinyal, respon, reseptor membran sel Pendahuluan Komunikasi sel berfungsi untuk mengkoordinasikan aktivitas yang dilakukan oleh sel-sel. Sel merupakan unit terkecil penyusun 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. Komunikasi antar sel berperan penting untuk pengaturan dan pengendalian kegiatan sel, jaringan, dan organ tubuh. Dalam membentuk jaringan terdapat dua mekanisme dasar untuk menjaga integritas sel-sel menjadi satu-kesatuan, baik kesatuan struktural maupun kesatuan fungsional. Integritas struktural dicapai melalui struktur hubungan antar sel, sedang integritas fungsional dicapai melalui mekanisme komunikasi antar sel. Komunikasi antar sel melibatkan sel pengirim sinyal dan sel sasaran yang menerima sinyal melalui molekul reseptor.1 Informasi yang dihantarkan sepanjang sel saraf berbentuk potensial aksi. Penghantaran informasi dari sel saraf ke sel target berlangsung melalui sinaps, yang dikenal sebagai transmisi sinaps. Sedangkan komunikasi kimiawi berlangsung lebih lambat namun efeknya lebih lama. Komunikasi saraf dan komunikasi kimiawi dapat terjadi secara tumpang tindih. Beberapa zat kimia seperti neurotransmitter, hormon, dan neurohormon tidak dapat menembus sel. Informasi yang akan dihantarkan harus diubah dulu oleh protein membran sel ke sinyal kimia di dalam sel.2 Pensinyalan Sel Pensinyalan sel atau komunikasi sel merupakan kemampuan sel untuk berinteraksi antara satu sel dengan sel yang lain ataupun antara sel dengan lingkungannya, sehingga selsel yang ada di dalam tubuh dapat menjalankan tugasnya dengan baik. 1 Komunikasi sel
adalah suatu hal yang diperlukan bagi organisme, dimana sinyal eksternal diubah menjadi respon di dalam sel. Sel berkomunikasi dengan melepas pembawa pesan. Dalam tubuh manusia terdapat dua jenis komunikasi antar sel, yaitu komunikasi melalui saraf dan komunikasi kimiawi. 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 merespons sinyal elektromagnetik, seperti cahaya dan sinyal mekanis, seperti sentuhan.1 Akan tetapi sel-sel paling sering berkomunikasi satu sama lain dengan menggunakan sinyal kimiawi. Selain komunikasi antar sel, ada juga komunikasi intra sel yaitu komunikasi yang terjadi di dalam sel. Komunikasi intra sel merupakan proses pengubahan sinyal di dalam sel itu sendiri.2 Sistem komunikasi suatu sel berperan penting dalam menentukan respon seluler yang akan dilakukan oleh sel. Seluruh peristiwa yang terangkum dalam dogma biologi molekuler diawali oleh adanya aktivitas komunikasi. Untuk dapat menjalankan komunikasi tersebut sebuah sel eukariotik dilengkapi berbagai jenis reseptor yang terdapat di membran plasmanya. Reseptor ini biasanya meupakan bagian struktural 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.3 Komunikasi sel berperan penting dalam menyelenggarakan homeostasis karena tubuh harus senantiasa memantau adanya perubahan-perubahan nilai berbagai parameter, lalu mengkoordinasikan respons yang sesuai sehingga perubahan yang terjadi dapat diredam. Untuk itu sel-sel tubuh harus mampu berkomunikasi satu dengan lainnya. Komunikasi antar sel merupakan media yang menopang pengendalian fungsi sel atau organ tubuh. Pengendalian yang paling sederhana terjadi secara lokal (intrinsik) yaitu dengan komunikasi antar sel yang berdekatan. Pengendalian jarak jauh (ekstrinsik) lebih kompleks dan dimungkinkan melalui refleks yang dapat melibatkan sisitem saraf (lengkung refleks) maupun sistem endokrin (pengaturan umpan balik).3 Proses Pensinyalan Sel Proses pensinyalan sel dibagi menjadi tiga tahap, yaitu: 1. Penerimaan sinyal Penerimaan sinyal merupakan pendeteksian sinyal yang datang dari luar sel oleh sel target. Sel kimiawi terdeteksi apabila sinyal tersebut terikat pada protein seluler, biasanya
