Komunikasi Sel: Biokimia dan Aksi Hormon

Biokimia Komunikasi Antarsel dan Intrasel

• Studi ini membahas biokimia komunikasi interseluler dan intraseluler.
• Kuliah ini disusun oleh Dr. Tiwuk Susantiningsih, Dra. Kristina Simanjuntak, Desi Purwaningsih, dan Dara Juliana dari Departemen Biokimia FK UPN Veteran Jakarta.

Kaskade Transduksi Sinyal dan Aksi Hormon

• Kaskade transduksi sinyal adalah langkah-langkah dalam komunikasi sinyal.
• Hierarki sinyal menggambarkan langkah-langkah rinci bagaimana sinyal dirambatkan dan dikoordinasikan di seluruh tubuh.
• Klasifikasi sinyal mengkategorikan berbagai jenis sinyal dan bagaimana mereka dirambatkan.
• Kaskade transduksi sinyal adalah urutan kejadian yang terjadi ketika sel menerima dan menanggapi sinyal.
• Diagnosis dan terapi gangguan sinyal membahas identifikasi dan pengobatan masalah yang timbul dari sinyal yang rusak.
• Aksi hormon mencakup tinjauan hormon tiroid, steroid, homeostasis kalsium, dan hormon pankreas.
• Neurotransmiter, Sitokin dan Prostaglandin terlibat dalam menjaga dan meregulasi homeostasis di seluruh tubuh.

Koordinasi Sel dan Komunikasi Intraseluler

• Aktivitas sel hidup dikoordinasikan pada setiap tingkatan organisasi melalui sistem sinyal kimia yang kompleks.
• Komunikasi intraseluler dipertahankan dengan sintesis atau perubahan zat yang berbeda.
• Jalur metabolisme diatur melalui kontrol umpan balik, enzim alosterik berdasarkan metabolitnya, atau modifikasi kovalen makromolekul.
• Komunikasi interseluler terjadi melalui mediasi kimia pembawa pesan dan melalui elektrokimia yang ditransmisikan melalui neuron.

Langkah-Langkah dalam Komunikasi Sel

• Ada 6 langkah dalam proses komunikasi sel: sintesis sinyal, sekresi/pelepasan sinyal, transportasi sinyal ke sel target, pengikatan sinyal ke reseptor, reaksi/efek pasca pengikatan, dan degradasi sinyal.
• Ligan, molekul yang merupakan pondasi komunikasi dengan sel, berinteraksi dengan reseptor.

Gangguan Komunikasi Sel dan Terapi

• Sistem komunikasi yang menyediakan koordinasi aktivitas kehidupan dapat terganggu.
• Gangguan sintesis menyebabkan masalah seperti ovarektomi (gangguan sistem koordinasi dimediasi oleh sinyal estrogen), AIDS, dan IDDM.
• Gangguan pada sinyal pasca pengikatan reseptor dapat mencakup masalah dengan pengaturan keseimbangan kalsium plasma.

Hipofungsi dan Hiperfungsi Kelenjar

• Hipofungsi melibatkan pengrusakan atau pemblokiran kelenjar, yang dapat distimulasi atau diblokir oleh hormon dan menyebabkan antibodi agonis bekerja pada reseptor. Hal ini dapat menyebabkan cacat dan kerusakan jaringan pada sel target.
• Hiperfungsi melibatkan tumor atau hiperplasia kelenjar, produksi ektopik, atau efek iatrogenik, yang dapat memblokir atau meningkatkan degradasi hormon. Antibodi dapat distimulasi, menyebabkan kerusakan jaringan pada sel target.

Hirarki Sinyal dan Anggota Sumbu Sinyal

• Sistem sinyal yang berbeda saling terhubung satu sama lain, membentuk hierarki.
• Sumbu hipofisis-hipotalamus dikendalikan oleh sistem saraf pusat.
• Sel saraf di hipotalamus merespons rangsangan dari sistem saraf pusat dengan melepaskan aktivator (liberin) atau inhibitor (statin).
• Sinyal-sinyal ini berjalan melalui pembuluh darah pendek ke kelenjar, merangsang atau menghambat biosintesis dan pelepasan tropin, merangsang kelenjar perifer untuk mensintesis sinyal dan memberikan efek pada sel target.
• Sinyal menghambat sintesis atau sekresi sinyal lain dalam regulasi kaskade tory (umpan balik negatif), dan mempengaruhi konsentrasi sinyal lebih tinggi dalam hierarki.
• Anggota sumbu sinyal termasuk tiroksin, kortisol, estradiol, progesteron, dan testosteron.

Sumbu Hipotalamus-Hipofisis-Ovarium

• Hipotalamus melepaskan GnRH, yang merangsang hipofisis anterior.
• Hipofisis anterior menghasilkan hormon gonadotropin seperti FSH dan LH dalam sel gonadotropik.
• FSH bekerja pada folikel di ovarium, yang menghasilkan estradiol dan inhibin.
• LH memicu ovulasi dan pembentukan korpus luteum, yang menghasilkan progesteron.
• Estradiol dan progesteron bekerja pada uterus, kelenjar susu, dan karakteristik seks sekunder.

