BAB I PENDAHULUAN 1.1 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 untuk 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. Sinyal-sinyal 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 hormon untuk perkembangan kanker dan jenis penyakit lain.
1.2 Rumusan masalah 1
Dari uraian latar belakang mengenai interaksi sel diatas, maka dapat ditarik beberapa rumusan masalah seperti: 1. 2. 3. 4.
Bagaimana cara interaksi sel? Apa saja metode komunikasi sel? Bagaimana tahapan komunikasi sel? Bagaimana sinyal antar sel yang diterima oleh second messenger?
1.3 Tujuan Dari beberapa rumusan masalah di atas, maka dapat ditentukan tujuan dari makalah ini, seperti berikut: 1. 2. 3. 4.
Untuk mengetahui cairan interaksi sel Untuk mengetahui apa saja metode komunikasi sel Untuk mengetahui tahapan komunikasi sel Untuk mengetahui sinyal antarsel yang diterima oleh second messenger
BAB II PEMBAHASAN
2
2.1 INTERAKSI SEL Salah satu keuntungan besar dalam organisme multiseluler yaitu terdapatnya kebebasan bagi sel-sel untuk mengadakan pengkhususan fungsinya demi kebaikan organisme sebagai satu kesatuan. Menurut Azhar(2008) Pengkhususan itu bisa berakibat pada dua kondisi yaitu: 1. Kematian sel: penimbunan sel-sel keratin dalam permukaan epidermis dan membentuk lapisan yang keras untuk melindungi tubuh terhadap lingkungan. 2. Pembentukan jaringan yang pada gilirannya berubah menjadi suatu organ. Semua sel dalam jaringan berhubungan dengan makromolekul diluar sel dinamakan matriks ekstraseluler. Sedangkan hubungan antar sel dapat melalui penghubung sel/cell junction. Selain untuk berkomunikasi, penghubung sel pun berfungsi mengisi celah ekstraseluler untuk meneruskan impuls. Ada 3 jenis penghubung sel (cell junction) yaitu: 1. Penghubung lekat (Adhering junction) Struktur ini biasanya dinamakan demosom. Ditemukan pada jaringan yang banyak mendapat tekanan mekanik seperti otot jantung, epidermis kulit, dan epitel rahim. Dalam sitoplasma sel ini biasanya terdapat kumpulan filamen (sitoskleton). 2. Penghubung tak tembus (Impermeable junction) Biasa disebut tight junction Berperan membentuk sawar dalam lapisan sel seperti pada epitel selaput lendir usus yang menyebabkan bahan makanan di ruang usus tidak dapat melalui celah diantara sel-sel epitel usus namun harus melalui membran sel yang langsung berhadapan dengan ruang usus. 3. Penghubung komunikasi (Communicating junction) Ada 2 jenis penghubung yaitu gap junction dan sinapsis. 3
Fungsinya sebagai alat komunikasi molekul dari satu sel ke sel
disekitarnya. Gap junction merupakan penghubung paling umum dari semua jenis
hewan dan manusia. Disusun oleh saluran-saluran kecil yang menghubungkan langsung ruang dalam dari kedua sel yang berdekatan. Permukaan kedua membran sel dipisahkan oleh celah selebar 2-4nm yang dinamakan konekson. Melalui konekson inilah terjadi perindahan molekul kecil
yang
larut
dalam
air
seperti
ion
anorganik,
asamamino,nukleotiddanvitamin. Sementara sinapsis merupakan penghubung komunikasi dengan cara salah satu pihak menghasilkan bahan kimia dan pihak lain menerima sinyal tersebut dan dipisahkan dengan celah sebesar 20 nm.
2.2 KOMUNIKASI SEL 2.2.1 Pengertian Menurut Prof. Subowo (2012) mengungkapkan bahwa komunikasi sel adalah proses penyampaian informasi sel dari sel pesinyal menuju ke sel target untuk mengatur pengembangan dan pengorganisasiannya menjadi jaringan, mengawasipertumbuhan
dan
pembelahannya
sertamengkoordinasikan
aktivitasnya. 2.2.2 Tipe penyampaian molekul sel dalam komunikasi sel
4
Gambar 2.1 Tipe penyampaian molekul sinyal (Campbell, 2008) a. Endokrin adalah sel target jauh dengan media hormon yang dibawa oleh pembuluh darah. b. Parakrin adalah sel penyekresi bekerja pada sel-sel target yang berdekatan dengan melepas molekul regulator lokal (misalnya faktor pertumbuhan ) kedalam cairan luar sel. c. Autokrin, adalah sel responsif terhadap substansi yang dihasilkan oleh sel itu sendiri atau dengan kata lain sel penghasil mediator berperan juga sebagai sel sasaran. d. Sinaptik adalah tipe pensinyalan jarak jauh melalui sistem persarafan. Sel saraf melepaskan molekul neurotransmiter kedalam sinapsis sehingga merangsang sel target.
