Dr. Dian AnggrainiBAGIAN BIOKIMIA-MODUL ENDOKRINFAKULTAS KEDOKTERANUNIVERSITAS ISLAM AL-AZHAR MATARAM

SEL mengerti, respon, dan mengintegrasi keserbaragaman Sinyal yang berasal dari lingkungannya.Sinyal2 ini dapat diantarai dengan :- kontak antara sel sel- reseptor : untuk molekul2 seperti hormon yang disekresi jauh dari sel target- gradient chemo attractant : sel2 immun yang direkrut dari darah ke tempat inflamasiSinyal2 yang dihasilkan tersebut dimengerti & diproses dengan kaset transduksi sinyal yang terdiri dari Reseptor yang khas, elemen efektor pengsinyalan dan protein2 pengatur.Kaset pengsinyalan ini mendeteksi , memperkuat, dan menginte- grasi sinyal2 eksternal yang beragam untuk menghasilkan respon sel yang sesuai.

CELL SIGNALINGNO = NITRIC OXIDE

JALUR TRANSDUKSI SINYAL ( SEL )Adalah JALUR SINYAL dari luar ke-dalam SEL , agar dapat MENGERTI & MENANGGAPI sinyal2 dari luar (lingkugan) SINYAL RESEPTOR TRANSDUKSER EFEKTOR RESPONALIRAN HULU HILIR

SINYAL (S) : ialah apa yang DIMENGERTI oleh sel sasaranS kimia (ligand) adalah molekul yang dilepas dari l lokasi ke- lokasi yang lain, untuk menghasilkan suatu RESPONRESEPTOR (R) : mengerti S & kemudian diaktifkannyaTRANSDUKSER : menerima S & melanjutkannya (bentuk baru)( transducer)PERANTARA KE 2 : MOLEKUL2 kecil yang dilepas dalam sel(second messenger)sebagai RESPON terhadap SPENGUAT : yang MENGUATKAN S (amplifier)INTEGRATOR : yang MENGGABUNGKAN SINYAL2 jadi1 RESPON tunggalEFEKTOR : aktivitasnya MENGHASILKAN 1 EFEKINHIBITOR : yang MEMATIKAN jalurS

SINYAL IPEMBAGIAN :I. S yang MASUK dalam sel : mengikat R internal, dan MENYATAKAN efeknya.GAMBARAN UMUM S ini ;- MOLEKUL2 KECIL- LIPOFILIK- dapat MELINTASI MEMBRAN SELsemua R internal akhirnya mengaktifkan TRANSKRIPSI GEN yang diaturnya. HANYA ada 4 GOLONGAN ZAT KIMIA disini ;- STEROID2- HORMON TIROID- VITAMIN D- RETINOID2

SINYAL IIii. SINYAL(S) yang menyatakan efeknya dari LUAR sel - mengikat 1 reseptor EKSTRASEL- MULAI kejadian2 S seperti 1 air-terjun ( CASCADE )- BEKERJA dengan MENGAKTIFKAN :* 1 KASKADE FOSFORILASI dan atau di-dalam sel.* pelepasan Perantara ke-2

CONTOH2 S II : Semua yang tidak masuk S I- INSULIN- GLUKAGON- SITOKIN2- FAKTOR2 PERTUMBUHAN ( Growth factors )- VASOPRESSIN

RESEPTORRESEPTOR : - MENGENALI 1 MOLEKUL S( R ) - MEMINDAHKAN S (informasinya) dengan - MENGAKTIFKAN 1 JALUR S ke - hilir

* SINYAL yang sama sering mempunyai efek yang berbeda pada jenis sel yang berbeda.RESEPTOR sangat KHAS ; hanya diaktifkan 1 SJENIS / TYPE : 1. R SITOSOLIK : contoh, R hormon2 steroid 2. R TRANSMEMBRAN, dibagi 3- R Pasangan-Enzim ( enzyme-coupled R )- R Pasangan Protein-G ( G-Protein -coupled R )- R Pasangan Saluran Ion ( Ion channel coupled R )

RESEPTOR SITOSOLIKR SITOSOLIK : - adalah PROTEIN SITOPLASMIK (intrasel) - MUDAH LARUT ( dalam lemak )

dimana S nya melintasi membran sel & mengaktifkan TRANSKRIPSI GEN di-dalam sel.

