Biokimia: Komunikasi Intercellular dan Intraseluler

Biokimia Komunikasi Intercellular dan Intraseluler

• Kaskade transduksi sinyal adalah langkah-langkah dalam komunikasi sinyal.
• Klasifikasi sinyal menjelaskan bagaimana sinyal dirambatkan di seluruh tubuh.
• Kaskade transduksi sinyal adalah bagian penting dari komunikasi sel.
• Diagnosis dan terapi gangguan sinyal adalah aspek penting dari kedokteran modern.
• Aksi hormon melibatkan hormon tiroid, hormon steroid, homeostasis kalsium, dan hormon pankreas.
• Neurotransmiter, sitokin, dan prostaglandin adalah molekul pensinyalan penting.
• Aktivitas sel hidup dikoordinasikan pada setiap tingkat organisasi melalui sistem sinyal kimia yang kompleks.
• Komunikasi intrasel dipertahankan melalui sintesis atau perubahan zat yang berbeda, seperti jalur metabolisme yang diatur melalui kontrol umpan balik.
• Intercell com terjadi melalui mediasi kimia pembawa pesan dan melalui elektrokimia yang ditransmisikan melalui neuron.
• Ada 6 langkah dalam proses komunikasi sel: sintesis, sekresi/pelepasan, transportasi, pengikatan ke reseptor, reaksi/efek pasca pengikatan, dan degradasi sinyal.
• Gangguan pada setiap langkah dalam proses komunikasi sel dapat menyebabkan kegagalan koordinasi aktivitas kehidupan.
• Gangguan sintesis dapat menyebabkan masalah koordinasi sistem, seperti pada ovarektomi atau kondisi seperti AIDS dan IDDM.
• Gangguan pada sinyal pasca pengikatan reseptor dapat memengaruhi pengaturan keseimbangan kalsium plasma.

Hipofungsi dan Hiperfungsi

• Hipofungsi kelenjar dapat disebabkan oleh pengrusakan atau pemblokiran.
• Hipofungsi hormon dapat disebabkan oleh pemblokiran atau degradasi.
• Hipofungsi reseptor dapat disebabkan oleh antibodi antagonis atau cacat.
• Hiperfungsi kelenjar dapat disebabkan oleh tumor atau hiperplasia.
• Hiperfungsi hormon dapat disebabkan oleh produksi ektopik atau iatrogenik.
• Hiperfungsi reseptor dapat disebabkan oleh antibodi atau stimulasi.

Hirarki Sinyal

• Sistem sinyal yang berbeda saling terhubung dan membentuk hierarki, sumbu hipofisis-hipotalamus dikendalikan oleh sistem saraf pusat.
• Sel saraf di hipotalamus melepaskan aktivator (liberin) atau inhibitor (statin).
• Pembuluh darah pendek mengirimkan sinyal ke kelenjar.
• Biosintesis dan pelepasan tropin dapat dirangsang atau dihambat.
• Kelenjar perifer dirangsang untuk mensintesis sinyal yang memberikan efek Target-Seluler.
• Sinyal menghambat sintesis atau sekresi sinyal lain dalam regulasi kaskade tory (umpan balik negatif).
• Anggota sumbu sinyal termasuk tiroksin, kortisol, ekstradiol, progesteron, dan testosteron.