A. Endokrin
B. Sinaptik
5
C. Parakrin
D. Autokrin Gambar 2.2 Pensinyalan lokal dan jarak jauh (Campbell, 2008)
2.2.3 Metoda penyampaian sinyal a. Komunikasi langsung yaitu komunikasi antar sel yang sangat berdekatan karena mentransfer sinyal listrik (ion-ion). b. Komunikasi lokal adalah komunikasi yang terjadi melalui zat kimia yang dilepaskan kecairan ekstrasel yang berdekatan ataupun kepada sel-sel yang berada jauh letaknya. c. Komunikasi jarak jauh adalah komunikasi yang berlangsung melalui sinyal listrik yang dihantarkan sel syaraf dan atau sinyal kimia (hormon dan neurohormon). d. Dengan membentuk gap junction sehingga terjadi hubungan sitoplasma dari kedua sel yang berkomunikasi tersebut.
2.2.4 Tahapan komunikasi dalam sel Dilihat dari perspektif sel yang menerima pesan, pensinyalan sel dibagi menjadi 3 tahapan yaitu: a.
Tahap penerimaan (reception) Pada tahapan ini sel target mendeteksi molekul sinyal yang berasal dari luar sel. Sinyal kimiawi terdeteksi ketika molekul sinyal berikatan
6
dengan protein reseptor yang terletak dipermukaan atau didalam sel. b.
Tahap pengikatan molekul (transduction) Pada tahap ini molekul sinyal memiliki bentuk yang komplamenter dengan situs reseptor yang melekat disitu seperti anak kunci dalam gembok atau substrat dalam situs katalitik suatu enzim. Molekul sinyal berprilaku seperti ligan, istilah molekul yang berikatan secara spesifik dengan molekul lain, seringkali yang berukurakan besar. Pengikatan ligan menyebabkan protein reseptor mengalami perubahan bentuk. Umumnya efek pengikatan ligan menjadi agregasi kedua atau lebih mengaktivasi reseptor lain berinteraksi dengan molekul lainnya.
c.
Tahap responsif (response) Pada tahapan ini sinyal yang ditrandusikan menyebabkan aktivitas selular seperti glikogen fospolirase, penyusunan ulang sitoskeleton ataupun aktivasi gen-gen spesifik dalam nukleus.
EXTRACELLULAR CYTOPLASM Plasma membrane FLUID Receptor Penerimaan
Transduksi
Respons Activation of cellular Relay molecules in a signal transduction response pathway
Signal molecule
2.2.5 Jenis-jenis reseptor dan pengaruhnya terhadap aktivitas sitoplasma
7
A. Reseptor dalam membran sel Sebagian besar molekul sinyal larut-air berikatan pada protein reseptor dalam membran sel.
Reseptor ini mentransmisikan informasi dari
lingkungan ekstraseluler ke bagian dalam sel dengan cara mengubah bentuk saat berikatan dengan ligan. Tiga tipe utama reseptor membran adalah: 1. Reseptor saluran/gerbang ion; misalnya pada molekul neurotransmitter 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. Signal Gate moleculeclose Ions d (ligand) Ligand-gated Plasma ion channel receptor Membrane Gate open Cellular response Gate close
2. Reseptor terikat enzim seperti tirosin kinase. Kinase adalah enzim yang mengkatalis transfer gugus fospat dari ATP ke asam amino tirosin.