S untuk Reseptor Mudah Larut ( R I ) termasuk :- HORMON2 STEROID ( Estrogen, Progesteron, Kortisol )- HORMON TIROID- VITAMIN D- ASAM RETINOAT

RESEPTOR TRANSMEMBRANRESEPTOR2 ini MEMBENTANG di- MEMBRAN,R ini mempunyai ranah ( domain ) yang menonjol diluar sel & mengikat S ekstra-sel, ini mengaktifkan bagian R yang ada dalam sel.

S yang tidak (dapat) masuk dalam sel harus dapat dimengerti oleh R yang ada diluar, yang dapat mengirim S ke-dalam sel.Sinyal2 ini dimengerti oleh R TRANSMEMBRAN.

S yang ada diluar sel mengaktifkan :- 1 SALURAN atau- 1 ENZIMatau- 1 KASKADE PROTEIN - G

RESEPTOR PASANGAN - ENZIMR ini, pengikatan S mengaktifkan 1 enzim sendiri menjadi 1 enzim aktif .aktivitas ini dapat berasal dari enzim itu sendiri, tapi aktivasi dari R mengambil dan mengaktifkan enzim yang terpisah melalui molekul adaptor.Mekanisme umum untuk aktivasi R ini melibatkan DIMERISASI .Molekul S menyebabkan molekul R bergabung dengannya di- MEMBRAN ; setelah DIMERISASI, Reseptor tesebut jadi aktif dan mendapatkan aktivitas enzim.TYROSIN KINASE : menfosforilasi residu tyrosin dengan ATPFOSFOLIPASE C: memecah PIP2 ( fosfatidylinositolbiphosphate) jadi - IP3 ( Inositol Triphosphate ) - DAG ( Diasil Gliserol )

RESEPTOR PASANGAN ENZIMPENGIKATAN HORMON ( GROWTH FACTOR) memicu suatu perubahan dalam R dengan menyebabkan DIMERISASI . Ini mengaktifkan aktivitas enzim R.

ENZYME COUPLED RECEPTORS iAda 2 MACAM aktivitas ENZIM yang berbeda yang dapat dirangsang pada R yang berhubungan Enzim : 1. TYROSIN KINASE1 R Tyrosin kinase mengenali 1 / > Tyrosin dalam sasaran & memfosforilasinya dengan ATP . Sering R menfosforilasi residu Tyrosinnya sendiri ( = autofos- forilasi ).Autofosforilasi R dapat merupakan 1 S merekrut aktivitas2 lainnya ( enzim atau Protein G ) ke R yang telah diaktifkan.

TyrOH + ATP TyrOPO3 +ADP

ENZYME - COUPLED RECEPTOR II2. FOSFOLIPASE CFosfatidyl Inositol adalah 1 fosfolipid membran yang setelah fosforilasi pada gugus kepala, ditemukan di-membran sebagai PIP2.Fosfolipase C selanjutnya memecah PIP2 jadi:- Diasil-gliserol (DAG = bagian lipid) yang berhubungan membran- Inositol tri-fosfat (IP3) , bagian yang mudah larutDAG & IP3 berperan meningkatkan kadar Perantara ke-2 , Ca++

DOMAIN SH2 menghubungkan R yang telah diaktifkan ( autofosforilasi ) ke ber-macam2 jalur aliran hilirMasing2 protein mempunyai domain adaptor SH2 yang umum yang berga- bung ke-domain lain yang membentuk fungsi jalur hilir tersebutS yang sama lalu dapat mengaktifkan macam2 jalurGNRP & GAP mewakili adaptor yang dapat mempengaruhi Protein G.

Bila tidak aktif, protein-G dalam heterotrimer dengan GDP mengikat pada Ligasi R menggerakkan GTP ganti GDP & peru- bahan penyesuaian G, terjadi disosiasi R-pro-Gdan berinteraksi dengan efektor ( E1 / E2 ) untukmenghasilkan perantarake-2 yang mengaktifkan kaskade pengsinjalan hilirPengsinyalan diakhiri GTPase ( subunit ) yang menghidrolisis GTP jadi GDP

