Sistem adenilat siklase
Sistem adenilat siklase tergolong dalam mekanisme non-katalitik transduksi sinyal transmembran dan mencakup tiga komponen utama: reseptor (protein-R), protein-G, dan enzim adenilat siklase. Reseptor dapat berupa stimulator (Rs) atau inhibitor (Ri). Protein G terdiri dari tiga subunit — α, β, dan γ; dalam keadaan tidak aktif, molekul GDP terikat pada subunit α.
Aktivasi dimulai dengan pengikatan hormon ke protein-Rs, yang mengubah konformasinya dan memastikan kontak dengan subunit-α. Subunit-α kehilangan afinitas terhadap GDP dan memperoleh afinitas terhadap GTP. Setelah pengikatan GTP, subunit-α terlepas dari kompleks βγ dan berpindah secara difusi lateral menuju adenilat siklase. Kompleks α-GTP–adenilat siklase yang terbentuk mengkatalisis konversi ATP menjadi cAMP.
cAMP berikatan dengan subunit regulator protein kinase A, memicu disosiasi dan aktivasi subunit katalitiknya. Protein kinase A memfosforilasi protein target pada residu serin dan threonin dengan penggunaan ATP. Inaktivasi sistem dipastikan oleh aktivitas GTPase internal dari subunit-α: GTP dihidrolisis menjadi GDP, dan subunit-α kembali ke kompleks βγ. Saat berinteraksi dengan protein-Ri, αi-GTP menginhibisi adenilat siklase, konsentrasi cAMP menurun, protein kinase A berasosiasi kembali, dan fosforilasi protein berkurang.
Sistem inositol fosfat
Sistem ini juga bersifat non-katalitik dan mencakup reseptor, protein-Gq, dan enzim fosfolipase C (PLC). Prinsip aktivasi subunit-α serupa dengan sebelumnya: pengikatan GTP, pelepasan dari kompleks βγ, dan aktivasi PLC.
Fosfolipase C menghidrolisis fosfatidilinositol-4,5-bifosfat (PIP₂) membran menjadi dua messenger sekunder: diasilgliserol (DAG), yang tetap berada di dalam membran, dan inositol-1,4,5-trisfosfat (IP₃), yang masuk ke dalam sitosol.
- IP₃ berikatan dengan saluran kalsium pada retikulum endoplasma, memicu pembukaannya; ion Ca²⁺ keluar ke sitosol menikuti gradien konsentrasi.
- Ca²⁺ berikatan dengan protein kalmodulin (4 pusat pengikatan), kompleks yang terbentuk mengaktifkan protein kinase bergantung Ca²⁺-kalmodulin, yang memfosforilasi protein pada residu serin dan threonin.
- Ca²⁺ bersama dengan DAG dan fosfatidilserin mengaktifkan protein kinase C, yang juga memfosforilasi protein pada residu serin dan threonin.
Reseptor katalitik: insulin dan ANP
Reseptor katalitik meliputi reseptor insulin dan reseptor natriuretik atrial (ANP). Reseptor insulin merupakan tetramer yang terdiri dari dua subunit α dan dua subunit β; subunit β memiliki aktivitas tirosina kinase.
Saat insulin berikatan dengan subunit-α, subunit-β mengalami autofosforilasi pada residu tirosin, dan juga memfosforilasi protein IRS (insulin receptor substrate). Efek dari kaskade sinyal:
- peningkatan transpor glukosa pada jaringan yang bergantung insulin melalui penambahan GLUT-4 ke dalam membran;
- aktivasi fosfoprotein fosfatase, yang mendefosforilasi enzim sintesis glikogen dan glikolisis;
- aktivasi fosfodiesterase, yang memecah cAMP dan menekan sistem adenilat siklase;
- perubahan ekspresi gen untuk protein spesifik.
Sistem guanilat siklase bekerja untuk ANP. Reseptor itu sendiri adalah guanilat siklase; saat ligan berikatan, konversi GTP menjadi cGMP dikatalisis. cGMP mengaktifkan protein kinase G (analog protein kinase A), yang memfosforilasi protein target.
Reseptor Intraseluler
Hormon hidrofobik (misalnya kortisol dan steroid lainnya) dengan bebas melewati membran sitoplasma dan berikatan dengan reseptor intraseluler. Kompleks hormon-reseptor berpindah ke dalam inti sel dan berinteraksi dengan segmen DNA spesifik:
- pengikatan dengan enhancer meningkatkan transkripsi gen terkait;
- pengikatan dengan silencer menekan transkripsi.
Perubahan kecepatan sintesis protein memicu penataan ulang metabolisme sel. Jalur ini khas untuk hormon steroid dan tiroid.
Pemilihan jalur transduksi sinyal dan contoh hormon
Jenis sistem yang digunakan ditentukan oleh sifat fisikokimia hormon. Hormon hidrofilik tidak dapat menembus bilayer lipid dan bekerja melalui reseptor membran (sistem adenilat siklase, inositol fosfat, katalitik). Hormon hidrofobik menembus membran dan bekerja melalui reseptor intraseluler.
- Sistem adenilat siklase: epinefrin (adrenalin) (melalui reseptor-β), glukagon.
- Sistem inositol fosfat: angiotensin II, epinefrin di hati (reseptor-α₁), ADH (vasopresin) melalui reseptor-V₁ otot polos.
- Reseptor katalitik: insulin (tirosin kinase), ANP (guanilat siklase).
- Reseptor intraseluler: kortisol dan hormon steroid lainnya.
Poin-Poin Utama
- Sistem adenilat siklase dan inositol fosfat tergolong non-katalitik, sedangkan reseptor insulin dan ANP tergolong katalitik.
- Subunit-α dari protein-G memiliki aktivitas GTPase, yang memastikan auto-inaktivasi sistem.
- Messenger sekunder yang berperan adalah cAMP, cGMP, IP₃, DAG, dan ion Ca²⁺.
- Fosfolipase C menghidrolisis PIP₂ menjadi IP₃ dan DAG; IP₃ memobilisasi Ca²⁺ dari retikulum endoplasma (RE).
- Reseptor insulin memiliki aktivitas tirosin kinase dan mengaktifkan penyisipan GLUT-4 ke dalam membran.
- Protein kinase A, G, C dan kinase bergantung Ca²⁺-kalmodulin memfosforilasi protein pada residu serin dan threonin.
- Hormon hidrofilik bekerja melalui reseptor membran, sedangkan hormon hidrofobik (steroid) melalui reseptor intraseluler.
- Hormon steroid mengatur transkripsi dengan berikatan dengan enhancer atau silencer DNA.