Transduksi Sinyal

Transduksi sinyal merujuk pada serangkaian peristiwa yang mengubah sinyal eksternal menjadi respon biologis di dalam sel. Ini melibatkan transfer informasi melalui berbagai molekul atau jalur yang berbeda di dalam sel.

Transduksi Sinyal

  • Transduksi sinyal merupakan proses konversi sinyal ekstraseluler menjadi respons seluler di dalam tubuh.
  • Proses ini diinisiasi oleh reseptor permukaan sel (cell-surface receptors)
  • Transduksi sinyal berlanjut melalui serangkaian perubahan biokimia dalam sel atau melalui modifikasi potensial membran sel melalui pergerakan ion masuk atau keluar dari sel. 
  • Perubahan biokimia pada proses ini terdiri dari dua tahap:
    • Aktivitas enzimatik intrinsik dalam reseptor pada membran sel
    • Mengaktifkan molekul pengirim intrasel (second messenger). Contohnya: cAMP, cGMP, oksida nitrat, lipid, dan ion Ca2+

Sumber gambar: https://simple.wikipedia.org/

  • Transduksi sinyal melibatkan perubahan perilaku protein dalam kaskade. Menambah atau menghapus gugus fosfat adalah mekanisme mendasar untuk mengubah bentuk kemudian perilaku dari protein.
  • Transduksi sinyal dimulai dengan sinyal ke reseptor sel, dan berakhir dengan perubahan dalam fungsi sel. 
  • Sinyal dapat diperkuat dalam setiap langkahnya, sehingga satu molekul sinyal dapat menyebabkan banyak respons yang disebut kaskade sinyal.
  • Banyak proses penyakit (e.g. diabetes, penyakit jantung, autoimunitas, dan kanker) muncul dari kecacatan dalam jalur transduksi sinyal.

Reseptor Seluler

  • Reseptor merupakan protein yang mendeteksi sinyal atau rangsangan dari lingkungan eksternal atau internal dan mengubahnya menjadi sinyal kimia yang dapat dimengerti oleh sel 
  • Reseptor terletak pada permukaan sel atau di dalam sel
  • Reseptor diaktifkan oleh pengikatan sinyal kimia atau  ligan (e.g. hormon, neurotransmitter, atau molekul lain)
  • Komponen intraseluler dari transduksi sinyal sangat spesifik untuk reseptor untuk menjaga spesifisitas sinyal masuk di dalam sel
  • Setelah diaktifkan, reseptor memicu serangkaian reaksi biokimia yang disebut jalur transduksi sinyal yang melibatkan pengubahan bentuk reseptor atau aktivasi molekul-molekul sinyal lainnya di dalam sel.
  • Jenis Reseptor:

Jalur Sinyal

  • Jalur transduksi sinyal memperkuat sinyal masuk melalui kaskade sinyal menggunakan jaringan enzim yang saling bertindak satu sama lain dengan cara tertentu untuk akhirnya menghasilkan respons fisiologis yang tepat dan sesuai oleh sel.
  • Terdapat beberapa jalur transduksi sinyal, beberapa yang utama diantaranya:

Protein G, Kinase, dan Fosfatase

  1. Protein G
    • Protein G adalah protein yang terdiri dari tiga subunit, yaitu α, β, dan γ.
    • Subunit α berinteraksi dengan reseptor dan memiliki aktivitas enzimatik yang mengkatalisis hidrolisis GTP menjadi GDP, yang merupakan langkah penting dalam regulasi jalur sinyal.
    • Protein G dapat berada dalam dua bentuk, yaitu:
      1. Aktif (terikat GTP):  Aktivasi terjadi ketika protein G terikat GTP
      2. Tidak aktif (terikat GDP): Inaktivasi terjadi ketika GTP dihidrolisis menjadi GDP oleh aktivitas GTPase intrinsik subunit α.
    • Protein G berinteraksi dengan reseptor permukaan sel yang dapat merespons berbagai stimulus seperti hormon, neurotransmitter, dan zat kimia lainnya.
    • Ketika reseptor teraktivasi oleh ligand eksternal, ia akan mengaktifkan protein G dengan merubah konformasi reseptor, memungkinkan interaksi dengan subunit α dari protein G.

  2. Protein Kinase
    • Protein kinase mengkatalisis transfer gugus fosfat dari molekul ATP atau GTP ke substrat protein
    • Kinase berperan penting dalam mentransduksi sinyal eksternal ke dalam sel, menginisiasi respons seluler terhadap lingkungan atau stimulus.
    • Aktivitas kinase diatur secara ketat oleh berbagai mekanisme, termasuk autofosforilasi, modifikasi kimia, interaksi protein, dan kontrol aliran sinyal.
    • Protein kinases menggunakan dua tipe interaksi untuk mengenali substrat fisiologis mereka dalam sel:
      1. pengenalan urutan fosforilasi konsensus dalam substrat protein oleh situs aktif protein kinase
      2. interaksi jarak jauh antara kinase dan substrat yang dimediasi oleh pengikatan motif dokking yang terpisah secara spasial dari situs fosforilasi dalam substrat
    • Ada banyak jenis kinase yang memiliki spesifisitas substrat dan fungsi yang berbeda, diantaranya:




  3. Fosfatase
    • Fosfatase protein mengkatalisis transfer gugus fosfat dari substrat protein yang sudah terfosforilasi ke molekul air dan mengembalikan protein tersebut ke bentuk defosforilasi.
    • Fosfatase protein memiliki peran penting dalam menjaga keseimbangan fosforilasi protein dalam sel.
    • Fosfatase bertindak sebagai "pemadam api" yang mengurangi efek fosforilasi yang berlebihan.
    • Spesifisitas fosfatase ditentukan oleh interaksi antara motif atau domain interaksi yang jauh dari situs aktif fosfatase dan motif dokking yang terpisah dari situs fosforilasi dalam substrat protein.
    • Interaksi antara situs aktif dan situs fosforilasi berperan dalam spesifisitas substrat protein tyrosine phosphatases.

Referensi

  1. Cheng, H. C., Qi, R. Z., Paudel, H., & Zhu, H. J. (2011). Regulation and function of protein kinases and phosphatases. Enzyme research, 2011.
  2. Gilbert SF. Developmental Biology. 6th edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. Cell Surface Receptors and Their Signal Transduction Pathways. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10043/
  3. Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. Pathways of Intracellular Signal Transduction. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9870/
  4. Reece, Jane; Campbell, Neil (2002). Biology. San Francisco: Benjamin Cummings.

Daftar Isi

Customer Support umeds