MOLEKUL ADAPTOR ( domain -SH2 )Fungsi dari R transmembran dapat di-MODIFIKASI dengan MOLEKUL ADAPTORADAPTOR dapat :- membawa masuk substrat ke- aktivitas enzim R- atau membawa masuk aktivitas itu sendiriADAPTOR mempunyai domain struktur protein : - domain SH2 - domain SH3ADAPTOR2 ini menggandeng ber-macam2 fungsi ke-Kinase2 Tyrosin.SH2 & SH3 menjadi homologi Src regio 2 & 3, karena mereka ditemukan pertama-kali pada Onkogen Src.ADAPTOR mengenali residu Fosfotirosin yang khas pada R yang telah autofosforilasiSrc sendiri bukan 1 reseptor, tapi ia adalah 1 Kinase Tirosin. Src mempunyai domain SH2 & SH3 yang menghubungkannya ke R, dan bila ini terjadi, ia akan teraktivasi sebagai 1 Kinase Tyrosin.

RESEPTOR2 PASANGAN-PROTEIN G R ini mengaktifkan 1 protein-G yang mengaktifkan Sinyal2 di- aliran hilirAktivasi protein-G biasanya mengarah ke-peningkatan kadar Perantara ke-2 ( Ca++ atau cAMP )GAP ( GTPase Activating Protein ) meng-inaktifkan Protein-G dengan manaikkan aktivitas GTPaseGNEF(Guanine Nucleotide Exchange Factors) mengaktifkan protein-G dengan meningkatkan kecepatan perubahan GDP GTPProtein2-G adalah timer molekuler yang memasangkan aktivitas R transmembran ke-anggota2 dari bagian hilir jalur iniProtein-G diaktifkan dari bentuk GDP jadi GTP oleh R yang telah diaktifkanProetein-G aktif tersebut berinteraksi dengan EFEKTOR2 hilir , dan dapat mengaktifkan atau menghambatnya ( tergantung keperluan)Protein-G mempunyai 1 aktivitas enzim intrinsik yang menghidrolisis GTP, ini adalah timer-nyaBila timer-nya mati ( GTP dihidrolisis jadi GDP ), S nya hilang

ADRENERGIC RECEPTOR( 7- HELIX MOTIF )

THE RAS PATHWAYRAS adalah Protein-G yang memasangkan pengsinyalan dari Faktor Per- tumbuhan R yang telah diaktifkan adalah 1 GNRP yang meningkatkan GDP GTP dan mengaktifkan Protein-GRas GAP (GTPase activating protein ) menginaktifkan Protein-G S aliran hilir untuk Ras yang diaktifkan adalah MAPK

ION-CHANNEL COUPLED RECEPTORS ini mengaktifkan 1 SALURAN ION & aliran ion melintasi membranR Asetil-Kolin adalah 1 saluran lon ligan berpintu, yang membiarkan kation2 mengalir keluar neuron untuk mulai 1 aksi potensial selama neuro- transmisi. Bila R mengikat asetil-Kolin, 1 perubahan penyesuaian R membuka 1 saluran membran yang mengkonduksi ion2

SECOND MESSENGERSIni adalah MOLEKUL2 PENGSINYAL yang dihasilkan sebagai respon terhadap S ekstraselIa memperkuat & menyebarkan S Perantara ke-2 meneruskan S primer Molekulnya kecil2 ( bedanya dengan transdukser biasa )Ber-macam2 S ekstrasel dapat mengaktifkan jalur intrasel yang meningkatkan kadar dari molekul perantara kecilSemua jalur2 ini melibatkan R Pasangan Protein-G

Ada 2 golongan Perantara ke-2 :1. Nukleotid2 Siklik ( cAMP, cGMP )2. Ca++ ( digliseride, IP3 )

cAMPNUKLEOTID2 SIKLIK seperti nukleotid reguler ( di- DNA/RNA ) kecuali P yang menjembatani gugus 3 & 5 dalam molekul samaENZIM2 yang mengkatalisis pembentukannya = siklase- adenylyl siklase cAMP- guanylyl siklasae cGMPcAMP paling sering dipakaicGMP dipakai pada pengsinyalan NO & penglihatanNukleotid2 dibentuk sebagai respon terhadap aktivasi RR mengaktifkan 1 protein-G, yang selanjutnya mengaktifkan adenylyl siklase membentuk nukleotid siklikUntuk melengkapi pengsinyalan, peningkatan kadar cAMP mengaktifkan 1 protein kinase yang khas ( serin / threonin ), protein kinase yang tergantung-cAMP ( protein kinase A )Untuk mematikan jalur pengsinyalan, nukleotid2 siklik dihancurkan oleh enzim2 fosfodiesterase , ini memecah cAMP AMP

