KOMUNIKASI SEL: TIPE, KEPENTINGAN, CONTOH - BIOLOGI - 2025

The komunikasi seluler , juga disebut komunikasi antar, adalah transmisi molekul sinyal ekstraseluler. Molekul-molekul ini mulai dari sel penghasil sinyal dan mengikat ke reseptor pada sel target, menghasilkan respons tertentu.

Molekul sinyal dapat berupa molekul kecil (contoh: asam amino), peptida, atau protein. Oleh karena itu, komunikasi yang bersifat kimiawi merupakan ciri organisme uniseluler dan multiseluler.

Sumber: pixabay.com

Pada bakteri, molekul sinyalnya adalah feromon bakteri. Ini diperlukan untuk fungsi seperti transfer gen horizontal, bioluminesensi, pembentukan biofilm, dan produksi antibiotik dan faktor patogen.

Pada organisme multisel, komunikasi seluler dapat berlangsung antar sel yang berdekatan, atau antar sel yang terpisah. Dalam kasus terakhir, molekul sinyal harus berdifusi dan menempuh jarak yang jauh. Di antara fungsi sinyal tersebut adalah perubahan ekspresi gen, morfologi dan pergerakan sel.

Komunikasi sel juga dapat dilakukan oleh vesikula ekstraseluler (EV) yang disebut ektosom dan eksosom. Beberapa fungsi EV adalah: modulasi limfosit dan makrofag; kontrol fungsi sinaptik; di pembuluh darah dan jantung, koagulasi dan angiogenesis; dan pertukaran RNA.

Jenis (sistem / mekanisme)

Pada bakteri, terdapat jenis komunikasi seluler yang disebut quorum sensing, yang terdiri dari perilaku yang terjadi hanya jika kepadatan populasi bakteri tinggi. Penginderaan kuorum melibatkan produksi, pelepasan, dan deteksi selanjutnya dari konsentrasi tinggi molekul sinyal, yang disebut penginduksi otomatis.

Pada eukariota uniseluler, seperti T. brucei, ada juga penginderaan kuorum. Pada ragi, perilaku seksual dan diferensiasi sel terjadi sebagai respons terhadap komunikasi feromon dan perubahan lingkungan.

Pada tumbuhan dan hewan, penggunaan molekul sinyal ekstraseluler, seperti hormon, neurotransmiter, faktor pertumbuhan atau gas, merupakan jenis komunikasi penting yang melibatkan sintesis molekul sinyal, pelepasannya, pengangkutannya ke sel target, deteksi sinyal dan respon spesifik.

Sehubungan dengan pengangkutan molekul sinyal pada hewan, jarak aksi molekul menentukan dua jenis sinyal: 1) autokrin dan parakrin, yang masing-masing bekerja pada sel yang sama dan pada sel di dekatnya; dan 2) endokrin, yang bekerja pada sel target yang jauh, diangkut oleh aliran darah.

Komunikasi seluler oleh vesikula ekstraseluler adalah jenis komunikasi seluler yang penting dalam organisme eukariotik dan Archaea.

Saat populasi eukariotik atau bakteri bersel tunggal tumbuh, ia mencapai jumlah sel yang cukup, atau kuorum, yang menghasilkan konsentrasi penginduksi yang mampu menghasilkan efek di dalam sel. Ini merupakan mekanisme pencacahan.

Tiga jenis sistem penginderaan kuorum dikenal pada bakteri: satu gram negatif; lainnya dalam gram positif; dan satu lagi pada gram negatif Vibrio harveyi.

Pada bakteri gram negatif, autoinduser adalah lakton homoserin terasilasi. Zat ini disintesis oleh enzim tipe LuxI dan berdifusi secara pasif melalui membran, terakumulasi dalam ruang ekstraseluler dan intraseluler. Ketika konsentrasi stimulasi tercapai, transkripsi gen yang diatur oleh QS diaktifkan.