Rangsangan Lingkungan dan Sistem Sinyal

• Rangsangan lingkungan tunggal menghasilkan serangkaian sinyal dalam jumlah yang semakin besar, yang mempengaruhi sebagian besar sel dalam tubuh.
• Sistem lain beroperasi secara serupa dengan melepaskan Hs yang berbeda, termasuk post-pit Hs.
• Jumlah akhir sel target yang terkena mungkin besar atau kecil, tergantung pada distribusi reseptor.
• Sistem terkait melibatkan post-pit Hs, seperti oksitosin dan vasopresin (ADH), yang disintesis dalam hipotalamus dan disimpan di post-pit untuk dilepaskan dengan neurofisin.

Sistem Umpan Balik Negatif

• Tingkat high H horman akhir memberikan umpan balik melalui sirkulasi
• Ada umpan balik panjang, pendek & sangat pendek
• Kontrol ketat operasi: responsif terhadap sinyal dan lingkungan

Respons Terhadap Infeksi, Ketakutan, dan Nyeri

• Respons tubuh terhadap infeksi, ketakutan, atau nyeri dapat dilihat dalam bagaimana respons diatur.
• Sistem saraf pusat dapat merespons trauma ini dengan merangsang hipotalamus untuk melepaskan hormon pelepas kortikotropin (CRH) yang bekerja pada hipofisis anterior untuk merilis adrenokortikotropik hormon (ACTH).
• ACTH bekerja pada korteks adrenal untuk merilis kortisol yang memengaruhi otot, hati, dan jaringan adiposa.

Sistem Cascade

• Stimulus mencakup lingkungan eksternal dan internal dalam organisme dalam kaskade.
• Sinyal ditransmisikan sebagai pulsa listrik atau kimia ke sistem limbik dan hipotalamus.
• Kelenjar di bawah otak (kelenjar target) melepaskan hormon, mempengaruhi berbagai sel target.
• Ultimate H melibatkan umpan balik negatif pada situs yang memproduksi sinyal perantara.
• Jumlah dari sinyal meningkat pada setiap tahap dengan waktu paruh dari sinyal memperpanjang.

Stres Lingkungan dan Pelepasan Cortisol

• Stres lingkungan, seperti suhu, kebisingan, atau trauma, menghasilkan sinyal ke sistem limbik.
• Hipotalamus sinyal melepaskan CRH, yang menyebabkan hipofisis anterior melepaskan ACTH & B-lipotropin.
• ACTH menyebabkan korteks adrenal mensintesis dan melepaskan kortisol dalam 24 jam.
• Cortisol diambil oleh sel target dan memediasi respons transkripsi spesifik, menghasilkan efek sistemik.
• Cortisol memberikan umpan balik pada sel-sel dengan tingkat tinggi.

Fitur Umum Sinyal

• Fitur umum sinyal dapat diklasifikasikan sebagai hidrofilik atau hidrofobik.
• Sinyal Hidrofobik (Kelompok I): Meliputi steroid, iodotironin, kalsitriol, dan retinoid Kelarutan bersifat Lipofilik dan Protein pengangkut adalah ya Waktu paruh plasma bersifat panjang dengan reseptor yang berlokasi di dalam sel dan Kompleks Reseptor-Hormon perantara
• Sinyal Hidrofilik (Kelompok II): Meliputi polipeptida, protein, glikoprotein, dan katekolamin Kelarutan bersifat hidrofilik dan Protein pengangkut adalah tidak Waktu paruh plasma bersifat pendek dengan reseptor yang berlokasi di permukaan sel dan cAMP, cGMP, Ca2+, DAG IP3 kinase-cascades perantara

Hormon Peptida dan Amina

• Hormon peptida mencakup thyrotropin-releasing hormone (TRH), corticotropin (ACTH), vasopressin (ADH), insulin, dan glukagon.
• Amine hormone mencakup epinefrin (adrenalin) dan tiroksin (hormon tiroid).
• Hormon steroid termasuk kortisol, aldosteron, β-estradiol, testosteron, dan progesteron.
• Eiscosonoid (hormonlike) termasuk prostatglandin, leukotrien, dan tromboksan.

Hakikat Mediator (Pembawa Pesan Kedua)

• Dalam komunikasi intraseluler, kompleks ligan-reseptor berfungsi sebagai mediator.
• Mediator permukaan seluler termasuk c-AMP dan c-GMP.
• Mediator dapat lebih jauh mengaktifkan protein kinase yang memungkinkan kaskade kinase terpicu.

Jenis Komunikasi Antarsel

• Komunikasi endokrin melibatkan kelenjar yang mengeluarkan hormon ke dalam aliran darah untuk memengaruhi sel target di seluruh tubuh.
• Komunikasi parakrin melibatkan sel yang melepaskan sinyal yang memengaruhi sel di dekatnya.
• Komunikasi autokrin melibatkan sel yang mengeluarkan sinyal yang memengaruhi sel itu sendiri.

