Buku Bahasa Indonesia Guyton And Hall Textbook of Medical Physiology 75-
PENSINYALAN INTRASELULER SETELAH AKTIVASI RESEPTOR HORMON
Hampir tanpa pengecualian, hormon memengaruhi jaringan targetnya dengan terlebih dahulu membentuk kompleks hormon-reseptor. Pembentukan kompleks ini mengubah fungsi reseptor, dan reseptor yang telah teraktivasi kemudian memulai efek hormonal. Untuk menjelaskan proses ini, berikut beberapa contoh berbagai jenis interaksi tersebut.
Reseptor yang Berhubungan dengan Kanal Ion
Hampir semua zat neurotransmiter, seperti asetilkolin dan norepinefrin, berikatan dengan reseptor pada membran postsinaptik. Ikatan ini hampir selalu menyebabkan perubahan struktur reseptor, yang biasanya membuka atau menutup kanal bagi satu atau lebih ion. Beberapa reseptor yang berhubungan dengan kanal ion ini membuka (atau menutup) kanal untuk ion natrium, yang lain untuk ion kalium, ion kalsium, dan sebagainya. Perubahan pergerakan ion melalui kanal tersebut menyebabkan efek berikutnya pada sel postsinaptik.
Walaupun beberapa hormon dapat menjalankan sebagian efeknya melalui aktivasi reseptor kanal ion, sebagian besar hormon yang membuka atau menutup kanal ion melakukannya secara tidak langsung melalui reseptor yang berhubungan dengan protein G atau reseptor yang berhubungan dengan enzim, sebagaimana akan dibahas berikut ini.
Reseptor Hormon yang Berhubungan dengan Protein G
Gambar 75-4. Mekanisme aktivasi reseptor yang berhubungan dengan protein G. Ketika hormon mengaktivasi reseptor, kompleks protein G yang tidak aktif, yang terdiri atas subunit α, β, dan γ, berasosiasi dengan reseptor dan mengalami aktivasi melalui pertukaran guanosine triphosphate (GTP) dengan guanosine diphosphate (GDP). Proses ini menyebabkan subunit α, yang mengikat GTP, terlepas dari subunit β dan γ protein G, kemudian berinteraksi dengan protein target yang terikat pada membran (enzim) yang memulai pensinyalan intraseluler.
Banyak hormon mengaktivasi reseptor yang secara tidak langsung mengatur aktivitas protein target, misalnya enzim atau kanal ion, melalui keterkaitan dengan kelompok protein membran sel yang disebut protein pengikat guanosine triphosphate (GTP) heterotrimerik (G proteins) (Gambar 75-4). Semua reseptor yang berhubungan dengan protein G yang telah diketahui (sekitar 1.000 jenis) memiliki tujuh segmen transmembran yang berulang kali melintasi membran sel. Sebagian reseptor yang menonjol ke arah sitoplasma sel, terutama ekor sitoplasmik reseptor, berhubungan dengan protein G yang terdiri atas tiga subunit, yaitu subunit α, β, dan γ. Ketika ligan (hormon) berikatan dengan bagian ekstraseluler reseptor, terjadi perubahan konformasi pada reseptor yang mengaktivasi protein G dan menginduksi sinyal intraseluler yang akan: (1) membuka atau menutup kanal ion pada membran sel; (2) mengubah aktivitas suatu enzim di sitoplasma sel; atau (3) mengaktivasi transkripsi gen.
Protein G heterotrimerik dinamai berdasarkan kemampuannya mengikat nukleotida guanosin. Dalam keadaan tidak aktif, subunit α, β, dan γ membentuk suatu kompleks yang mengikat guanosine diphosphate (GDP) pada subunit α.
Ketika reseptor diaktivasi, reseptor mengalami perubahan konformasi yang menyebabkan protein G heterotrimerik yang mengikat GDP berasosiasi dengan bagian sitoplasmik reseptor dan menukar GDP dengan GTP. Penggantian GDP oleh GTP menyebabkan subunit α terlepas dari kompleks heterotrimerik dan berasosiasi dengan protein pensinyalan intraseluler lainnya. Protein-protein ini kemudian mengubah aktivitas kanal ion atau enzim intraseluler seperti adenilat siklase (adenylyl cyclase) atau fosfolipase C, yang selanjutnya mengubah fungsi sel.