Hirarki Hormon

• Hipotalamus mengeluarkan liberin yang memicu pituitari untuk melepaskan tropin.
• Tropin bekerja pada kelenjar perifer.
• Hormon kelenjar memberikan umpan balik negatif ke hipotalamus dan pituitari.
• GnRH dilepaskan oleh hipotalamus, yang merangsang pituitari anterior untuk melepaskan FSH dan LH.
• FSH bekerja pada folikel, dan LH bekerja pada korpus luteum.
• Folikel menghasilkan estradiol, dan korpus luteum menghasilkan progesteron.
• Estradiol dan progesteron bekerja pada uterus, kelenjar susu, dan karakteristik seks sekunder.
• Stimulus lingkungan tunggal dapat menghasilkan serangkaian sinyal.
• Sinyal-sinyal ini dapat meningkat dalam jumlah dan memengaruhi sebagian besar sel dalam tubuh.
• Sistem lain dapat beroperasi secara serupa dengan melepaskan Hs yang berbeda.
• Jumlah akhir sel target yang terkena mungkin besar atau kecil, bergantung pada distribusi reseptor.
• Sistem terkait melibatkan post – pit Hs, oksitosin & vasopresin (ADH) : disintesis dalam hypoth. & disimpan di post-pit: pelepasan dengan neurophysin.
• Sistem umpan balik negatif memastikan bahwa tingkat Hs akhir yang cukup tinggi telah disekresikan ke dalam sirkulasi.
• Kontrol ketat pada pengoperasian kaskade terjadi dengan menanggapi sinyal stimulasi/umpan balik negatif dan berada responsif terhadap lingkungan hormonal.
• Urutan kejadian yang dimulai dengan rasa takut atau nyeri terpicu, dengan infeksi: SCN (sistem saraf pusat).

Kaskade Sinyal Hormonal

• Sinyal lingkungan eksternal interna memicu sistem saraf pusat.
• Transmisi listrik atau kimiawi membawa sinyal ke hipotalamus.
• Hipotalamus mengeluarkan hormon pelepas (ng).
• Adenohipofisis mengeluarkan hormon pituitari anterior (µg).
• Kelenjar target mengeluarkan hormon utama (µg-mg).
• Respons hormonal terjadi dan menciptakan umpan balik jangka pendek, panjang, atau ultra pendek.
• Hipotalamus mengeluarkan oksitosin dan vasopresin yang diangkut secara axonal ke neurohipofisis dan dilepaskan.
• Ini menyebabkan kontraksi uterus, laktasi, dan keseimbangan air.

Sistem Kaskade

• Sistem kaskade memperkuat sinyal tertentu.
• Stimulus dapat berasal dari lingkungan eksternal atau internal dalam organisme.
• Sinyal ditransmisikan sebagai pulsa listrik atau kimia lalu diteruskan ke sistem limbik: hipotalamus.
• Kelenjar di bawah otak (kelenjar target) mengeluarkan hormon rahasia terakhir yang memengaruhi berbagai target sel.
• Umpan balik negatif pada situs yang memproduksi sinyal menengah.
• Jumlah sinyal yang dihasilkan semakin meningkat pada tiap tahap dengan paruh sinyal yang lebih panjang.
• Tekanan lingkungan adalah stres tunggal (suhu, kebisingan, trauma, dll).

Stres Lingkungan

• Hasilnya adalah sinyal ke sistem limbik.
• Ini menandakan hypoth untuk melepaskan CRH (ng, t ½ beberapa menit).
• CRH → sistem portal → pit anterior → melepaskan ACTH & β-lipotropin (µg, lebih lama t 1/2).
• ACTH → korteks adrenal : sintesis dan pelepasan kortisol dalam 24 jam (mg, t substansial 1½)
• Kortisol diambil oleh sel target yang memediasi respons transkripsional spesifik dan efek sistemik.
• Kortisol memberikan umpan balik pada sel tingkat tinggi.