Pada bakteri gram negatif, autoinduser adalah peptida termodifikasi, yang diekspor ke ruang ekstraseluler, di mana mereka berinteraksi bersama dengan protein membran. Terjadi kaskade fosforilasi yang mengaktifkan protein, yang mengikat DNA dan mengontrol transkripsi gen target.

Vibrio harveyi memproduksi dua autoinduser, ditunjuk HAI-1 dan A1-2. HAI-1 adalah homoserin lakton terasilasi, tetapi sintesisnya tidak bergantung pada LuxI. A1-2 adalah diester furanosyl borate. Kedua zat tersebut bekerja melalui kaskade fosforilasi yang mirip dengan bakteri gram negatif lainnya. Jenis QS ini mengontrol bioluminescence.

Komunikasi kimiawi

Pengikatan spesifik molekul sinyal, atau ligan, ke protein reseptor menghasilkan respons seluler spesifik. Setiap jenis sel memiliki jenis reseptor tertentu. Meskipun jenis reseptor tertentu juga dapat ditemukan pada jenis sel yang berbeda, dan menghasilkan respons yang berbeda terhadap ligan yang sama.

Sifat molekul sinyal menentukan jalur yang akan digunakan untuk masuk ke dalam sel. Misalnya, hormon hidrofobik, seperti steroid, berdifusi melalui lapisan ganda lipid dan mengikat reseptor untuk membentuk kompleks yang mengatur ekspresi gen tertentu.

Gas seperti oksida nitrat dan karbon monoksida berdifusi melalui membran dan umumnya mengaktifkan siklus guanylyl penghasil GMP siklik. Sebagian besar molekul sinyal bersifat hidrofilik.

Reseptornya ditemukan di permukaan sel. Reseptor bertindak sebagai penerjemah sinyal yang mengubah perilaku sel target.

Reseptor permukaan sel dibagi menjadi: a) Reseptor berpasangan protein G; b) reseptor dengan aktivitas enzim, seperti tirosin kinase; dan c) reseptor saluran ion.

Karakteristik reseptor berpasangan protein G.

Reseptor berpasangan protein G ditemukan di semua eukariota. Secara umum, mereka adalah reseptor dengan tujuh domain yang melintasi membran, dengan wilayah terminal-N menuju bagian luar sel dan terminal-C menuju bagian dalam sel. Reseptor ini berasosiasi dengan protein G yang menerjemahkan sinyal.

Saat ligan berikatan dengan reseptor, protein G menjadi aktif. Ini pada gilirannya mengaktifkan enzim efektor yang menghasilkan kurir intraseluler kedua, yang dapat berupa siklik adenosin monofosfat (cAMP), asam arakidonat, diasilgliserol, atau inositol-3-fosfat, yang bertindak sebagai penguat sinyal. awal.

Protein G memiliki tiga subunit: alfa, beta, dan gamma. Aktivasi protein G melibatkan disosiasi PDB dari protein G dan pengikatan GTP ke subunit alfa. Dalam kompleks G _alpha -GTP mereka berdisosiasi dari subunit beta dan gamma, berinteraksi secara khusus dengan protein efektor, mengaktifkannya.

Jalur cAMP dapat diaktifkan oleh reseptor beta-adrenergik. CAMP diproduksi oleh adenylyl cyclase. Jalur fosfoinositol diaktifkan oleh reseptor asetilkolin muskarinik. Mereka mengaktifkan fosfolipase C. Jalur asam arakidonat diaktifkan oleh reseptor histamin. Mengaktifkan fosfolipase A2.

Jalur CAMP

Pengikatan ligan ke reseptor, protein stimulasi G (G _s ), terikat ke GDP, menyebabkan pertukaran GDP untuk GTP, dan disosiasi subunit alfa G _s dari subunit beta dan gamma. G _alpha -GTP complex berasosiasi dengan domain adenyl cyclase, mengaktifkan enzim, dan memproduksi cAMP dari ATP.

