Persinyalan sel

Penisyaratan sel adalah bagian sebuah sistem komunikasi yang sangat kompleks pada tingkat selular yang mengatur aktivitas dan koordinasi antar sel. Sebagai contoh, budding pada khamir Saccharomyces cerevisiae. Sel-sel khamir berkomunikasi dengan sel lainnya untuk perkawinan dengan mensekresikan beberapa macam peptida pendek. Molekul peptida tersebut merupakan isyarat ekstraseluler fungsional pada jarak dekat maupun jauh, dengan pencerap yang spesifik.

Pada umumnya proses isyarat selular terdiri dari tiga tahap yaitu:

• Transduksi; menimbulkan perubahan konformasi pada pencerap yang menyebabkan interaksi antara pencerap dengan molekul intraselular. Transduksi juga dapat menyebabkan perubahan konformasi/struktural pada protein selular lainnya, misalnya aktivasi enzim.
• Pencerap; mirip dengan mekanisme reaksi kimiawi antara enzim dengan substrat yang membentuk kompleks enzim-substrat, seperti analogi kunci dan gembok. Molekul ligan yang biasanya bersifat hidrofilik hanya dikenali oleh satu pencerap protein yang terikat dengan membran sel.
• Respon; berupa aktivitas selular, sebagai katalisis enzim atau penyusunan kembali sitoskeleton atau aktivitas gen yang bersifat spesifik.

Transduksi ekstraselular

Sinyal komunikasi ekstraselular, umumnya meliputi 6 tahapan: sintesis, pelepasan molekul isyarat, transpor isyarat menuju sel target, deteksi molekul isyarat oleh protein pencerap khusus, perubahan pada metabolisme, fungsi dan perkembangan selular, peluruhan molekul isyarat yang seringkali disertai dengan terhentinya respon selular.

Pada eukariota, transduksi ekstraselular terjadi oleh sekresi molekul tertentu yang diklasifikasikan menjadi tiga bagian endokrin, parakrin, dan otokrin berdasarkan jarak tempuh isyarat.

Sinyal endokrin

Sinyal endokrin secara khusus disebut hormon, mempunyai jarak tempuh yang sangat jauh dari organ endokrin tempat sintesis molekul dengan sel target. Pada hewan, hormon biasanya diusung oleh darah mengarungi jarak tempuh yang jauh tersebut.

Sinyal parakrin

Molekul isyarat parakrin yang dilepaskan oleh sebuah sel hanya berpengaruh terhadap sel target yang berada disekitarnya. Salah satu contoh isyarat parakrin adalah pulsa elektrik yang dilepaskan oleh neuron ke sel saraf yang lain, dan dari neuron ke sel otot.

Saat teraktivasi oleh isyarat parakrin dari sel saraf lain, neuron mengirimkan impuls elektrik secara cepat di sepanjang akson; ketika impuls mencapai ujung akson, ujung saraf akan mensekresikan isyarat kimiawi yang disebut neurotransmiter. Sinyal ini disekresikan ke cell junctions khusus yang disebut chemical synapses.

Proses transduksi oleh akson memungkinkan sel saraf untuk melakukan regulasi terhadap sel target seperti sel otot yang terletak jauh sekali dari pusat saraf.

Sinyal otokrin

Sinyal otokrin merupakan isyarat yang direspon oleh sel-sel sejenis dengan sel yang melepaskan molekul isyarat. Faktor pertumbuhan merupakan isyarat jenis ini, yang merupakan stimulator bagi sel-sel sejenis untuk tumbuh berkembang dan melakukan proliferasi. Sinyal otokrin sangat umum ditemukan dalam kasus tumor.

Molekul isyarat yang disekresi sel-sel dari grup yang serupa akan berikatan kembali dengan pencerapnya sendiri. Autocrine signaling merupakan tipe paling efektif ketika dilakukan secara serempak dengan sel-sel tetangga yang tipenya sama.

Transduksi ini dianggap sebagai suatu mekanisme yang mendasari "efek komunitas" pada perkembangan selular awal, selama grup sel-sel serupa merespon isyarat yang menginduksi diferensiasi tapi tidak dapat pada sel tunggal bertipe sama yang terisolir. Sel kanker seringkali menggunakan autocrine signaling untuk mengatasi kontrol normal pada perkembangbiakan dan kelangsungan hidup sel.

