Cell signaling I

Question 1

Hva er quorum sensing?

Answer 1

Prosessen hvor mange bakterier responderer til kjemiske signaler som blir sekretert av naboceller og akkumulert ved høyere befolkningstetthet. Prosessen tillater bakterier å koordinere behov, inkludert motilitet, produksjon av antibiotika, dannelse av sporer, og seksuell konjugasjon.

Question 2

Hvordan blir kommunikasjon mellom celler i multicellulære organismer i hovedsak styrt?

Answer 2

Kommunikasjonen blir i hovedsak styrt av ekstracellulære signalmolekyler.
Noen av disse fungerer over lange avstander, mens andre signaliserer kun til de nærmeste naboene.

Question 3

Hva skjer når et signal mottas av en celle?

Answer 3

Mottak av signaler er avhengig av reseptorproteiner - som ofte, men ikke alltid finnes på celleoverflaten. Disse reseptorene binder signalmolekylet, og bindingen aktiverer reseptoren, som i sin tur aktiverer en eller flere intracellulære signalveier eller -systemer. Disse systemene er avhengig av intracellulære signaliseringsproteiner, som besitter signalet inne i mottakercellen og fordeler dem til de passende intracellulære målene. Noen av disse proteinene produserer små kjemiske budbringere kalt second messengers, som bærer signalet til andre signaliseringsproteiner. Målet som er i enden av signaliseringsveiene kalles generelt effektorproteiner, som blir endret på en eller annen måte av det innkomne signalet og implementerer passende endring i celleatferd.

Question 4

Hva slags proteiner kan fungere som effektorproteiner i en signaliseringsvei?

Answer 4

Avhengig av signal og type og tilstand av mottakercellen, kan disse effektorene være transkripsjonsregulatorer, ionekanaler, komponenter i en metabolsk reaksjonsvei, eller deler av cytoskjelettet.

Question 5

Hva er kontakt-avhengig signalisering?

Answer 5

Kontakt-avhengig signalisering er når det ekstracellulære signalmolekylet er bundet til overflaten av signaliseringscellen og kun påvirker celler det er i kontakt med.
Slik signalisering er særlig viktig under utvikling og i immunresponser.
Kontakt-avhengig signalisering under utvikling kan noen ganger fungere over relativt store distanser hvis de kommuniserende cellene utøver lange, tynne prosesser for å danne kontakt med hverandre.

Question 6

Hva er den vanligste formen for signalisering?

Answer 6

Signaliserende celler sekreterer signalmolekyler inn i den ekstracellulære væsken. Ofte er de sekreterte molekylene lokale mediatorer som kun fungerer på celler i det lokale miljøet til den signaliserende cellen. Dette kalles parakrin signalisering. Vanligvis er den signaliserende cellen og målcellen av ulike celletyper, men celler kan også produsere signaler som de selv responderer til: dette referere til autokrin signalisering. Kreftceller produserer ofte ekstracellulære signaler som stimulerer egen overlevelse og spredning (proliferation).

Question 7

Hva er de fire typene av intracellulær signalisering?

Answer 7

1) Kontakt-avhengig
2) Parakrin
3) Synaptisk
4) Endokrin

Question 8

Hvordan fungerer synaptisk signalisering?

Answer 8

Organismer har utviklet celletyper som er spesialiserte for intercellulær kommunikasjon over lange distanser. De mest sofistikerte er nervecellene (neuronene) som typisk innehar lange, forgreinede aksoner som tillater dem kontakt med målceller langt unna, hvor prosessen ender på det spesialiserte stedet for for signaltransmisjon kjent som kjemiske synapser. Når et neuron blir aktivert av stimuli fra andre nerveceller, sender det en elektrisk impuls (aksjonspotensial) raskt langs aksonet: når impulsen når synapsen på enden av aksonet, trigger det sekresjon av et kjemisk signal som fungerer som en neurotransmitter. Den tett organiserte strukturen av synapsen forsikrer at neurotransmitteren blir levert spesifikt til reseptorer på den postsynaptiske målcellen.

Question 9

Hvordan fungerer endokrin signalisering?