8
Signal Signal-binding sit Signal Helix in the molecule molecule MembraneTyr Tyr Tyr Tyr TyrosinesTyr Tyr Tyr Tyr Tyr Receptor tyrosine kinase proteins CYTOPLASM (inactive monomers)
Tyr Tyr Tyr
TyrTyr TyrTyr TyrTyr
Dimer
Activated relayCellular proteins PTyrTyrP PTyrTyrP TyrTyr P Cellular P PTyrTyr Tyr TyrTyrP Tyr P response 1 PTyrTyr Activated tyrosineTyrTyr activated TyrP receptor 6Fully ATP 6PTyr ADP response 2 Inactive kinase regions tyrosine-kinase (unphosphorylated (phosphorylated relay proteins dimer) dimer)
3. Reseptor terkopel protein G 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 sub unit 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 bersufat sementara karena protein G juga berfungsi sebagai enzim GTP-ase maka sub unit α akan menghidrolisis GTP menjadi GDP. Karena kini tidak aktif lagi protein G meninggalkan enzim dan kembali ke kondisi awal.
9
Gambar 1
Gambar 2
B. Reseptor dalam intraseluler Reseptor ini terletak pada sitoplasma atau pada nukleus target. Untuk mencapai reseptor ini pembawa pesan kimiawi menembus 10
membran plasma sel target. Molekul sinyal yang dapat melakukan hal ini adalah hormon steroid dan tiroid karena termasuk pembawa pesan yang sifatnya hidrofobik. Reseptor intraseluler adalah reseptor protein yang tidak berada pada membran sel melainkan pada sitoplasma atau nukleus. Sinyal harus melewati membran plasma terlebih dahulu sebelum bertemu dengan reseptor jenis ini (karena ukuran molekul kecil dapat melewati membran atau merupakan lipid sehingga terlarut dalam membran). Sinyal kimiawi dengan reseptor intraseluler misalnya hormon steroid (testosteron) dan tiroid hewan yang berupa lipid serta molekul gas kecil oksida nitrat. Mekanisme jalur transduksi sinyal (jalur-jalur merelai sinyal dari reseptor ke respon seluler) seperti berikut: a) Molekul yang merelay sinyal dari reseptor ke respon disebut molekul relay (sebagian besar merupakan protein). b) Molekul sinyal awal secara fisik tidak dilewatkan jalur pensinyalan (molekul sinyal bahkan tidak pernah masuk sel). c) Sinyal direlai sepanjang suatu jalur, artinya informasi tertentu dilewatkan. Pada tiap tahap sinyal ditransduksi menjadi bentuk berbeda yaitu berupa perubahan konformasi suatu protein yang disebabkan oleh fosforilasi. Fosforilasi protein merupakan suatu cara pengaturan yang umum dalam sel dan merupakan mekanisme utama transduksi sinyal. Jalur pensinyalan bermula ketika molekul sinyal terikat pada reseptor eseptor ini kemudian mengaktifkan satu molekul relai, yang mengaktifkan protein kinase 1. Protein kinase 1 aktif ini mentransfer satu fosfat dari ATP ke molekul protein kinase 2 yang inaktif, sehingga akan mengaktifkan kinase kedua ini. Akibatnya, protein kinase 2 yang aktif ini mengkatalisis fosforilasi (dan aktivasi) protein kinase 3. Akhirnya protein kinase 3 aktif ini memfosforilasi protein yang menghasilkan respons akhir 11
sel atas sinyal tadi. Enzim fosfatase mengkatalisis pengeluaran gugus fosfat. Molekul kecil dan ion kecil tertentu merupakan komponen utama jalur pensinyalan (second messenger), seperti AMP siklik (cAMP) dan Ca2+, berdifusi melalui sitosol sehingga membantu memancarkan sinyal ke seluruh sel secara cepat.
Respon akhir sel terhadap sinyal ekstraseluler disebut respon keluaran. Respon sel terhadap sinyal berfungsi untuk mengatur aktivitas dalam sitoplasma atau transkripsi dalam nukleus. Kekhususan pensinyalan sel menentukan molekul sinyal apa yang akan diresponnya dan sifat responnya. Keempat sel dalam diagram merespon molekul sinyal dengan cara yang berbeda karena masingmasing memiliki kumpulan protein yang berbeda. Diagram sel A merupakan diagram jalur pensinyalan dengan satu respon tunggal. 12
Diagram sel B merupakan diagram jalur pensinyalan dengan jalur bercabang sehingga memunculkan dua respon yang berbeda. Diagram sel C merupakan diagram jalur pensinyalan dengan reaksi saling-sapa di antara kedua jalur yang membuat sel dapat memadukan informasi dari kedua sinyal yang berbeda. Diagram sel D merupakan diagram jalur pensinyalan dengan reseptor yang berbeda dengan reseptor pada sel A, B dan C.