pada permukaan sel yang bersangkutan. Pada umumnya, molekul sinyal adalah substansi kimia yang dihasilkan oleh sel, namun molekul sinyal juga bisa berupa nutrisi, cahaya dan efek mekanik dari luar sel. Biasanya molekul sinyal berbentuk molekul kecil, seperti asam amino, peptida, dan protein.4 Sel target dapat menggunakan berbagai mekanisme intra sel untuk menanggapi peningkatan konsentrasi sinyal ekstra sel atau mengubah suatu sinyal pendek menjadi respon yang panjang dan lama. Dengan cara tersebut, sel melakukan adaptasi atau mengubah kepekaannya terhadap sinyal sehingga dapat tetap berespon walaupun konsentrasi molekul sinyal mengalami perubahan yang bermakna.4 2. Transduksi sinyal Ikatan antara molekul sinyal dan reseptor mendorong terjadinya proses transduksi sinyal, yaitu perubahan sinyal mekanik atau kimia menjadi bentuk lainnya. Proses transduksi sinyal dilakukan oleh enzim dalam hubungannya dengan pembentukan pembawa pesan kedua. Transduksi sinyal diawali dengan pengikatan molekul sinyal mengubah protein reseptor. Tahap transduksi ini mengubah sinyal menjadi suatu bentuk yang dapat menimbulkan respon seluler spesifik. Tujuannya adalah penguatan (amplifikasi) pesan molekul sinyal. Kerja pembawa pesan kedua yaitu mempengaruhi molekul sensor dan efektor di dalam sel yang akan mendorong proses fosforilasi protein pada substrat tertentu. Fosforilasi akan membangkitkan respon atau tanggapan sel target. Respon sel target dapat berupa proliferasi, diferensiasi, sekresi, kontraksi, metabolisme, fertilisasi dan eksitabilitas membran sel.3,4 Secara singkat, langkah-langkah transduksi sinyal yaitu dimulai dari sintesis molekul sinyal oleh sel yang memberi sinyal. Kemudian pelepasan molekul sinyal oleh sel yang memberi sinyal dan transpor sinyal oleh sel target. Lalu pengikatan sinyal oleh reseptor spesifik yang menyebabkan aktivasi reseptor tersebut. Inisiasi satu atau lebih jalur transduksi sinyal intrasel dan perubahan spesifik fungsi, metabolisme, atau perkembangan sel. Kemudian pembuangan sinyal yang mengakhiri respon sel.4 Transduksi sinyal meliputi aktifitas sebagai berikut :
Pengenalan berbagai sinyal dari luar terhadap reseptor spesifik yang terdapat pada
permukaan membran sel. Penghantaran sinyal melalui membran sel ke dalam sitoplasma. Penghantaran sinyal kepada molekul efektor spesifik pada bagian membran sel atau efektor spesifik dalam sitoplasma. Hantaran sinyal ini kemudian akan menimbulkan
respon spesifik terhadap sinyal tersebut. Respon spesifik yang timbul tergantung pada jenis sinyal yang diterima. Respon dapat berupa peningkatan atau penurunan aktifitas enzim-enzim metabolik, rekonfigurasi sitoskeleton, perubahan permeabilitas membran sel, aktifasi sintesa DNA, perubahan ekspresi genetik atupun program apoptosis.5 3. Respon Pada tahap akhir yaitu respon, sinyal ditransduksi akhirnya memicu respon tertentu dalam sel. Sinyal yang ditransduksi akhirnya memicu respon seluler spesifik. Respon ini dapat berupa aktivitas seluler seperti katalisis oleh suatu enzim, penyusunan ulang sitoskeleton, atau pengaktifan gen spesifik di dalam nukleus. Proses pensinyalan sel mebantu memastikan bahwa aktivitas penting seperti ini terjadi pada sel yang benar, pada waktu yang tepat, dan pada koordinasi yang sesuai dengan sel lain dalam organisme yang bersangkutan.5
Metode Komunikasi antar Sel 1. Komunikasi langsung Komunikasi langsung adalah komunikasi antar sel yang sangat berdekatan. Komunikasi ini terjadi dengan mentransfer sinyal listrik (ion-ion) atau sinyal 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.6 2. Komunikasi lokal Komunikasi lokal adalah komunikasi yang terjadi melalui zat kimia yang dilepaskan ke cairan ekstra sel (interstitial) untuk berkomunikasi dengan sel lain yang berdekatan (sinyal parakrin) atau sel itu sendiri (sinyal autokrin).6 3. Komunikasi jarak jauh 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.6 Jenis-Jenis Pensinyalan Sel 1. Pensinyalan parakrin (jarak dekat) Parakrin merupakan tipe komunikasi sel jarak lokal yang tidak memerlukan kontak langsung dengan sel target dan molekul-molekul pesan mencapai sel target dengan cepat