Answer 9

En annen strategi for signalisering over lange avstander bruker endokrine celler, som sekreterer sine signalmolekyler - hormoner - inn i blodstrømmen. Blodet bærer molekylene langt og bredt, noe som tillater at de kan fungere på målceller som kan ligge nesten hvor som helst i kroppen.

Question 10

Gi eksempler på hva som kan være ekstracellulære signalmolekyler i multicellulære organismer.

Answer 10

Proteiner, små peptider, aminosyrer, nukleotider, sterioder, retinoider, derivater av fettsyrer, og oppløste gasser slik som nitrogenoksid og karbonmonoksid.

Question 11

Ved hvilken prosess blir de fleste signalmolekyler frigjort inn i det ekstracellulære rommet?

Answer 11

Ved eksocytose.
Men noen blir også sendt ut ved diffusjon gjennom plasmamembranen, mens andre binder seg til den utvendige overflaten av cellen og forblir der.

Question 12

Hva er en reseptor?

Answer 12

En reseptor binder signalmolekylet og initierer en respons i målcellen. Bindingssetet på reseptoren har en kompleks struktur som er formet for å gjenkjenne signalmolekylet med høy spesifisitet, noe som bidrar til å forsikre at reseptoren kun responderer til det passende signalet og ikke til de mange andre signalmolekylene som cellen er eksponert for. Mange signalmolekyler fungerer ved veldig lave konsentrasjoner, og reseptorene binder dem vanligvis med høy affinitet.

Question 13

Hvordan fungerer en reseptor?

Answer 13

I de fleste tilfeller er reseptorer transmembranproteiner på overflaten til målcellen. Når proteinene binder et ekstracellulært signalmolekyl (ligand), blir de aktivert og genererer ulike intracellulære signaler som endrer oppførselen til cellen. I andre tilfeller er reseptorproteinet inne i cellen, og signalmolekylet må komme inn i cellen for å binde seg til reseptoren: dette krever at signalmolekylet er lite og hydrofobt nok til å diffundere over plasmamembranen.

Question 14

Hva slags signalproteiner er celleproliferasjon og celledifferensiering avhengig av?

Answer 14

En kombinasjon av signaler som fremmer både celledeling og overlevelse, samt signaler som stimulerer cellevekst.
Differensiering til en ikke-delende tilstand (terminal differensiering) krever en annen kombinasjon av overlevelses- og differensieringssignaler som må overkjøre ethvert signal om celledeling.

Question 15

Hva slags effekter har neurotransmitteren acetylcholine?

Answer 15

• Senker hastigheten for utskytning av aksjonspotensialer i hjerte-pacemaker-celler
• Stimulerer produksjon av saliva i salivary gland cells
• Forårsaker sammentrekning av celler i skjelettmuskulaturen ved å binde seg til en annen type acetylcholine-reseptor

Question 16

Hva forårsaker de ulike effektene av acetylcholine i de ulike celletypene?

Answer 16

Forskjeller i de intracellulære signaliseringsproteinene, effektorproteiner, og gener som er aktivert.
Det betyr at et ekstracellulært signal i seg selv har lite informasjonsinnhold; det bare induserer cellen til å respondere i henhold til dens forhåndsbestemte tilstand, som avhenger av cellens utviklingshistorie og de spesifikke genene som uttrykkes.

Question 17

Hva er de tre hovedklassene av celleoverflate-reseptorproteiner?

Answer 17

1) Ion-channel-coupled receptors (Transmitter-gated ion channels / ionotropic receptors)
2) G-protein-coupled receptors
3) Enzyme-coupled receptors

Question 18

Hva er en signal transduser?

Answer 18

Celleoverflate-reseptorene fungerer som signal-transdusere ved å omdanne en ekstracellulær ligand-bindingshendelse til intracellulære signaler som endrer oppførselen til målcellen.

Question 19

Hva er ion-channelcoupled receptors involvert i?