Pencerap molekul isyarat

Ada 2 tipe reseptor yaitu reseptor intraseluler dan reseptor permukaan sel. Reseptor intraseluler ada yang lambat (mengubah ekspresi gen) dan cepat (mengubah fungsi protein). Contoh reseptor intraseluler yang cepat adalah isyarat gas nitrat oksida yang berikatan secara langsung dengan enzim dibagian dalam sel target.

Gap junctions membolehkan informasi isyarat untuk dibagi dengan sel-sel tetangga. Saluran-saluran gap junctions membolehkan pertukaran molekul-molekul isyarat intraseluler kecil (perantara intraseluler), seperti Ca2+ dan cyclic AMP, tetapi bukan makromolekul, seperti protein atau asam nukleat. Sel-sel yang terhubung dengan gap junctions dapat berkomunikasi dengan sel lainnya secara langsung.

3 kelas terbesar pada protein reseptor permukaan sel adalah ion-channel-linked, G-protein-linked, dan enzyme-linked receptors.

• Ion-channel-linked receptors juga dikenal sebagai transmitter-gated ion channels atau ionotropic receptors. Membuka atau menutup secara singkat sebagai jawaban atas pengikatan suatu neurotransmiter.

• G-protein-linked receptors: memerantarai respon terhadap berbagai macam molekul isyarat,meliputi hormon, neurotransmiter, dan perantara lokal. Semua G-protein-linked receptors termasuk famili besar homolog, 7-pass transmembrane proteins. Protein reseptor ini dapat mengaktivasi atau inaktivasi enzim yang terikat pada membran plasma atau ion channel melewati protein G secara tidak langsung.

• Enzyme-linked receptors memiliki 6 subfamili yaitu receptor tyrosine kinase, tyrosine-kinase associated-receptors, receptorlike tyrosine phosphatases, receptor serine/threonine kinases,receptor guanylyl cyclases, dan histidine-kinase-associated receptors. Protein reseptor ini merupakan protein transmembran dengan domain pengikatan ligan pada permukaan luar membran plasma. Contoh: kemotaksis bakteri yang diperantarai oleh histidine-kinase-associated chemotaxis receptors.

Transduksi pada tumbuhan

Reseptor serine/threonin kinase berfungsi sebagai reseptor permukaan sel tumbuhan. Perbedaan dengan sel hewan adalah kebanyakan reseptor permukaan sel hewan adalah G-protein-linked receptors, sedangkan kebanyakan di tumbuhan adalah enzyme-linked receptors. Kelas terbesar enzyme-linked receptors di hewan adalah reseptor tirosin kinase. Tipe yang paling melimpah pada reseptor tumbuhan ini adalah Leucine-rich repeats (LRR) proteins. LRR reseptor kinase berbeda disebut BRI1 bertindak sebagai reseptor hormon steroid permukaan sel pada Arabidopsis.

Tumbuhan dan hewan menggunakan protein yang merangsang cahaya untuk merasa cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Di tumbuhan, biasanya dikenal sebagai fotoreseptor. Hewan menggunakan beberapa famili fetoprotein sama yang digunakan oleh tumbuhan. Fotoprotein hewan yang paling luas dipelajari adalah rhodopsin yang terikat membran, G-protein-linked receptors yang meregulasi ion channel pada sel-sel retina yang sensitif terhadap cahaya. Fotoprotein tumbuhan yang paling dikenal adalah fitokrom yang ada di semua tumbuhan dan beberapa algae. Walaupun fitokrom memiliki aktivitas serine/threonin kinase, sebagian strukturnya menyerupai hisridin kinase yang terlibat dalam kemotaksis bakteri. Fitokrom dapat mendeteksi cahaya merah. Tumbuhan merasa cahaya biru dengan menggunakan 2 tipe fetoprotein yaitu fototropin dan kriptokrom. Fototropin berhubungan dengan membran plasma dan sebagian bertanggung jawab untuk fototropisme. Kriptokrom merupakan flavoprotein yang sensitif terhadap cahaya biru. Secara struktur, kriptokrom berkaitan dengan enzim yang sensitif terhadap cahaya biru yang disebut fotoliase, yang terlibat dalam perbaikan kerusakan DNA yang diinduksi ultraviolet pada semua organisme, kecuali sebagian besar mamalia. Tidak seperti fitokrom, kriptokrom juga ditemukan di hewan dan tidak memiliki aktivitas perbaikan DNA, tetapi kriptokrom dianggap berkembang dari fotoliase.