SINTESIS & DEGRADASI cAMP

AKTIVASI ADENYLYL SIKLASE oleh 1 R PASANGAN PROTEIN-G yang telah diaktifkan mengakibatkan sintesis cAMPcAMP ini mengaktifkan 1 kinase aliran hilir ( protein kinase A )FOSFODIESTERASE menghidrolisis & menginaktifkan cAMP

Adenylate -cyclase di- aktifkan oleh pengikat- an Gs dengan kompleks H- R.PKA diaktifkan dengan pengikatan 4 molekulcAMP , ini dipengaruhi oleh adenylate-cyclaseTranslokasi PKA ke- dalam inti sel mengatur faktor2 transkripsi - seperti CREB & ATF , sehingga terjadi promosi atau represi dari ekspresi gen

Ca++ Kenaikan kadar Ca ( sitosol) menyediakan 1 S yang dapat mulai kontraksi otot, visi dan jalur2 S lainnya ( responnya tergantung type sel ). Pada otot, kenaikan sepintas kadar Ca sitosolik ( dari terbukanya saluran Ca pada retikulum sarkoplasmik ) menyebabkan kontraksi.Pengsinyalan pada kontraksi adalah 1 konsekuensi lang - sung dari aktivasi elektrik dari Saluran Voltasi-berpintu.Pengsinyalan Ca juga terlibat dalam respon terhadap Growth factorNormal, kadar rendah Ca dalam sitosol dipertahankan oleh 1 pompa yang menghidrolisi ATP untuk mengeluarkan Ca++ dari sitosol . Untuk menaikkannya, dapat dengan mengaktifkan 1 Saluran Ca, sehingga Ca++ mengalir balik ke-sitosol.Pengsinyalan Ca dapat diaktifkan langsung dengan mengatur saluran Ca++ Ada cara tak langsung yang dapat menaikkan Ca sitosolik

INOSITOL FOSFAT & PENGSINYALAN Ca (1)PL C pada aktivasi menghasilkan 2 S , PIP3 & DAGPIP3 mengaktifkan 1 saluran Ca ( ER ) kenaikan Ca ( sitoplasma ). Ini mengikat PKC ( bentuk larut) dan bergerak ke-membran plasma, yang kemudian diaktifkan oleh DAG

JALUR INOSITOL FOSAFAT & PENGSINYALAN Ca (2)JALUR PENGSINYALAN INOSITOL FOSFAT juga dapat mengaktifkan pengsinyalan Ca sebagai respon terhadap sejumlah hormon & efektorPI ( phosphatidyl inositol , 1 fosfolipid pada membran plasma ) diaktivasi gugus kepalanya oleh 1 kinase IP2 ( inositol biphosphate)1 S mengaktifkan PLC(phospholipase C)memecah PIP2 IP3 + DAGIP3 mengaktifkan 1 saluran Ca++ di-ER, dan Ca++ keluar Ca ( yang meningkat ) menyebabkan protein kinase C (PKC) mengikat Ca++ , bergerak ke-membran plasma, dan bergabung dengan DAGKinase C bertanggung jawab untuk efektor akhir umumnya mengaktifkan transkripsi melalui faktor transkripsi.Ca juga dapat langsung mempengaruhi pengsinyalan melalui jalur lainProtein pengikat Ca utama (dalam sel) = CAM ( calmodulin ),CAM bukan enzim, tapi akan mengaktifkan enzim bila Ca mengikatnya, jadi ia menyebarkan S Ca. CAM dapat mengaktifkan 1 kinase sel yang khas ( serine / threonine), disebut CAM kinase ( kinase yang tergantung cal modulin ), kinase ini kemudian membawa S.

PENGUAT ( AMPLIFIERS )MENERIMA 1 molekul S yang baru masuk dan membuat molekul2 S yang keluar. Kinase2, Siklase2, dan protein2 G memperkuat SBanyak langkah2 pada jalur transduksi membuat S lebih besar, memperkuatnya . Semua jalur tersebut melibatkan 1 / > penguat.