Keistimewaan Sinyal

• Ada dua kelompok hormon:
  • kelompok I (steroid, iodotironin, kalsitriol, retinoid)
  • kelompok II (polipeptida, protein, glikoprotein, katekolamin)
• Zat dalam kelompok I bersifat lipofilik, sedangkan zat dalam kelompok II bersifat hidrofilik.
• Kelompok I memiliki protein pengangkut, waktu paruh yang panjang jam atau hari, dan reseptor intraseluler.
• Senyawa kategori II tidak memiliki protein pengangkut, memiliki masa hidup yang singkat yang diukur dalam menit, dan memiliki reseptor perantara dengan membran plasma CAMP, CGMP, Ca2+, DAG IP3kinase-cascades.
• Hormon peptida merangsang pelepasan tirotropin dari pituitari anterior.
• Kortikotropin adalah hormon pituitari anterior yang merangsang sintesis steroid adrenokortikal di korteks adrenal.
• Vasopresin adalah hormon pituitari posterior yang meningkatkan tekanan darah dan meningkatkan reabsorpsi air oleh ginjal.
• Insulin dan glukagon adalah hormon pankreas yang merangsang penyerapan dan penggunaan glukosa dan produksi glukosa.
• Epinefrin dan tiroksin adalah hormon yang mengontrol respons terhadap stres dan merangsang metabolisme.
• Kortisol dan aldosteron adalah hormon yang mengatur pemanfaatan glukosa, tekanan darah, dan retensi natrium.
• B-estradiol dan testosteron adalah hormon yang mengatur aktivitas jaringan reproduksi wanita dan pria.
• Hormon progesteron mengatur aktivitas organ reproduksi wanita selama siklus menstruasi dan kehamilan.

Klasifikasi Sinyal

• Sinyal dapat diklasifikasikan berdasarkan jarak sinyal dan kelarutan.
• Berdasarkan jarak tersebut meliputi autokrin, parakrin, endokrin dan neurokrin.
• Autokrin terjadi ketika sel mengeluarkan hormon atau mediatro lain yang bekerja pada sel yang sama.
• Parakrin terjadi ketika sel mensekresikan hormon atau mediator lain yang bekerja pada sel-sel terdekat.
• Endokrin terjadi ketika sel mengeluarkan hormon atau mediator lain yang bekerja pada sel yang jauh.
• Neurokrin terjadi ketika sel saraf mengeluarkan neurotransmiter yang bekerja pada sel-sel target di dekatnya.
• Kelarutannya (lipofilik dan hidrofilik).
• Sinyal lipofilik larut dalam lemak, sedangkan sinyal hidrofilik larut dalam air.
• Komposisi kimia hormon adalah turunan polipeptida, steroid atau asam amino.
• Sejumlah turunan polipeptida hormon termasuk insulin, glukagon, hormon pertumbuhan, dan prolaktin.
• Sejumlah turunan steroid hormon termasuk kortisol, aldosteron, estradiol, dan testosteron.
• Sejumlah turunan asam amino hormon seperti epinefrin, norepinefrin, tiroksin, dan triiodotironin.
• Lokasi reseptor untuk polipeptida, steroid dan asam amino.
  • reseptor permukaan
  • reseptor intraseluler
  • steroid: nukleus
• Untuk molekul pembawa pesan: intraseluler : kompleks ligan - reseptor.
• Permukaan-rek : - C-AMP, c-GMP, Ca2+, IP3 - protein kinase : tirosin kinase.

Jenis III: Transmebr, Pr, Transfer Sinyal

• Melalui G-PRs atau α-subunit mengikat GTP/GDP (G-GDP istirahat).
• H-R -> perubahan konformasi R -> G-PR berhubungan dengan R (GDP -> GTP)
• Lalu R melepaskan aktivasi yang diaktifkan G-Pr -> berdisosiasi menjadi α & β-γ
• Kemudian kompleks GTP-aktif memicu pembentukan mess ke-2, subunit a-subunit menghidrolisis GTP dengan GDP kembali ke konformasi aslinya. Tergantung pada jenis G-Pr: α-subunit - mengaktifkan Siklase Ad (G5) : ATP -> c-AMP (intracell C-AMP). α-subunit merangsang phosphodiesterase c-GMP -> c-GMP. α-subunit terikat pada saluran ion : K+ / Ca2+ saluran -> pembukaan saluran! α-subunit mengaktifkan fosfolipase P-lipase C : menghidrolisis PIP2 -> IP3 + DAG - IP3 pindah ke E.R.
• Mengaktifkan pelepasan Ca2+: DAG mengaktifkan PKC di membr - fosforilasi ser & thr protein (Ca2+) -> mengubah aktivitas! Peran Ca2+ sebagai penyeranta ke-2. dimediasi oleh kalmodulin Kalmodulin : PR kecil (17 Kda : 148 AA) - dua domain kompak yang dihubungkan. oleh a-helix - Ca2+ situs pengikatan. Ca-calmod : menjadi aktif : masuk ke dalam interaksi regulasi dengan PRs / enzim mengatur aktivitas :
• Protein kinase
• Pompa ion
• Degradasi glikogen
• Konsentrasi otot