Peristiwa pensinyalan ini berakhir ketika hormon dilepaskan dan subunit α menginaktivasi dirinya sendiri dengan mengubah GTP yang terikat menjadi GDP. Setelah itu, subunit α kembali bergabung dengan subunit β dan γ membentuk protein G heterotrimerik yang tidak aktif dan terikat pada membran. Rincian lebih lanjut mengenai pensinyalan protein G dibahas pada Bab 46 dan ditunjukkan pada Gambar 46-7.
Beberapa hormon berikatan dengan protein G inhibitor (disebut protein Gi), sedangkan hormon lainnya berikatan dengan protein G stimulator (disebut protein Gs). Oleh karena itu, bergantung pada keterkaitan reseptor hormon dengan protein G inhibitor atau stimulator, suatu hormon dapat meningkatkan ataupun menurunkan aktivitas enzim intraseluler. Sistem kompleks protein G pada membran sel ini menyediakan berbagai kemungkinan respons sel terhadap berbagai hormon pada beragam jaringan target tubuh.
Reseptor Hormon yang Berhubungan dengan Enzim
Beberapa reseptor, setelah diaktivasi, berfungsi langsung sebagai enzim atau berhubungan erat dengan enzim yang diaktifkannya. Reseptor yang berhubungan dengan enzim ini merupakan protein yang hanya melintasi membran satu kali, berbeda dengan reseptor yang berhubungan dengan protein G yang memiliki tujuh segmen transmembran. Reseptor yang berhubungan dengan enzim memiliki lokasi pengikatan hormon di sisi luar membran sel dan lokasi katalitik atau pengikatan enzim di sisi dalam membran. Ketika hormon berikatan dengan bagian ekstraseluler reseptor, suatu enzim yang berada tepat di bagian dalam membran sel akan segera diaktivasi, atau kadang-kadang diinaktivasi. Meskipun banyak reseptor yang berhubungan dengan enzim memiliki aktivitas enzim intrinsik, reseptor lainnya bergantung pada enzim yang berasosiasi erat dengan reseptor untuk menghasilkan perubahan fungsi sel.
Tabel 75-2 mencantumkan beberapa dari banyak peptide growth factor, sitokin, dan hormon yang menggunakan reseptor tirosin kinase yang berhubungan dengan enzim untuk pensinyalan sel. Salah satu contohnya adalah reseptor leptin (Gambar 75-5). Leptin merupakan hormon yang disekresikan oleh sel lemak dan memiliki banyak efek fisiologis, tetapi terutama berperan penting dalam pengaturan nafsu makan dan keseimbangan energi, sebagaimana dibahas pada Bab 72.
Tabel 75-2. Hormon yang Menggunakan Pensinyalan Reseptor Tirosin Kinase
- Fibroblast growth factor
- Hormon pertumbuhan
- Hepatocyte growth factor
- Insulin
- Insulin-like growth factor-1 (IGF-1)
- Leptin
- Prolaktin
- Vascular endothelial growth factor (VEGF)
Gambar 75-5. Reseptor yang berhubungan dengan enzim, yaitu reseptor leptin. Reseptor berada dalam bentuk homodimer (dua bagian yang identik), dan leptin berikatan dengan bagian ekstraseluler reseptor sehingga menyebabkan fosforilasi (P) dan aktivasi janus kinase 2 (JAK2) yang berasosiasi pada bagian intraseluler. Mekanisme ini menyebabkan fosforilasi protein signal transducer and activator of transcription (STAT), yang kemudian mengaktivasi transkripsi gen target dan sintesis protein. Fosforilasi JAK2 juga mengaktivasi beberapa sistem enzim lainnya yang memediasi sebagian efek leptin yang terjadi lebih cepat. Y, lokasi fosforilasi tirosin spesifik.
Reseptor leptin merupakan anggota keluarga besar reseptor sitokin yang tidak memiliki aktivitas enzimatik sendiri, tetapi melakukan pensinyalan melalui enzim yang berasosiasi dengannya. Pada reseptor leptin, salah satu jalur pensinyalan berlangsung melalui tirosin kinase dari keluarga janus kinase (JAK), yaitu JAK2. Reseptor leptin berada dalam bentuk dimer, yaitu terdiri atas dua bagian. Ikatan leptin dengan bagian ekstraseluler reseptor mengubah konformasinya sehingga memungkinkan terjadinya fosforilasi dan aktivasi molekul JAK2 yang berasosiasi di sisi intraseluler. Molekul JAK2 yang telah teraktivasi kemudian memfosforilasi residu tirosin lainnya di dalam kompleks reseptor leptin-JAK2 untuk memediasi pensinyalan intraseluler.