CAMP mengikat subunit pengatur protein kinase yang bergantung pada cAMP. Melepaskan subunit katalitik, yang memfosforilasi protein yang mengatur respons seluler. Jalur ini diatur oleh dua jenis enzim, yaitu fosfodiesterase, dan protein fosfatase.

Jalur fosfoinositol

Pengikatan ligan ke reseptor mengaktifkan protein G (G _q ), yang mengaktifkan fosfolipase C (PLC). Enzim ini memecah fosfatidil inositol 1,4,5-bifosfat (PIP ₂ ) menjadi dua pembawa pesan kedua, inositol 1,4,5-trifosfat (IP ₃ ) dan diasilgliserol (DAG).

IP ₃ berdifusi ke dalam sitoplasma dan berikatan dengan reseptor di retikulum endoplasma, menyebabkan pelepasan Ca ⁺² dari dalam. DAG tetap berada di membran dan mengaktifkan protein kinase C (PKC). Beberapa isoform PKC membutuhkan Ca ⁺² .

Jalur asam arakidonat

Pengikatan ligan ke reseptor menyebabkan subunit beta dan gamma dari protein G mengaktifkan fosfolipase A ₂ (PLA ₂ ). Enzim ini menghidrolisis fosfatidylinositol (PI) dalam membran plasma, melepaskan asam arakidonat, yang dimetabolisme oleh jalur yang berbeda, seperti 5 dan 12-lipoksigenase dan siklooksigenase.

Karakteristik reseptor tirosin kinase

Reseptor tirosin kinase (RTK) memiliki domain regulasi ekstraseluler dan domain katalitik intraseluler. Berbeda dengan reseptor berpasangan protein G, rantai polipeptida reseptor tirosin kinase melintasi membran plasma hanya sekali.

Pengikatan ligan, yang merupakan hormon atau faktor pertumbuhan, ke domain regulasi menyebabkan dua subunit reseptor berasosiasi. Hal ini memungkinkan autofosforilasi reseptor pada residu tirosin, dan aktivasi kaskade fosforilasi protein.

Residu tirosin terfosforilasi dari reseptor tirosin kinase (RTK) berinteraksi dengan protein adaptor, yang menghubungkan reseptor yang diaktifkan ke komponen jalur transduksi sinyal. Protein adaptor berfungsi untuk membentuk kompleks pensinyalan multiprotein.

RTK mengikat peptida yang berbeda, seperti: faktor pertumbuhan epidermal; faktor pertumbuhan fibroblast; faktor pertumbuhan otak; faktor pertumbuhan saraf; dan insulin.

Karakteristik umum penerima

Aktivasi reseptor permukaan menghasilkan perubahan dalam fosforilasi protein dengan mengaktifkan dua jenis protein kinase: tirosin kinase dan serin dan treonin kinase.

Kinase serin dan treonin adalah: protein kinase yang bergantung pada cAMP; protein kinase yang bergantung pada cGMP; protein kinase C; dan protein yang bergantung pada Ca ⁺² / Calmodulin. Dalam protein kinase ini, dengan pengecualian kinase yang bergantung pada cAMP, domain katalitik dan regulasi ditemukan pada rantai polipeptida yang sama.

Utusan kedua mengikat serin dan treonin kinase ini, mengaktifkannya.

Ciri-ciri reseptor yaitu saluran ion

Reseptor saluran ion memiliki karakteristik sebagai berikut: a) mereka menghantarkan ion; b) mengenali dan memilih ion tertentu; c) buka dan tutup sebagai respons terhadap sinyal kimia, listrik, atau mekanis.

Reseptor saluran ion bisa berupa monomer, atau bisa juga heteroligomer atau homoligomer, yang daerah rantai polipeptida melintasi membran plasma. Ada tiga keluarga saluran ion: a) saluran gerbang ligan; b) saluran persimpangan celah; dan c) Kanal tegangan yang bergantung pada Na ⁺ .