Cara Hormon Hidrofilik Bekerja

• Hormon hidrofilik mengirimkan sinyal ke dalam sel melalui membran R, menyebabkan transduksi sinyal.
• Rs (reseptor) secara integral adalah protein anggota membran luar, membran dipicu untuk memicu perubahan struktur
• Mempengaruhi rilis dari 2nd sinyal di dalam membran

Tiga Jenis Reseptor

• Tipe I (aktivitas enzim (insulin, GF)): Aktivitas domain enzim intraselular (misalnya tirosin kinase), diaktifkan saat berikatan dengan HR, memfosforilasi tyr.res,mengikat Pthr,  dan memicu sinyal
• Tipe II (saluran ion (neurotransmitter)): Pembukaan saluran cepat saat berikatan dengan H-R, melewati ion, memicu perubahan konsentrasi intraseluler, menginduksi respons.
• Tipe III (G protein): Protein transmembran mentransfer sinyal via G-PRs (reseptor protein G). Dengan heterotrimers (α, β, γ).

Lebih Detail Soal Reseptor Tipe III (G-Pr)

• Subunit α dari H-R (Hormon Recoetr) berikatan GTP / GDP dan membuat perubahan konformasi R.
• GTP pada akhirnya dilepaskan dengan bantuan 2-Pros Fot 3-Fosfat
• R melepas aktivasi dari G-Pr dan memicu pembentukan dari 2nd Pesan
• α-subunit menghidrolisis GTP menjadi GDP yang mengirimkannya seperti semula

Bergantung pada Tipe G-Pr, Subunit Dapat Mengaktifkan atau Menghambat Transmisi Sinyal

• α-subunit mengaktifkan siklase Ad- (G5), mengubah ATP menjadi c-AMP untuk transduksi dan mematikan keasaman
• α-subunit merangsang c-GMP phosphodiesterase membatasi efek dari c-GMP
• α-subunit berikatan dengan saluran ion, membuka jalan bagi K+ / Ca2+
• α-subunit mengaktifkan fosfolipase, menyebabkan P-lipase C menghidrolisis PIP₂ menjadi IP3 + DAG dan mengaktifkan Kinase

Reseptor Insulin

• Subunit α terletak di luar membran sel dan merupakan tempat pengikatan insulin.
• Subunit d terletak di dalam membran sel (sitoplasma).
• Fosforilasi tyr res di ß-Subunit (autofosfor) setelah perubahan dan memicu serangkaian efek:
  • Aktivasi aktivitas tyr kinase.
  • Memfosforilasi PR sitosol (ser / thr) dan membawa sinyal insulin ke bagian dalam sel.

Kontrol oleh Insulin

• Insulin menggerakkan transporter glukosa menuju sel jaringan tertentu di permukaan sel : meningkatnya penyerapan glukosa
• Sinyal tersebut memungkinkan pergerakan transporter glukosa dari sel ke jaringan dan meningkatkan pemanfaatan glukosa dalam sel.
• Messenger kedua dari insulin, meningkatkan efek protein pada gen.
• Mempengaruhi generasi mediator, stimulasi kaskade protein dan langsung / tidak langsung memicu protein sel,
• Akhirnya menghasilkan tirosin dengan perpaduan aktivitas dan fosforilasi

Aksi C-AMP

• Hormon berinteraksi melalui c-AMP : TSH, ACTH, LH, SH, dan PTH, memberikan efektor allosterik dengan bantuan efektor Kinase A, (2C – 2R).
• Ini adalah tetramer menjadi aktif dengan memfosforilasi protein dan menghambat glikogen dan akhirnya mengatur yang 2nd
• Mengembalikan ke keadaan istirahat karena didisosiasi dari R dan kembali ke siklus tidak aktif.

Peran Mengatur Ca2+ melalui Kalmodulin

• Kalmodulin (Small PR ~Kda:48AA) yang dimediasi Ca2+ dengan aktivitas melalui protein-kinase, pompa ion dan mempengaruhi penyusutan cadangan glikogen.  Ini juga terhubung dengan a (Alfa)-helix

Hormon yang Berasal dari Amino

• Hormon yang berasal dari asam amino, seperti epinefrin, disintesis dari tirosin/fenilalanin di medulla adrenal.
• Sekresi mereka ditandai dengan respons saraf terhadap tekanan dan mereka disuplai dengan neurotransmiter kolinergik.
• Pelepasan kolin oleh neuron merangsang eksositosisnya.

Reaksi-Reaksi yang Dihasilkan Epinefrin

• Tekanan menghalangi sintensis dan pelepasan dari kortisol dari korteks dan menginduksi N-metil transferase pada sumsum adrenal.
• Respon dari tekanan diaktifkan
• Di darah terikat ke reseptor Alpha

Hormon Polipeptida Hipofisis Anterior

• Hormon pertumbuhan (GH), Hormon perangsang tiroid, Hormon adrenokortikotropik (ACTH), β-Lipotropin, Prolaktin, FSH, LH, dan β-endorfin, α-MSH, b-MSH,

Aksi Dari Polipeptida

• Komponen penting untuk menggerakkan dan mengaktifasikan zat tambahan
• Komplex hormone dalam sel dan amplifikasi dari intraselular