Sinyal intraseluler tersebut meliputi fosforilasi protein signal transducer and activator of transcription (STAT), yang mengaktivasi transkripsi gen target leptin untuk memulai sintesis protein. Fosforilasi JAK2 juga menyebabkan aktivasi jalur enzim intraseluler lainnya seperti mitogen-activated protein kinase (MAPK) dan phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K). Sebagian efek leptin terjadi dengan cepat sebagai akibat aktivasi enzim-enzim intraseluler ini, sedangkan efek lainnya berlangsung lebih lambat dan memerlukan sintesis protein baru.
Contoh lain yang banyak digunakan dalam pengendalian hormonal terhadap fungsi sel adalah hormon yang berikatan dengan reseptor transmembran khusus, yang kemudian menjadi enzim adenilat siklase (adenylyl cyclase) aktif pada ujung reseptor yang menonjol ke bagian dalam sel. Enzim siklase ini mengatalisis pembentukan cyclic adenosine monophosphate (cAMP), yang memiliki berbagai efek di dalam sel untuk mengendalikan aktivitas sel, sebagaimana akan dibahas kemudian. cAMP disebut sebagai second messenger karena bukan hormon itu sendiri yang secara langsung menimbulkan perubahan intraseluler, melainkan cAMP bertindak sebagai second messenger yang menghasilkan efek tersebut.
Pada beberapa hormon peptida, seperti atrial natriuretic peptide, cyclic guanosine monophosphate (cGMP), yang hanya sedikit berbeda dari cAMP, berfungsi dengan cara yang serupa sebagai second messenger.
Reseptor Hormon Intraseluler dan Aktivasi Gen
Beberapa hormon, termasuk hormon steroid adrenal dan gonad, hormon tiroid, hormon retinoid, serta vitamin D, berikatan dengan reseptor protein di dalam sel, bukan pada membran sel. Karena hormon-hormon ini larut dalam lemak, hormon tersebut dengan mudah melintasi membran sel dan berinteraksi dengan reseptor di sitoplasma atau inti sel. Kompleks hormon-reseptor yang telah teraktivasi kemudian berikatan dengan sekuens pengatur (promoter) spesifik pada DNA yang disebut hormone response element, sehingga mengaktifkan atau menekan transkripsi gen tertentu serta pembentukan messenger RNA (mRNA) (Gambar 75-6). Oleh karena itu, beberapa menit, jam, atau bahkan hari setelah hormon memasuki sel, protein-protein yang baru terbentuk akan muncul di dalam sel dan menjadi pengendali fungsi sel yang baru atau yang telah mengalami perubahan.
Gambar 75-6. Mekanisme interaksi hormon lipofilik, seperti hormon steroid, dengan reseptor intraseluler pada sel target. Setelah hormon berikatan dengan reseptor di sitoplasma atau inti sel, kompleks hormon-reseptor berikatan dengan hormone response element (promoter) pada DNA. Proses ini mengaktifkan atau menghambat transkripsi gen, pembentukan messenger RNA (mRNA), dan sintesis protein.
Banyak jaringan yang berbeda memiliki reseptor hormon intraseluler yang identik, tetapi gen yang diatur oleh reseptor tersebut berbeda pada setiap jaringan. Suatu reseptor intraseluler hanya dapat mengaktifkan respons gen apabila terdapat kombinasi protein pengatur gen yang sesuai, dan banyak dari protein pengatur ini bersifat spesifik terhadap jaringan. Dengan demikian, respons berbagai jaringan terhadap suatu hormon ditentukan tidak hanya oleh spesifisitas reseptornya, tetapi juga oleh ekspresi gen yang diatur oleh reseptor tersebut.
