Transduksi Sinyal dan Reseptor

Transduksi sinyal adalah serangkaian proses di mana sel mendeteksi sinyal eksternal dan mengubahnya menjadi respons intraseluler. Molekul sinyal mengikat reseptor — di permukaan sel atau di dalam sel — yang memulai serangkaian peristiwa molekuler yang menyampaikan, memperkuat, dan mengintegrasikan informasi sebelum sel merespons. Reseptor adalah titik masuk konversi ini, memberikan sel spesifisitas untuk bereaksi terhadap sinyal tertentu.

Definition

Transduksi sinyal adalah konversi stimulus ekstraseluler atau intraseluler, yang dideteksi oleh reseptor spesifik, menjadi urutan peristiwa biokimia intraseluler yang menghasilkan respons seluler.

Scope

Entri ini mencakup kelas reseptor utama (reseptor berpasangan protein-G, reseptor tirosin kinase, dan reseptor intraseluler), komponen relai yang menyebarkan sinyal (protein G, protein kinase dan fosfatase, serta GTPase kecil), dan prinsip-prinsip amplifikasi, integrasi, dan terminasi. Entri ini memperlakukan pensinyalan sebagai topik referensi dalam biologi sel dan bukan merupakan panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana reseptor membedakan sinyalnya dari latar belakang molekuler?
• Bagaimana peristiwa pengikatan di permukaan disampaikan ke sitoplasma dan nukleus?
• Bagaimana sinyal diperkuat namun tetap spesifik?
• Bagaimana kaskade pensinyalan dimatikan dan diatur ulang?

Key concepts

• Pengikatan ligan-reseptor dan spesifisitas
• Reseptor berpasangan protein-G
• Reseptor tirosin kinase
• Reseptor intraseluler (nuklir)
• Kaskade protein kinase
• Pensinyalan MAP kinase
• Amplifikasi, integrasi, dan terminasi sinyal

Key theories

Fosforilasi protein reversibel sebagai sakelar pensinyalan

Protein kinase menambahkan dan fosfatase menghilangkan gugus fosfat, bertindak sebagai sakelar berlawanan yang menghidupkan dan mematikan protein pensinyalan; modifikasi kovalen reversibel ini adalah mekanisme sentral untuk menyebarkan dan mengatur sinyal.

Sakelar molekuler GTPase

Protein G heterotrimerik dan kecil berputar antara keadaan terikat GTP aktif dan terikat GDP tidak aktif, dengan regulator yang mendorong aktivasi atau mempercepat hidrolisis GTP, memberikan kontrol on/off yang tepat waktu pada pensinyalan hilir.

Mechanisms

Molekul sinyal mengikat reseptor dengan spesifisitas tinggi. Reseptor permukaan sel terbagi dalam kelas-kelas utama: reseptor berpasangan protein-G mengaktifkan protein G heterotrimerik yang bertindak sebagai sakelar molekuler; reseptor tirosin kinase berdimerisasi dan berautofosforilasi untuk merekrut efektor hilir; dan sinyal lipofilik melewati membran untuk mencapai reseptor intraseluler yang bekerja pada ekspresi gen. Di hilir, sinyal disebarkan sebagian besar oleh fosforilasi protein reversibel, di mana kinase dan fosfatase menghidupkan dan mematikan protein target, dan oleh GTPase kecil yang berputar antara keadaan terikat GTP dan GDP. Kaskade bertingkat seperti jalur MAP kinase memperkuat dan mengarahkan sinyal, sementara arsitektur yang sama memungkinkan integrasi berbagai masukan. Internalisis reseptor oleh endositosis menghubungkan pensinyalan dengan lalu lintas dan membantu mengakhiri atau mengarahkan ulang respons. Terminasi — melalui aktivitas fosfatase, hidrolisis GTP, dan regulasi turun reseptor — mengatur ulang sistem untuk sinyal berikutnya.

Clinical relevance

Transduksi sinyal mengatur bagaimana sel merespons hormon, faktor pertumbuhan, dan neurotransmiter, dan pensinyalan yang berubah merupakan pusat untuk memahami banyak proses penyakit, itulah sebabnya reseptor dan enzim pensinyalan banyak dipelajari sebagai target obat. Entri ini menjelaskan mekanisme pensinyalan untuk referensi dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis atau pengobatan.

History

Konsep reseptor dan penemuan AMP siklik sebagai pembawa pesan kedua pada pertengahan abad ke-20 menetapkan bahwa sinyal permukaan disampaikan di dalam sel. Dekade-dekade berikutnya memecahkan keluarga reseptor utama, peran protein G dan sakelar GTPase, dan tempat sentral fosforilasi protein reversibel, dengan kaskade kinase seperti jalur MAP kinase menjadi kerangka kerja pengorganisasian. Pekerjaan yang lebih baru mengintegrasikan pensinyalan dengan lalu lintas membran, menunjukkan bahwa endositosis membentuk durasi dan lokasi sinyal.

Key figures

• Tony Hunter
• Elliott M. Ross
• Mark von Zastrow

Seminal works

• hunter-1995
• ross-wilkie-2000

Frequently asked questions

Apa itu reseptor dalam pensinyalan sel?

Reseptor adalah protein yang secara spesifik mengikat molekul sinyal dan, setelah mengikat, memulai respons intraseluler; reseptor dapat berada di membran plasma atau di dalam sel tergantung pada apakah sinyal dapat melintasi membran.

Bagaimana sinyal diperkuat di dalam sel?

Setiap reseptor yang diaktifkan dapat memicu banyak molekul hilir, dan kaskade kinase bertingkat serta pembawa pesan kedua melipatgandakan efeknya, sehingga sejumlah kecil peristiwa pengikatan dapat menghasilkan respons seluler yang besar.