Beberapa contoh reseptor saluran ion adalah reseptor asetilkolin persimpangan neuromuskuler dan reseptor glutamat ionotropik, NMDA dan non-NMDA, di sistem saraf pusat.

Komunikasi melalui vesikula ekstraseluler

Vesikel ekstraseluler (EV) adalah campuran ektosom dan eksosom, yang bertanggung jawab untuk mentransmisikan informasi biologis (RNA, enzim, spesies oksigen reaktif, dll.) Antara sel dan sel. Asal kedua vesikel berbeda.

Ektosom adalah vesikula yang dihasilkan dengan cara bertunas dari membran plasma, diikuti dengan pemisahan dan pelepasannya ke ruang ekstraseluler.

Pertama, pengelompokan protein membran menjadi domain diskrit terjadi. Kemudian jangkar lipid protein mengakumulasi protein sitosol dan RNA dalam lumen, sehingga tunas tumbuh.

Eksosom adalah vesikel yang terbentuk dari badan multivesikuler (MVB) dan dilepaskan oleh eksositosis ke dalam ruang ekstraseluler. MVB adalah endosom akhir, di mana terdapat vesikula intraluminal (ILVs). MVB dapat menyatu dengan lisosom dan melanjutkan jalur degradatif, atau melepaskan ILVS sebagai eksosom melalui eksositosis.

EV berinteraksi dengan sel target dalam berbagai cara: 1) menghilangnya membran EV dan pelepasan faktor aktif di dalamnya; 2) EV membentuk kontak dengan permukaan sel target, yang mereka gabungkan, melepaskan isinya di dalam sitosol; dan 3) EV ditangkap seluruhnya oleh makropinositosis dan fagositosis.

Pentingnya

Berbagai macam fungsi komunikasi antar sel saja menunjukkan kepentingannya. Beberapa contoh menggambarkan pentingnya berbagai jenis komunikasi seluler.

- Pentingnya quorum sensing. QS mengatur berbagai proses seperti virulensi dalam suatu spesies, atau mikroorganisme dari spesies atau genera yang berbeda. Misalnya, satu galur Staphylococcus aureus menggunakan molekul sinyal dalam penginderaan kuorum untuk menginfeksi inang, dan menghambat galur S. aureus lain melakukannya.

- Pentingnya komunikasi kimia. Penandaan kimiawi diperlukan untuk kelangsungan hidup dan keberhasilan reproduksi organisme multisel.

Misalnya, kematian sel terprogram, yang mengatur perkembangan multiseluler, menghilangkan seluruh struktur dan memungkinkan perkembangan jaringan tertentu. Semua ini dimediasi oleh faktor trofik.

- Pentingnya EV. Mereka memainkan peran penting dalam diabetes, peradangan, dan penyakit neurodegeneratif dan kardiovaskular. EV sel normal dan sel kanker sangat berbeda. EV dapat membawa faktor yang mendorong atau menekan fenotipe kanker dalam sel target.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., dkk. 2007. Biologi Molekuler Sel. Ilmu Garland, New York.
2. Bassler, BL 2002. Obrolan ringan: Komunikasi Sel-ke-Sel dalam Bakteri. Sel, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. dan Meldolesi, J. 2015. Ektosom dan eksosom: menghilangkan kebingungan antara vesikula ekstraseluler. Tren dalam Biologi Sel, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH, dan Jessell, T., 2000. Prinsip Ilmu Saraf. McGraw-Hill AS.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologi seluler dan molekuler. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Meksiko, Sāo Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Komunikasi kimiawi dalam proteobacteria: studi biokimia dan struktural dari sintase dan reseptor sinyal yang diperlukan untuk pensinyalan antar sel. Mikrobiologi Molekuler, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. Komunikasi adalah kuncinya. Komunikasi dan Persinyalan Sel. Editorial, 1-4.