MEKANISME SECOND MESSENGER UNTUK MEMEDIASI FUNGSI HORMON INTRASELULER
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa salah satu cara hormon menghasilkan efek intraseluler adalah dengan merangsang pembentukan second messenger berupa cyclic adenosine monophosphate (cAMP) di bagian dalam membran sel. Selanjutnya, cAMP menimbulkan efek intraseluler hormon. Dengan demikian, satu-satunya efek langsung hormon terhadap sel adalah mengaktifkan satu jenis reseptor membran. Selebihnya dilakukan oleh second messenger.
cAMP bukan satu-satunya second messenger yang digunakan oleh berbagai hormon. Dua second messenger penting lainnya adalah: (1) ion kalsium beserta kalmodulin yang berasosiasi dengannya, dan (2) produk hasil pemecahan fosfolipid membran. Pada beberapa keadaan, suatu hormon dapat merangsang lebih dari satu sistem second messenger pada jaringan target yang sama.
Sistem Second Messenger Adenilat Siklase-cAMP
Gambar 75-7. Mekanisme cyclic adenosine monophosphate (cAMP) yang digunakan oleh banyak hormon untuk mengendalikan fungsi sel.
Tabel 75-3 memperlihatkan beberapa dari banyak hormon yang menggunakan mekanisme adenilat siklase-cAMP untuk merangsang jaringan targetnya, dan Gambar 75-7 memperlihatkan sistem second messenger adenilat siklase-cAMP. Ikatan hormon dengan reseptornya memungkinkan reseptor berikatan dengan protein G. Apabila protein G tersebut merangsang sistem adenilat siklase-cAMP, protein tersebut disebut protein Gs, yang menunjukkan protein G stimulator.
Tabel 75-3. Hormon yang Menggunakan Sistem Second Messenger Adenilat Siklase-cAMP
- Hormon adrenokortikotropik (ACTH)
- Angiotensin II (sel epitel)
- Kalsitonin
- Katekolamin (reseptor β)
- Hormon pelepas kortikotropin (CRH)
- Hormon perangsang folikel (FSH)
- Glukagon
- Hormon pelepas hormon pertumbuhan (GHRH)
- Human chorionic gonadotropin (hCG)
- Hormon luteinisasi (LH)
- Hormon paratiroid (PTH)
- Sekretin
- Somatostatin
- Hormon perangsang tiroid (TSH)
- Vasopresin (reseptor V2, sel epitel)
cAMP, cyclic adenosine monophosphate.
Stimulasi adenilat siklase, yaitu enzim yang terikat pada membran, oleh protein Gs kemudian mengatalisis konversi sejumlah kecil adenosine triphosphate (ATP) sitoplasmik menjadi cAMP di dalam sel. Selanjutnya, cAMP mengaktifkan protein kinase yang bergantung pada cAMP, yang kemudian memfosforilasi protein-protein sel tertentu dan memicu reaksi biokimia yang pada akhirnya menghasilkan respons sel terhadap hormon.
Setelah cAMP terbentuk di dalam sel, molekul ini biasanya mengaktifkan suatu rangkaian enzim. Artinya, mula-mula satu enzim diaktifkan, kemudian mengaktifkan enzim kedua, yang selanjutnya mengaktifkan enzim ketiga, dan seterusnya. Pentingnya mekanisme ini adalah bahwa hanya beberapa molekul adenilat siklase yang teraktivasi tepat di bagian dalam membran sel sudah dapat menyebabkan aktivasi molekul enzim berikutnya dalam jumlah yang jauh lebih banyak, yang kemudian mengaktifkan lebih banyak lagi molekul enzim ketiga, dan seterusnya. Dengan cara ini, bahkan sejumlah hormon yang sangat kecil yang bekerja pada permukaan sel dapat memulai suatu proses aktivasi berantai yang sangat kuat pada seluruh sel.
Apabila ikatan hormon dengan reseptornya berhubungan dengan protein G inhibitor (protein Gi), adenilat siklase akan dihambat sehingga pembentukan cAMP berkurang dan pada akhirnya menimbulkan efek penghambatan pada sel. Oleh karena itu, bergantung pada keterkaitan reseptor hormon dengan protein G inhibitor atau stimulator, suatu hormon dapat meningkatkan ataupun menurunkan konsentrasi cAMP dan fosforilasi protein-protein penting di dalam sel.
Efek spesifik yang terjadi sebagai respons terhadap peningkatan atau penurunan cAMP pada setiap jenis sel target bergantung pada sifat perangkat intraselulernya. Beberapa sel memiliki satu kelompok enzim, sedangkan sel lainnya memiliki kelompok enzim yang berbeda. Oleh karena itu, fungsi yang berbeda akan dihasilkan pada berbagai sel target, seperti memulai sintesis senyawa kimia intraseluler tertentu, menyebabkan kontraksi atau relaksasi otot, memulai sekresi oleh sel, serta mengubah permeabilitas sel.