2.2.6 Second Messenger Second messenger merupakan jalur pensinyalan yang melibatkan molekul atau ion kecil nonprotein yang terlarut dalam air, sedangkan molekul sinyal ekstraseluler
yang
mengikat
reseptor
first messenger.
13
membran
merupakan jalur
Second
messenger
dapat segera
menyebar
lebih kecil dan keseluruh
sel
terlarut dengan
dalam
air, sehingga
berdifusi
. Second
messenger berperan serta dalam jalur yang diinisiasi reseptor terkait protein-G maupun reseptor tirosin-kinase. Dua contoh second messenger yang paling banyak digunakan ialah: a.
AMP siklik Second messenger ini yang membawa sinyal yang diinisiasi epinefrin dari membrane plasma sel hati atau otot ke bagian dalam sel, dimana sinyal itu menyebabkan pemecahan glikogen. Pengikatan epinefrin pada membrane plasma sel hati akan meningkatkan senyawa adenosine monofosfatsiklik, yang disingkat AMP siklik atau cAMP. Camp ini diaktifkan oleh adenilat siklase yang mengkatalisa perombakan ATP. cAMP atau aliran ion tadi dapat membuat perubahan pada perilaku sel, dan mereka disebut messenger sekunder atau mediator intraseluler yang mana akan merangsang
metabolisme sel
lewat
aktivitas
protein
kinase. b.
Ion kalsium Banyak molekul sinyal pada hewan, termasuk neurotransmitter, faktor pertumbuhan dan sejumlah hormon menginduksi respon pada sel targetnya melalui jalur transduksi sinyal yang meningkatkan konsentrasi ion kalsium sitosolik. Peningkatan konsentrasi ion kalsium sitosolik menyebabkan banyak respon pada sel hewan. Sel menggunakan ion kalsium sebagai second messenger dalam jalur protein-G dan jalur reseptor tirosin kinase. Dalam merespon sinyal yang direlai oleh jalur transduksi sinyal, kadar kalsium sitosolik mungkin meningkat, biasanya oleh suatu mekanisme yang melepas ion kalsium dari RE biasanya jauh lebih tinggi daripada konsentrasi dalam sitisol. Karena kadar kalsium sitosol terendah, perubahan kecil pada jumlah absolute ion akan
14
menggambarkan
persentase
perubahan
konsentrasi kalsium.
15
yang
relative tinggi
pada
BAB III PENUTUP 3.1 KESIMPULAN Dari serangkaian penjelasan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa: Interaksi sel dibagi menjadi 3 macam, yaitu komunikasi tingkat langsung, pensinyalan parakrin, pensinyalan sinaptik,
dan pensinyalan endokrin/hormonal. Metode komunikasi dibagi menjadi
3
macam,
yaitu
komunikasi langsung, komunikasi lokal, dan komunikasi jarak
jauh. Proses komunikasi sel dibagi menjadi tiga tahap, yaitu
penerimaan (reception), transduksi dan respon. Mesenjer kedua merupakan jalur persinyalan yang melibatkan molekul atau ion kecil nonprotein yang terlarut-air. . Dua mesenjer kedua yang paling banyak digunakan ialah AMP siklik dan Ion kalsium.
16
DAFTAR PUSTAKA
Azhar, Tauhid Nur. 2008. Dasar-dasar Biologi Molekular. Bandung: Widya Padjadjaran . Campbell, dkk. 2002. Biologi Jilid I Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga. Campbell dan Reece. 2008. Biology Edisi 8. Jakarta: Erlangga Ganong. 2000. Fisiologi Kedokteran. Jakarta: EGC Guyton. 2003. Fisiologi Manusia dan Mekanisme Penyakit. Jakarta: EGC Raven, dkk. 2004.
BIOLOGY Seventh Edition. Boston: Mc Graw
Hill Subowo. 2012. Biologi Sel. Bandung: CV Angkasa Yatim, Wildan. 2006. Biologi Sel Lanjut. Bandung: Tarsito.
17