melalui proses difusi. Pada pensinyalan parakrin, sel pensekresi bertindak pada sel target di dekatnya dengan melepas molekul pengatur lokal ke dalam fluida ekstraseluler. Molekul sinyal parakrin bekerja lokal, langsung dekat dengan sel. Molekul sinyal parakrin yang dilepaskan oleh sebuah sel hanya berpengaruh terhadap sel target yang berada di sekitarnya. Salah satu contoh sinyal parakrin adalah impuls elektrik yang dilepaskan oleh neuron ke sel saraf yang lain dan dari neuron ke sel otot.7 Saat teraktivasi oleh sinyal parakrin dari sel saraf lain, neuron mengirimkan impuls elektrik secara cepat di sepanjang akson, ketika impuls mencapai ujung akson, ujung saraf akan mensekresikan sinyal kimiawi yang disebut neurotransmiter. Proses transduksi oleh akson memungkinkan sel saraf untuk melakukan regulasi terhadap sel target seperti sel otot yang terletak jauh sekali dari pusat saraf. Contoh pensinyalan parakrin yaitu sel folikel menghasilkan estrogen yang hanya diketahui oleh sel folikel saja.7 2. Pensinyalan endokrin (jarak jauh) Sel target endokrin jauh. Molekul sinyal endokrin disebut hormon. Hormon mempunyai jarak tempuh yang sangat jauh dari organ endokrin tempat sintesis molekul dengan sel target. Hormon dilepaskan ke dalam aliran darah, dalam kadar yang rendah akan beraksi pada sel target yang tersebar di seluruh tubuh. Sel target memiliki reseptor dengan daya ikat tinggi sehingga dapat menarik hormon dari aliran darah. Sinyal hormon umumnya bersifat menahun, dalam artian akan bekerja dalam jangka waktu yang lama. Contoh pensinyalan endokrin yaitu komunikasi hipofisis ke gonad, harus menggunakan substansi tertentu untuk menghantarkan sinyal.8 3. Pensinyalan sinaptik (sistem saraf) Penyampaian sinyal sinaptik dapat dilakukan dengan cara protein dari suatu sel berikatan langsung dengan protein lain pada sel lain. Pada pensinyalan sinaptik, sel saraf melepaskan molekul neurotransmiter ke dalam sinapsis antar sel lain. Neurotransmiter dilepaskan ke dalam celah sinaps yang berjarak hanya beberapa nanometer dari membran sel pascasinaps. Namun ada juga yang membentuk sinyal jarak jauh karena akson yang menghubungkan sel sebelum dan pascasinaps berjarak beberapa sentimeter. Pada umumnya reseptor neurotransmiter mempunyai daya ikat yang rendah dibandingkan reseptor untuk hormon. Di celah sinaps, konsentrasi neurotransmiter harus sangat tinggi dan sinyalnya
beraksi dalam waktu singkat karena segera diakhiri dengan cepat oleh hidrolisis atau ditangkap kembali oleh prasinaps.8 Proses pensinyalan sinaptik dipicu oleh kedatangan impuls saraf (potensial aksi) dan melalui proses yang sangat cepat. Potensial aksi ini membuat ion kalsium (Ca2+) masuk melalui Voltage-Dependent Calcium Channels (VDCC) atau gerbang berupa selaput plasma yang permeabilitas terhadap ion kalsium pada presinaptik. Ion kalsium ini akan bersatu dengan protein pada vesikel sehingga berporifusi. Hal ini akan menyebabkan vesikel terbuka dan melepaskan neurotransmitter ke dalam sinapsis. Neurotransmiter akan bersatu dengan neurotransmitter reseptor pada pos sinaptik dan membuka katupnya. Katup ini akan memasukkan ion kalsium ke sel pos sinaptik. Ion ini yang akan memacu neurotransmiter di pos sinaptik untuk menghasilkan impuls saraf baru. Neurotransmiter reseptor dengan segera tertutup kembali.7,8 Reseptor Membran Sel Dalam biokimia, reseptor adalah molekul protein yang menerima sinyal kimia dari luar sel yang mengarahkan kegiatan sel seperti membelah atau