Sebagai contoh, sel tiroid yang dirangsang oleh cAMP akan membentuk hormon metabolik tiroksin dan triiodotironin, sedangkan cAMP yang sama pada sel korteks adrenal akan menyebabkan sekresi hormon steroid korteks adrenal. Pada beberapa sel epitel tubulus distal dan duktus pengumpul ginjal, cAMP meningkatkan permeabilitas sel terhadap air.
ADP, adenosine diphosphate; ATP, adenosine triphosphate; GTP, guanosine triphosphate.
Sistem Second Messenger Fosfolipid Membran Sel
Beberapa hormon mengaktivasi reseptor transmembran yang kemudian mengaktifkan enzim fosfolipase C yang melekat pada tonjolan bagian dalam reseptor (Tabel 75-4). Enzim ini mengatalisis pemecahan beberapa fosfolipid pada membran sel, terutama phosphatidylinositol biphosphate (PIP?), menjadi dua produk second messenger yang berbeda, yaitu inositol triphosphate (IP?) dan diasilgliserol (DAG).
Tabel 75-4. Hormon yang Menggunakan Sistem Second Messenger Fosfolipase C
- Angiotensin II (otot polos vaskular)
- Katekolamin (reseptor α)
- Hormon pelepas gonadotropin (GnRH)
- Hormon pelepas hormon pertumbuhan (GHRH)
- Hormon paratiroid (PTH)
- Oksitosin
- Hormon pelepas tirotropin (TRH)
- Vasopresin (reseptor V1, otot polos vaskular)
DAG, diasilgliserol; IP?, inositol triphosphate; PIP?, phosphatidylinositol biphosphate.
IP? memobilisasi ion kalsium dari mitokondria dan retikulum endoplasma, kemudian ion kalsium tersebut menghasilkan efeknya sendiri sebagai second messenger, seperti kontraksi otot polos dan perubahan sekresi sel.
DAG, sebagai second messenger lipid lainnya, mengaktifkan enzim protein kinase C, yang kemudian memfosforilasi sejumlah besar protein sehingga menghasilkan respons sel (Gambar 75-8). Selain efek tersebut, bagian lipid dari DAG adalah asam arakidonat, yang merupakan prekursor prostaglandin dan hormon lokal lainnya yang menimbulkan berbagai efek pada jaringan di seluruh tubuh.
Gambar 75-8. Sistem second messenger fosfolipid membran sel yang digunakan oleh beberapa hormon untuk mengendalikan fungsi sel.
Sistem Second Messenger Kalsium-Kalmodulin
Sistem second messenger lainnya bekerja sebagai respons terhadap masuknya ion kalsium ke dalam sel. Masuknya ion kalsium dapat dipicu oleh: (1) perubahan potensial membran yang membuka kanal kalsium; atau (2) interaksi hormon dengan reseptor membran yang membuka kanal kalsium.
Setelah memasuki sel, ion kalsium berikatan dengan protein kalmodulin. Protein ini memiliki empat tempat pengikatan kalsium, dan ketika tiga atau empat tempat tersebut telah berikatan dengan kalsium, kalmodulin akan mengalami perubahan bentuk dan memulai berbagai efek di dalam sel, termasuk aktivasi atau inhibisi protein kinase. Aktivasi protein kinase yang bergantung pada kalmodulin menyebabkan, melalui proses fosforilasi, aktivasi atau inhibisi protein-protein yang berperan dalam respons sel terhadap hormon. Sebagai contoh, salah satu fungsi spesifik kalmodulin adalah mengaktifkan myosin light chain kinase, yang bekerja langsung pada miosin otot polos sehingga menyebabkan kontraksi otot polos (lihat Gambar 8-3).
Konsentrasi normal ion kalsium pada sebagian besar sel tubuh adalah 10?? hingga 10?? mol/L, yang belum cukup untuk mengaktifkan sistem kalmodulin. Akan tetapi, ketika konsentrasi ion kalsium meningkat menjadi 10?? hingga 10?? mol/L, pengikatan yang terjadi sudah cukup untuk menghasilkan seluruh aksi intraseluler kalmodulin. Jumlah perubahan konsentrasi ion kalsium ini hampir sama dengan yang diperlukan pada otot rangka untuk mengaktifkan troponin C, yang menyebabkan kontraksi otot rangka, sebagaimana dijelaskan pada Bab 7. Menariknya, troponin C memiliki kemiripan dengan kalmodulin, baik dalam fungsi maupun struktur proteinnya.
