Hormon dan Second Messenger Sebagai Alat Komunikasi Sel

Cecep Suryani Sobur Ilmu Dasar Kedokteran, Kedokteran Leave a Comment

Salah satu cara utama komunikasi antara sel adalah dengan menggunakan sinyal kimiawi berupa hormon dan second messengerSecond messenger ada yang mengalih bahasa menjadi caraka kedua dalam bahasa Indonesia. Keduanya penting agar tubuh kita dapat bekerja dengan baik dengan berfungsi sebagai perantara komunikasi antar sel dalam tubuh. Pada artikel ini, akan dijelaskan secara garis besar mengenai kedua molekul penting tersebut.

Klasifikasi atau Jenis Hormon

Hormon dapat dikelompokan berdasarkan asal molekul pembentuknya. Adapun asal molekul tersebut adalah sebagai berikut:

  • Protein
  • Peptida
  • Asam amino dan turunannya
  • Turunan asam lemak
  • Nukleotida
  • Steroid
  • Retinoid
  • Molekul ukuran kecil seperti NO

Berdasarkan sifat molekul di atas, maka ada hormon yang dapat larut air atau hidrofilik dan ada yang mudah larut dalam lemak atau hidrofobik. Sifat tersebut dapat menentukan letak reseptor dari hormon tersebut.

  • Untuk hormon yang larut air dan sukar larut lemak, maka bersifat tidak dapat melewati membran sel. Membran sel terdiri dari lapisan fosfolipid lapis ganda dimana ekornya bersifat hidrofobik atau sukar larut air. Molekul yang mudah larut air tidak bisa melewati lapisan hidrofobik membran sel sehingga biasanya memiliki reseptor di permukaan membran sel. Contohnya adalah insulin (peptida)
  • Sebaliknya, hormon yang lipofilik atau dapat larut dalam lemak dapat melewati membran sel sehingga reseptornya berada di dalam sel baik sitoplasma atau di inti sel. Contoh hormon ini adalah glukokortikoid (steroid)

Hormon dengan Reseptor di Inti/Nukleus

Salah satu jenis hormon ini adalah steroid. Steroid merupakan zat yang lipofilik sehingga dapat langsung menembus membran sel tanpa diperantarai oleh gerbang atau kanal tertentu. Berikut beberapa contoh hormon steroid beserta fungsinya dalam proses dalam tubuh:

Contoh jenis hormon steroid
Contoh hormon steroid dan fungsinya dalam tubuh.

Selain steroid, hormon lain yang memiliki reseptor di inti sel adalah vitamin D yang merupakan derivat kolesterol. Selain itu, terdapat pula tiroksin (tiroid) dan kelompok retinoid (derivat vitamin A). Adapun struktur dan fungsinya dapat dilihat di gambar di bawah ini:

Struktur hormon vitamin D3, tiroid, dan retinoid
Struktur molekul hormon vitamin D, tiroksin, dan retinoid.

Hormon dengan Reseptor Transmembran

Molekul jenis ini bersifat hidrofilik sehingga tidak dapat menembus membran sel. Oleh karenanya, hormon ini memiliki reseptor transmembran yang tertancap di membran sel. Reseptor transmembran ini berfungsi merelay sinyal dari luar sel. Setelah reseptor diaktivasi, maka sinyal akan diteruskan di dalam sel dalam bentuk second messenger. Pada dasarnya, hormon dan second messenger merupakan satu kesatuan rangkaian pengiriman sinyal antar sel. Hormon dengan reseptor transmembran ini ada yang berbentuk peptida dan non-peptida.

Hormon Non Peptida

Molekul ini bukan berbentuk asam amino atau protein namun memiliki sifat larut dalam air.Banyak dari golongan ini yang merupakan turunan dari asam amino. Adapun beberapa jenis hormon tersebut adalah sebagai berikut:

Hormon non peptida yang memiliki reseptor transmembran
Gambar hormon non peptida yang memiliki reseptor transmembran

Hormon Peptida

Karena berupa peptida, maka bentuk molekulnya berupa molekul polimer yang tersusun dari banyak asam amino. Sebagai peptida, tentu zat ini tidak dapat menembus membran sel sehingga memiliki reseptor tipe transmembran. Adapun contoh dari kelompok hormon peptida ini adalah sebagai berikut:

Nama hormonStruktur dasarFungsi
Glukagon29 asam aminoGlikogenolisis di hati, pelepasan asam lemak dari bentuk trigliserida di jaringan adiposa
InsulinPolipeptida, rantai A terdiri dari 21 asam amino, rantai B 30 asam aminoStimulasi ambilan glukosa di otot dan jaringan lemak, katabolisme karbohidrat, penyimpanan trigliserida di jaringan lemak, sintesis protein, proliferasi sel, inhibisi glikogenolisis
Gastrin17 asam aminoPelepasan HCl dan pepsin di lambung
Adrenokortikotropin39 asam aminoBiosintesis di hipofisis anterior, stimulasi pembentukan kortikosteroid di korteks adrenal, pelepasan asam lemak dari jaringan adiposa
Follicle stimulating hormone (FSH)Polipeptida, rantai alfa 92 asam amino, rantai beta 118 asam aminoStimulasi pertumbuhan oosit dan folikel
Thyrotropic stimulating hormone (TSH)Polipeptida, rantai alfa 92 asam amino, rantai beta 112 asam aminoPelepasan hormon tiroksin (T4) dan T3 dari kelenjar tiroid
TSH-releasing hormone3 asam aminoDibentuk di hipotalamus, menstimulasi sintesis dan pelepasan TSH dari hipofisis anterior
Vasopressin9 asam aminoDibentuk di hipofisis posterior, penyerapan balik air di ginjal, kontraksi pembuluh darah kecil
Hormon paratiroid84 asam aminoDibentuk di kelenjar paratiroid, pelepasan ion kalsium di darah, mobilisasi kalsium dari tulang

Second Messenger

Dalam interaksi antara sel, hormon bertugas mengantar sinyal dari satu sel ke sel yang lain, sedangkan second messenger akan meneruskan sinyal tersebut di dalam sel.

Jadi, second messenger adalah zat kimia intraseluler dimana kadarnya berubah tergantung dari sinyal primer (hormon = ligan = first messenger). Fungsinya seperti dijelaskan adalah untuk merelay atau meneruskan sinyal eksternal yang tidak mampu menembus membran sel. Pada kasus hormon steroid yang dapat menembus membran sel, sinyal eksternal dapat langsung diteruskan ke inti sel tanpa melalui second messenger.

Seringkali second messenger mewakili proses awal dari rantai sinyal intraseluler yang panjang yang juga berfungsi sebagai amplifikasi sinyal yang kemudian muncul sebagai hasil akhir berupa respon seluler terhadap sinyal primer. Sebagai gambaran, bagan di bawah ini merupakan skema sederhana mengenai rantai sinyal intraseluler yang bertahap dan melibatkan banyak molekul second messenger:

Tahapan aktivasi second messenger dalam relay sinyal dalam sel
Gambar skematis relay atau transmisi sinyal intraseluler yang melibatkan second messenger.

Adapun seperti pada gambar di atas, molekul yang bertugas sebagai second messenger adalah sebagai berikut:

  • Cyclic AMP = cAMP
  • Cyclic GMP = cGMP
  • Insositol triphosphate = InsP3
  • Diacylglicerol = DAG
  • Ion kalsium = Ca2+
  • Nitrogen monoksida = NO

Cyclic AMP (cAMP)

Molekul ini adalah bentuk siklik dari adenosine monophosphate (AMP). Proses pembentukannya adalah dari ATP menjadi cAMP dengan bantuan adenylyl cyclase (AC). Sedangkan pemecahan dari cAMP dilakukan oleh cyclic nucleotide phosphodiesterase (PDE). Oleh sebab itu regulasi dari cAMP tergantung dari keseimbangan antara adenylyl cyclase (AC) dengan cyclic nucleotide phosphodiesterase.

Adenilil siklase ini biasanya diaktifkan oleh reseptor kelas G-protein coupled receptor (GPCR). Di bawah ini adalah reaksi dan bentuk molekul dari cAMP:

Second messenger cAMP
Gambar reaksi dan struktur molekul cAMP

cAMP ini akan mengaktivasi protein kinase lain dan kanal ion. Secara umum terdapat tiga target utama dari cAMP yaitu protein kinase A (PKA), GTP-exchange protein EPAC, dan cyclic-nucleotide-gated ion channels.

Jalur persinyalan cAMP-PKA
Jalur persinyalan cAMP-PKA

Adapun jalur sinyal cAMP ini berperan dalam berbagai proses penting tubuh misalnya pengaturan laju jantung (adrenergik), sekresi kortisol (CRH), dan proses glikogenolisis serta lipolisis.