Reseptor Insulin (Tipe 1)

• α-subunit : di luar sel membran : tempat pengikatan insulin.
• B-subunit: di dalam membran sel (sitoplasma).
• Kompleks IR: urutan aktivasi: Perubahan konformasi memfosforilasi tyr res diβ-subunit (autofosfor)
• mengaktifkan aktivitas tyr kinase mengaktifkan / menenkan aktivitas enzim dalam kontak dengan rek / transduksi protein : rangkaian kejadian : kaskade intrasel:tingkat tinggi amplifikasi.
• Hasil - serangkaian efek metab jangka pendek : 1 penyerapan glukosa) efek jangka panjang pada diferensiasi dan pertumbuhan sel

Insuline 2ndMessenger

• Dikembangkan pada sel membran : turunan glikoinositol Dilepaskan ke sitosol merangsang P-PR-fosfatase
• mendefosforilasi berbagai enzim mengurangi gerus Fosfot (pengaktif / penghambat) 2nd messenger & aktivitas fosforilasi langsung dari kinase R tyr kinase: Jolaskan pergerakan transporter glukosa dari sel ke jaringan : meningkatkan penggunaan glukosa dalam sel Paradoxal effect insulin pada fosforilasi protein Insulin : aktivasi kinase & fosfatase
• generasi 2ndmessenger : mengaktifkan ser/thr fosfatase (langsung / tidak langsung) - stimulasi kaskade protein kinase :fosforilasi protein sell

Mekanisme Keja C-AMP

• Hormon yang bekerja melalui C-AMP : TSH, ACTH, LH, SH, PTH.
• Epinefrin, vasopresin, glukagon, kalsitonin C-AMP : efektor alosterik Pr kinase A PKA : tetramer (bentuk tidak aktif) : 2C – 2R
• Sel-sel interm-pit berada di bawah kendali (+) norepinefrin. Semua produk diekspresikan secara bersamaan dalam sel yang terpisah: Berdasarkan kontak : - protease spesifik - kontrol metabolik spesifik.
  • regulator positif yang berbeda
• Rangsangan dan produk berbeda

Kelenjar Hipofisis Anterior dan Posterior

• Hormon polipeptida hipofisis anterior termasuk hormon pertumbuhan (GH), hormon perangsang tiroid (TSH), hormon adrenokortikotropik (ACTH), dan B-lipotropin (B-LTH), prolaktin (PRL).
• Gen yang mengkodekan sinyal dan hormon berasal dari post-pit yang mengkode vasopresin, oksitosin
• Proopiomelanocortin: prekursor hormon yang mengkode: ACTH, §-LTH, : γ -LTH, : γ-MSH, a-MSH,§-MSH, CLIP, §-endorfin, enkephalins.

Hormon dari Asam

• Hormon yang berasal dari asam amino: epinefrin, tiroksin adalah epinefrin.
• Disintesis dari tyr/phe di medula adr (sel kromafin)
• Sekresi Ditandai Oleh Respons Saraf Terhadap Stres Trans Diberikan kepada adr. med oleh neuron kolinergik asetil preganglionik yang dilepaskan.