HORMON YANG BEKERJA TERUTAMA PADA MESIN GENETIK SEL
Hormon Steroid Meningkatkan Sintesis Protein
Cara lain hormon bekerja, terutama hormon steroid, adalah dengan merangsang sintesis protein pada sel target. Protein-protein tersebut kemudian berfungsi sebagai enzim, protein transpor, atau protein struktural, yang selanjutnya menjalankan berbagai fungsi sel lainnya.
Urutan peristiwa pada kerja hormon steroid pada dasarnya adalah sebagai berikut (lihat Gambar 75-6):
- Hormon steroid berdifusi melintasi membran sel dan memasuki sitoplasma sel, tempat hormon tersebut berikatan dengan protein reseptor yang spesifik.
- Kompleks protein reseptor-hormon kemudian berdifusi atau ditranspor ke dalam inti sel.
- Kompleks tersebut berikatan pada lokasi spesifik di sepanjang untaian DNA dalam kromosom, yang mengaktifkan proses transkripsi gen tertentu untuk membentuk messenger RNA (mRNA).
- mRNA berdifusi ke sitoplasma, tempat mRNA mendorong proses translasi pada ribosom untuk membentuk protein-protein baru.
Sebagai contoh, aldosteron, salah satu hormon yang disekresikan oleh korteks adrenal, memasuki sitoplasma sel tubulus ginjal yang mengandung protein reseptor spesifik yang sering disebut reseptor mineralokortikoid. Oleh karena itu, pada sel-sel ini berlangsung rangkaian peristiwa seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.
Sekitar 45 menit kemudian, protein-protein mulai terbentuk di dalam sel tubulus ginjal dan meningkatkan reabsorpsi natrium dari tubulus serta sekresi kalium ke dalam tubulus. Dengan demikian, kerja penuh hormon steroid secara khas mengalami keterlambatan setidaknya sekitar 45 menit, bahkan dapat berlangsung hingga beberapa jam atau beberapa hari. Hal ini sangat berbeda dengan kerja cepat beberapa hormon peptida dan hormon turunan asam amino, seperti vasopresin dan norepinefrin.
Hormon Tiroid Meningkatkan Transkripsi Gen di Dalam Inti Sel
Hormon tiroid tiroksin dan triiodotironin menyebabkan peningkatan transkripsi oleh gen-gen tertentu di dalam inti sel. Untuk menghasilkan peningkatan transkripsi ini, hormon-hormon tersebut terlebih dahulu berikatan secara langsung dengan protein reseptor di dalam inti sel, sebagaimana dibahas lebih rinci pada Bab 77 (lihat Gambar 77-5). Reseptor ini merupakan faktor transkripsi yang telah teraktivasi dan terletak di dalam kompleks kromosom, serta mengendalikan fungsi promoter gen, sebagaimana dijelaskan pada Bab 3.
Dua karakteristik penting fungsi hormon tiroid di dalam inti sel adalah sebagai berikut:
- Hormon tiroid mengaktifkan mekanisme genetik untuk sintesis berbagai jenis protein intraseluler, kemungkinan mencapai 100 jenis atau lebih. Banyak di antaranya merupakan enzim yang meningkatkan aktivitas metabolik intraseluler pada hampir seluruh sel tubuh.
- Setelah berikatan dengan reseptor intranuklear, hormon tiroid dapat terus menjalankan fungsi pengendaliannya selama beberapa hari bahkan beberapa minggu.
PENGUKURAN KONSENTRASI HORMON DALAM DARAH
Sebagian besar hormon terdapat di dalam darah dalam jumlah yang sangat kecil. Beberapa di antaranya memiliki konsentrasi serendah sepersejuta juta miligram (1 pikogram) per mililiter. Oleh karena itu, pada masa lalu konsentrasi tersebut sulit diukur dengan metode kimia biasa. Namun, pada tahun 1959, Rosalyn Yalow dan Solomon Berson mengembangkan metode yang sangat sensitif yang disebut radioimmunoassay, yang merevolusi pengukuran hormon, prekursor hormon, serta produk akhir metabolismenya. Belakangan ini, metode lain seperti enzyme-linked immunosorbent assay juga telah dikembangkan untuk mengukur kadar hormon secara akurat dengan kapasitas pemeriksaan yang tinggi.