mengizinkan molekul tertentu untuk masuk atau keluar sel. Reseptor dapat terikat pada membran sel, sitoplasma, atau nukleus, yang masing-masing hanya dapat dilekati oleh jenis molekul sinyal tertentu. Molekul pemberi sinyal yang melekat pada suatu reseptor disebut ligan, yang dapat berupa suatu peptida atau molekul kecil lain seperti neurotransmiter, hormon, obat, atau toksin. Sebagian besar molekul sinyal larut air berikatan pada protein reseptor dalam membran sel. Reseptor dalam membran sel mentransmisikan informasi dari lingkungan ekstraseluler ke bagian dalam sel dengan cara mengubah bentuk saat berikatan dengan ligan. 9 Reseptor yang terdapat pada membran sel meliputi : 1. Reseptor G-protein Reseptor G-protein merupakan suatu reseptor pada sel membran yang mempunyai tujuh heliks transmembran. Penyaluran sinyal yang timbul setelah reseptor G-protein berikatan dengan ligan, baru mungkin terjadi bila G-protein ikut berperan aktif untuk mempengaruhi efektor yang berada di bawah pengaruhnya. Reseptor terkopel protein G adalah reseptor membran plasma yang bekerja dengan bantuan protein G, protein yang mengikat molekul GDP/GTP yang kaya energi. Banyak molekul sinyal yang berbeda menggunakan reseptor terkopel protein G. Struktur molekulnya
terdiri dari 7 heliks α, β danγ transmembran. Dalam keadaan tidak aktif protein G mengikat GDP (guanosin diposfat) melalui subunit α dipermukaan dalam dinding sel. Saat molekul sinyal berikatan dengan sisi ekstraseluler maka protein G akan bergeser melepaskan GDP dan diganti oleh molekul GTP. GTP kemudian mengaktivasi subunit α untuk melepaskan diri dan berikatan dengan efektor lain yaitu adenilil siklase. Saat itulah memicu langkahnya pada respon seluler. Perubahan pada enzim dan protein G juga bersifat sementara karena protein G juga berfungsi sebagai enzim GTP-ase maka subunit α akan menghidrolisis GTP menjadi GDP. Karena tidak aktif lagi, protein G meninggalkan enzim dan kembali ke kondisi awal sehingga siap digunakan kembali.9 2. Reseptor tirosin kinase (RTK) Reseptor yang terdapat pada membran sel terkadang bukan hanya suatu protein yang bekerja sebagai reseptor saja, namun juga merupakan suatu enzim yang mampu menambah grup fosfat kepada residu tirosin spesifik dari protein itu sendiri. Kinase adalah enzim yang mengkatalisis transfer gugus fospat dari ATP ke asam amino tirosin. Reseptor tirosin kinase (RTK) adalah reseptor yang memiliki aktivitas kinase pada protein tirosin, yaitu mengkatalisis transfer fosfat dari ATP ke gugus hidroksil (OH) tirosin pada protein target. Reseptor ini merupakan reseptor membran yang terdapat dalam jumlah cukup banyak (terbanyak kedua setelah reseptor G-Protein). RTK merupakan protein transmembran yang memiliki tempat ikatan ligan pada sisi luar membran plasma dan hanya memiliki satu segmen transmembran, atau dikatakan berbentuk monomer. Reseptor tirosin kinase (RTK) merupakan keluarga reseptor yang memiliki struktur yang mirip satu sama lain. Keluarga reseptor ini memiliki satu tirosin kinase domain, yaitu yang akan memfosforilasi protein pada residu tirosin, satu hormon domain pengikat, yaitu tempat ikatan dengan ligan atau hormon, dan satu segmen karboksil terminal dengan tirosin ganda untuk autofosforilasi. Contoh reseptor yang tergolong reseptor tirosin kinase antara lain adalah reseptor-reseptor faktor pertumbuhan.9 3. Reseptor saluran ion Reseptor ini terdiri dari satu molekul sederhana atau gabungan molekul-molekul kompleks dan memiliki kemampuan untuk memperbolehkan lewatnya atom-atom yang memiliki muatan atau disebut juga dengan ion. Regulasi saluran ion dipengaruhi oleh kehidupan dalam sel dan fungsinya dalam keadaan normal dan patologik. Satu molekul ion dapat merubah bentuknya dan mengontrol aliran arus dalam durasi sepersekian detik.