Cyclic GMP (cGMP)

cGMP disintesis oleh respetor guanilil siklase yang diaktivasi oleh second messenger lain yaitu NO. Sama seperti cAMP, cGMP juga mengaktivasi protein kinase dan kanal ion. Selain itu, cGMP juga berperan dalam regulasi fosfodiesterase. Di bawah ini adalah gambar molekul dari cGMP

Struktur molekul second messenger cGMP
Struktur molekul cGMP

Beberapa peran penting dari cGMP adalah proses relaksasi otot polos, transduksi visual mata, transpor ion di usus, regulasi sistem imun, dan fungsi platelet atau trombosit.

Insositol Triphosphate (InsP3) dan Diacylglicerol (DAG)

InsP3 dan DAG dihasilkan dari PIP2 dengan bantuan phospholipase C, yang diaktivasi oleh G-protein atau reseptor membran dengan aktivitas tirosin kinase. Di bawah ini adalah gambaran skematik mengenai perubahan PIP2 menjadi InsP3 dan DAG.

Second messenger inositol triphosphate (InsP3) dan diacylglcerol (DAG)
Gambar molekul Inositol triphosphate (InsP3) dan diacylglcerol (DAG)

Sebagai rangkaian lanjutan, InsP3 kemudian mengaktivasi kanal ion kalsium (Ca2+ juga merupakan second messenger). Sedangkan DAG akan mengaktovasi protein kinase C (PKC). Selain itu, DAG juga melepaskan asam arakidonat yang merupakan substrat atau bahan dari prostaglandin dan jenis messenger lainnya.

Ion Kalsium (Ca2+)

Ion ini dimobilisasi melalui kanal ion, misalnya dari retikulum endoplasma yang halus, atau dari ruangan ekstraseluler. Kalsium akan mengaktifkan secara langsung atau melalui ikatan kompleks dengan calmodulin. Adapun targer molekul dari Ca2+ adalah:

  • Phospholipase A2
  • Protein kinase C (PKC)
  • Phosphatase calcineurin
  • NO-synthases

Selain itu, Ca2+ juga berperan dalam proses kontraksi otot.

Nitrogen Monoksida (NO)

NO merupakan molekul kecil yang disintesis dari asam amino arginin melalui bantuan enzim NO-synthase (NOS). NO akan mengaktivasi NO-dependent guanylyl cyclase. NO terlibat dalam regulasi relaksasi otot pembuluh darah, pengeluaran neurotransmiter, dan respon imunitas seluler.

Reaksi produksi NO dan cGMP
Reaksi produksi NO dan cGMP

Buku Referensi Kedokteran

Berikut ini adalah beberapa buku teks yang dapat dipilih sebagai bahan pembelajaran khususnya di bidang ilmu dasar kedokteran dan penyakit dalam. Format dapat berupa buku teks fisik maupun e-book (aplikasi Kindle Google Play Store atau Apple Apps Store). Adapun yang sering saya pakai misalnya:

Perlu saya informasikan apabila Anda membeli e-book atau bentuk fisik buku tersebut lewat tautan atau pencarian di laman ini, maka Caiherang akan mendapat komisi dari pembelian tersebut. Dana yang diperoleh akan dipakai untuk pemeliharaan rutin seperti server, plug-in, design software, dan keperluan lainnya baik untu keperluan rutin maupun perbaikan dari website Caiherang ini.

Kesimpulan

Hormon dan second messenger terlibat penting dalam proses relay atau penyampaian sinyal di dalam tubuh. Hormon meneruskan sinyal dari sel ke sel lain melalui pembuluh darah sedangkan second messenger akan meneruskan sinyal dari hormon itu ke dalam sel yang kemudian menghasilkan beragam respon dari sel yang dituju. Adapun untuk hormon yang dapat menembus membran sel, pesan tersebut dapat langsung disampaikan tanpa melalui perantara second messenger.

Sumber

  1. Molecular Biology of the Cell. Bruce Alberts et al. Garland Science (2007)
  2. Biochemistry of Signal Transduction and Regulation. Gerhard Krauss. Wiley VCH (2008)
  3. Ghalayini IF. Nitric oxide–cyclic GMP pathway with some emphasis on cavernosal contractility. Int J Impot Res. 2004 Dec 1;16(6):459–69.
  4. Sassone-Corsi P. The Cyclic AMP pathway. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012;4(12):3–5.
  5. Signal Transduction and Human Disease. Toren Finkel, Silvio Gutkind. Wiley & Sons (2003)
  6. Zell- und Gewebekultur: Von den Grundlagen zur Laborbank. Toni Lindl and Gerhard Gstraunthaler. Spektrum Akademischer Verlag (2008)
  7. Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique. Robert I. Freshny. Wiley & Sons (2005)
  8. https://themedicalbiochemistrypage.org/signal-transduction.html
  9. https://www.sigtrans.de/

Tinggalkan Balasan