AMPLIFIKASI dapat muncul melalui 3 mekanisme :- MENGHASILKAN 1 Perantara ke-2- MENGAKTIFKAN 1 Protein G- MENGAKTIFKAN 1 protein kinase

Intisari dari amplifikasi adalah 1 molekul tunggal mengikat 1 trans- dukser akan menghasilkan banyak molekul2 dari S hilir

Bila terdapat banyak amplifikasi2 pada suatu jalur , ia dapat disebut 1 kaskade ( cascade )

AMPLIFICATION CASCADETiap kompleks hormon-R yang telah diaktifkan dapat merangsang molekul2 GsTiap siklase- adenylat dapat memproduksi molekul2 cAMPTiap PKA dapat mengaktifkan molekul2 phosphorylase sehingga melepaskan banyak molekul2 G (glukose) sebagai akibat dari degradasi glikogen

PROTEIN-G & KINASE PROTEINPROTEIN2 - GBentuk yang terikat protein-G dapat berinteraksi ber-turut2 dengan molekul2 sasarannya,sebelum dihidrolisis, dan protein-G diaktifkan.Sintesis nukleotid siklik perantara-ke 2 oleh siklase juga merupakan 1 langkah amplifikasi.

KINASE2 PROTEIN Terdapat banyak macam kinase2 protein, yang dapat dibagi 2 :1. KINASE2 TYROSIN : adalah kinase2 transmembran / lainnya yang direkrut ke suatu R transmembran.ini memakai ATP untuk memfosforilasi residu tirosin khas pada protein sasaran. Karena itu enzimatik, jadi adalah 1 amplifikasi.2. KINASE2 PROTEIN SERINE / THREONINEyang memakai ATP untuk fosforilasi residu serine/threonine yang khas dalam sasarannya.tergantung sasaran khususnya, fosforilasi dapat mengaktifkan atau menginaktifkannya.

G-PROTEIN SIGNALING

MAMMALIAN G-PROTEIN

KINASE2 SERINE / THREONINE

INTEGRATORMENERIMA S dari 2 kejadian pengsinyalan dan memakainya untuk mengaktifkan 1 EFEKTOR hilir tunggal.

INTEGRASI SINYALContoh Integrator : KINASE FOSFORILASE ( KF )

KF diaktifkan kinase A ( cAMP-dependent protein kinase ) dalam respon terhadap peningkatan kadar cAMP Bila jalur peng-sinyalan juga dihidupkan, kenaikan kadar Ca akan merangsang KF

KF sebetulnya sudah dihidupkan ( waktu mengikat kompleks Ca++- CAM ) , bila KF difosforilasi, dibutuhkan lebih sedikit Ca untuk mengaktifkannya.Mengingat peranan akhir kF adalah pemecahan Glikogen untuk mendapatkan enersi ; bila salah 1 dari cAMP / Ca++ tinggi , itu butuh enersi ( yang akan didapat dengan pemecahan glikogen )Dengan mengintegrasikan 2 Sinyal , jadi ada 1 sistem yang dapat merespon terhadap tiap S atau ke-dua2nya ( sehingga meng- aktifkan glikogen fosforilase ).

PENGHAMBAT2 ( INHIBITOR2 )INHIBITOR mematikan jalur pengsinyalan

KINASE2 dilawan oleh FOSFATASE2ENZIM2 ini dengan sederhana menghidrolisis tyrosin atau serine/threonine fosfat. karena mereka berlawanan ; aktivasi FOSFATASE adalah serupa dengan inaktivasi KINASE.NUKLEOTID2 SIKLIK dihidrolisis oleh fosfodiesterasenukleotid2 siklik ( cAMP dan cGMP ) dihidrolisis untuk menghan- curkan S .S yang mengaktifkan sintesis nukleotid2 siklik sering akan meng- hambat fosfodiesterase tersebutCa++ dipompa keluar sitoplasma oleh pompa Ca++ pada membran plasma, retikulum endoplasmik, atau mitochondriaHORMON2 dan NEUROTRANSMITTER2 dikeluarkan dari sirkulasi dan atau dihancurkan, sehingga S tersebut hilang

TAHAPAN FOSFORILASI PROTEINTAHAPAN INI ditentukan : aktivitas relatip dari - KINASE , yang mengaktifkannya- FOSFATASE, yang menginaktifkannya

Bila kejadian pengsinyalan telah lalu, FOSFATASE mengembalikan protein - target ke- tahap tidak aktif.

COMMON SIGNALING PATHWAYS

MEMBRANE RECEPTORS

TERIMA KASIH ATAS PERHATIANNYA

************************************************