Pembukaan dan penutupan satu saluran ion dapat dilakukan dengan diameter sekecil satu ion natrium atau ion klorida. Beberapa saluran ion diregulasi oleh reseptor yang terlokalisasi pada satu bagian molekul yang selama aktivasi akan merubah bentuknya. Reseptor molekul ion misalnya pada molekul neurotransmiter yang dilepaskan sinapsis antara dua sel saraf berikatan dengan saluran ion sehingga menyebabkan saluran membuka dan memicu timbulnya sinyal listrik yang merambat ke sel penerima.9 Pembahasan Skenario Skenario A Suatu malam sekitar pukul 01.30 dini hari, Ani terbangun mau buang air kecil. Pada saat keluar dari kamar Ani melihat bayangan seseorang sedang memasuki rumahnya lewat jendela. Ani langsung berdiri tertegun, pucat dan ketakutan. Dari skenario tersebut respon Ani yaitu Ani berdiri tertegun dan pucat karena ketakutan melihat bayangan seseorang sedang memasuki rumahnya. Komunikasi sel adalah suatu hal yang diperlukan bagi organisme, dimana sinyal eksternal diubah menjadi respon di dalam sel. Sistem komunikasi suatu sel berperan penting dalam menentukan respon seluler yang akan dilakukan oleh sel. Proses pensinyalan sel dimulai dari penerimaan sinyal kemudian transduksi sinyal sehingga memunculkan respon, yaitu berdiri tertegun dan pucat. Kesimpulan Pensinyalan sel atau komunikasi sel merupakan kemampuan sel untuk berinteraksi antara satu sel dengan sel yang lain ataupun antara sel dengan lingkungannya. Komunikasi sel berfungsi untuk mengkoordinasikan aktivitas yang dilakukan oleh sel-sel. Dalam pensinyalan sel, sinyal eksternal diubah menjadi respon di dalam sel. Proses pensinyalan sel dimulai dari penerimaan sinyal kemudian transduksi sinyal sehingga memunculkan respon. Jenis-jenis pensinyalan sel yaitu pensinyalan parakrin, endokrin, dan sinaptik. Agar sel dapat berkomunikasi, sebuah sel dilengkapi berbagai jenis reseptor yang terdapat di membran plasmanya. Reseptor yang terdapat pada membran sel adalah reseptor G-protein, reseptor tirosin kinase, dan reseptor saluran ion. Daftar Pustaka 1. Campbell NA. Biologi. Edisi ke-5. Jakarta: Erlangga; 2004. h.202-19 2. William DS, Jaime SC. Biologi molekuler dan sel. Jakarta: Erlangga; 2006. h.97-102.
3. Azhar TN. Dasar-dasar biologi molekular. Bandung: Widya Padjadjaran; 2008. 4. Campbell NA, Reece JB. Biologi. Edisi ke-8. Jakarta: Erlangga; 2008. h.222-6. 5. Subowo. Biologi sel. Bandung: CVAngkasa Subowo; 2012. 6. Poli PS. Komunikasi sel dalam biologi molekular. Jakarta: EGC; 2012. 7. Karyanto A. Mekanisme kinerja hormon. Lampung: UNILA; 2005. 8. Saryono. Biokimia hormon. Yogyakarta: Nuha Medika; 2009. 9. Poedjiadi A. Dasar-dasar biokimia. Jakarta: UI-Press; 2009.