Radioimmunoassay
Prosedur pelaksanaan radioimmunoassay adalah sebagai berikut.
Baca Juga: Lighten PDF Converter OCR 6.1.1 Full Version
Pertama, dibuat suatu antibodi yang memiliki spesifisitas tinggi terhadap hormon yang akan diukur.
Kedua, sejumlah kecil antibodi tersebut: (1) dicampurkan dengan sejumlah cairan dari hewan yang mengandung hormon yang akan diukur, dan (2) secara bersamaan dicampurkan dengan sejumlah hormon standar murni yang telah diberi penanda isotop radioaktif. Akan tetapi, terdapat satu syarat penting yang harus dipenuhi. Jumlah antibodi harus terlalu sedikit untuk dapat mengikat secara sempurna baik hormon berlabel radioaktif maupun hormon yang terdapat dalam cairan yang akan diperiksa. Oleh karena itu, hormon alami dalam cairan uji dan hormon standar radioaktif akan saling bersaing memperebutkan tempat pengikatan pada antibodi. Dalam proses persaingan ini, jumlah masing-masing hormon, baik hormon alami maupun hormon radioaktif, yang berhasil berikatan akan sebanding dengan konsentrasinya di dalam cairan uji.
Ketiga, setelah tercapai keadaan setimbang, kompleks antibodi-hormon dipisahkan dari sisa larutan, kemudian jumlah hormon radioaktif yang terikat dalam kompleks tersebut diukur menggunakan teknik pencacahan radioaktivitas. Apabila sejumlah besar hormon radioaktif terikat pada antibodi, hal ini menunjukkan bahwa hanya terdapat sedikit hormon alami yang bersaing dengan hormon radioaktif. Dengan demikian, konsentrasi hormon alami di dalam cairan yang diperiksa rendah. Sebaliknya, apabila hanya sedikit hormon radioaktif yang terikat, berarti terdapat banyak hormon alami yang bersaing memperebutkan tempat pengikatan pada antibodi.
Keempat, agar pemeriksaan bersifat sangat kuantitatif, prosedur radioimmunoassay juga dilakukan terhadap larutan "standar" yang mengandung hormon tanpa penanda pada beberapa tingkat konsentrasi. Selanjutnya dibuat suatu "kurva standar", seperti yang diperlihatkan pada Gambar 75-9. Dengan membandingkan hasil pencacahan radioaktif dari sampel yang "tidak diketahui" terhadap kurva standar tersebut, konsentrasi hormon dalam cairan yang diperiksa dapat ditentukan dengan tingkat kesalahan sekitar 10% hingga 15%. Dengan metode ini, kadar hormon yang hanya sebesar sepermiliar gram, bahkan sepertriliun gram, sering kali masih dapat diukur.
Enzyme-Linked Immunosorbent Assay
Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) dapat digunakan untuk mengukur hampir semua jenis protein, termasuk hormon. Pemeriksaan ini menggabungkan spesifisitas antibodi dengan sensitivitas metode uji enzim sederhana.
Gambar 75-10. Prinsip dasar enzyme-linked immunosorbent assay untuk mengukur konsentrasi suatu hormon (H). AB1 dan AB2 merupakan antibodi yang mengenali hormon pada lokasi pengikatan yang berbeda, sedangkan AB3 merupakan antibodi yang mengenali AB2. E adalah enzim yang terikat pada AB3 dan mengatalisis pembentukan produk berfluoresensi berwarna (P) dari suatu substrat (S). Jumlah produk diukur menggunakan metode optik dan sebanding dengan jumlah hormon di dalam sumur apabila antibodi tersedia dalam jumlah berlebih.
Gambar 75-10 memperlihatkan komponen dasar metode ini, yang umumnya dilakukan menggunakan pelat plastik yang masing-masing memiliki 96 sumur kecil. Setiap sumur dilapisi oleh antibodi (AB1) yang spesifik terhadap hormon yang akan diperiksa. Sampel atau larutan standar kemudian ditambahkan ke setiap sumur, diikuti oleh antibodi kedua (AB2) yang juga spesifik terhadap hormon tersebut, tetapi berikatan pada lokasi yang berbeda pada molekul hormon. Selanjutnya ditambahkan antibodi ketiga (AB3), yang mengenali AB2 dan berikatan dengan suatu enzim yang mengubah substrat yang sesuai menjadi produk yang dapat dideteksi dengan mudah menggunakan metode optik kolorimetri atau fluoresensi.
Karena setiap molekul enzim mengatalisis pembentukan ribuan molekul produk, bahkan sejumlah kecil molekul hormon pun dapat dideteksi. Berbeda dengan metode radioimmunoassay kompetitif, metode ELISA menggunakan antibodi dalam jumlah berlebih sehingga semua molekul hormon akan ditangkap dalam bentuk kompleks antibodi-hormon. Oleh karena itu, jumlah hormon yang terdapat dalam sampel maupun dalam larutan standar sebanding dengan jumlah produk yang terbentuk.
Metode ELISA telah digunakan secara luas di laboratorium klinis maupun penelitian karena: (1) tidak menggunakan isotop radioaktif; (2) sebagian besar proses pemeriksaan dapat diotomatisasi menggunakan pelat 96 sumur; dan (3) terbukti merupakan metode yang hemat biaya serta akurat untuk menentukan kadar hormon.
DAFTAR PUSTAKA
Aguiar-Oliveira MH, Bartke A: Growth hormone deficiency: health and longevity. Endocr Rev 40:575, 2019.
Baker ME: Steroid receptors and vertebrate evolution. Mol Cell Endocrinol Oct 1;496:110526. doi: 10.1016/j.mce.2019.110526
Bianco AC, Dumitrescu A, Gereben B, et al: Paradigms of dynamic control of thyroid hormone signaling. Endocr Rev 40:1000, 2019.
Deussing JM, Chen A: The corticotropin-releasing factor family: physiology of the stress response. Physiol Rev 98:2225, 2018.
Forrester SJ, Booz GW, Sigmund CD, et al: Angiotensin II signal transduction: an update on mechanisms of physiology and pathophysiology. Physiol Rev 98:1627, 2018.
Gamble KL, Berry R, Frank SJ, Young ME: Circadian clock control of endocrine factors. Nat Rev Endocrinol 10:466, 2014.
Gomez-Sanchez E, Gomez-Sanchez CE: The multifaceted mineralocorticoid receptor. Compr Physiol 4:965, 2014.
Haeusler RA, McGraw TE, Accili D: Biochemical and cellular properties of insulin receptor signalling. Nat Rev Mol Cell Biol 19:31, 2018.
Harno E, Gali Ramamoorthy T, Coll AP, White A: POMC: the physiological power of hormone processing. Physiol Rev 98:2381, 2018.
Hewitt SC, Korach KS: Estrogen receptors: new directions in the new millennium. Endocr Rev 39:664, 2018.
Hunter I, Hay CW, Esswein B, Watt K, McEwan IJ: Tissue control of androgen action: the ups and downs of androgen receptor expression. Mol Cell Endocrinol 465:27, 2018.
Jurek B, Neumann ID: The oxytocin receptor: from intracellular signaling to behavior. Physiol Rev 98:1805, 2018.
Najjar SM, Perdomo G: Hepatic insulin clearance: mechanism and physiology. Physiology (Bethesda) 34:198, 2019.
Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia] Cosmos - Carl Sagan
Oster H, Challet E, Ott V, et al: The functional and clinical significance of the 24-hour rhythm of circulating glucocorticoids. Endocr Rev 38:3, 2017.
Pan WW, Myers MG Jr: Leptin and the maintenance of elevated body weight. Nat Rev Neurosci 19:95, 2018.
Petersen MC, Shulman GI: Mechanisms of insulin action and insulin resistance. Physiol Rev 98:2133, 2018.
Sarfstein R, Werner H: Minireview: nuclear insulin and insulin-like growth factor-1 receptors: a novel paradigm in signal transduction. Endocrinology 154:1672, 2013.
Stenvers DJ, Scheer FAJL, Schrauwen P, et al: Circadian clocks and insulin resistance. Nat Rev Endocrinol 15:75, 2019.
Yang Q, Vijayakumar A, Kahn BB: Metabolites as regulators of insulin sensitivity and metabolism. Nat Rev Mol Cell Biol 19:654, 2018.
Comments (0)