Answer 19

Rask, synaptisk signalisering mellom nerveceller og andre elektrisk eksiterbare målceller slik som muskelceller.
Denne typen signalisering er styrt av et lite antall neurotransmittere som forbigående åpner eller lukker en ionekanal dannet av proteinet de binder seg til, noe som kort endrer ionepermeabiliteten av plasmamembranen, og dermed endrer eksitabiliteten av den postsynaptiske målcellen.

Question 20

Hvordan fungerer G-protein-kobla reseptorer?

Answer 20

De fungerer ved å indirekte regulere aktiviteten til et separat plasmamembran-bundet målprotein, som vanligvis enten er et enzym eller en ionekanal. Et heterotrimerisk GTP-bindende protein (G protein) styrer interaksjonen mellom den aktiverte reseptoren og dette målproteinet.
Aktiveringen av målproteinet kan endre konsentrasjonen av ett eller flere små intracellulæresignaliseringsmolekyler (hvis målproteinet er et enzym) eller det kan endre ionepermeabiliteten av plasmamembranen (hvis målproteinet er en ionekanal).

Question 21

Hvordan fungerer enzym-kobla reseptorer?

Answer 21

De fungerer enten som enzymer eller assosierer direkte med enzymer som de aktiverer. De er vanligvis single-pass transmembrane proteins som har det ligand-bindende setet utenfor cellen og det katalytiske eller enzym-bindingssetet på innsiden.
De fleste av reseptorene er proteinkinaser, eller så assosierer de med proteinkinaser, som fosforylerer spesifikke sett av proteiner i målproteinet når det er aktivert.

Question 22

Hvilke molekyler kan være sekundære budbringere?

Answer 22

Molekyler som cAMP og Ca2+, som er vannløselige og diffunderer i cytosol
Molekyler som diacylglycerol, som er lipidløselig og diffunderer i planet av plasmamembranen

Question 23

Hva er molecular switches?

Answer 23

Når de (proteinene) mottar et signal, vil de bytte fra en inaktiv til en aktiv tilstand, helt til en annen prosess slår dem av og returnerer dem til den inaktive tilstanden.
Å skur av kan være like viktig som å skru på. Hvis en signaliseringsvei skal hente seg inn igjen etter å ha videresendt et signal slik at det kan være klart til neste signal ankommer, må alle aktiverte molekyler i reaksjonsveien returnere til sin opprinnelige, inaktive tilstand.
Den største klassen av molekylære brytere består av de som skrus av og på ved fosforylering (protein kinase skrus på / protein fosfatase skrur av).
En annen klasse er de GTP-bindende proteinene.

Question 24

Hvilke to hovedtyper protein kinaser finnes i eukaryote celler?

Answer 24

Serine/threonine kinaser som fosforylerer hydroksylgruppen på serin og threonine.
Tyrosin kinaser som fosforylerer hydroksylgruppen på tyrosin

Question 25

Hvordan fungerer GAPs og GEFs?

Answer 25

GTPase-activating proteins (GAPs) driver proteinene inn i en “av”-tilstand ved å øke raten av hydrolyse av bundet GTP.
Guanine nucleotide exchange factors (GEFs) aktiverer GTP-bindende proteiner ved å fremme frigjøringen av bundet GDP, noe som tillater nye GTP å binde seg.

Question 26

Hvordan forblir et signal sterkt og spesifikt under støyende omstendigheter?

Answer 26

En nøkkel til det er den høye affiniteten og spesifisiteten i interaksjonen mellom intracellulære signaliseringsmolekyler og de korresponderende partnerne.
- Active sites
- Docking sites outside the active site
- Noise filters (phosphatase activity)

Question 27

Hva er et “scaffold protein”?

Answer 27

Et protein som bringer sammen grupper av interagerende signaliseringsproteiner til et signaliseringskompleks, ofte før et signal har blitt mottatt.

Question 28

Hva er en adaptor?

Answer 28

Et (signaliserings)protein som binder to andre proteiner sammen i en signaliseringsvei.

Question 29

I det store bildet, hva er funksjonen til et intracellulært signaliseringssystem?

Answer 29

Å detektere og måle en spesifikk stimuli i en lokasjon av cellen og deretter generere en passende tidsbestemt og målt respons, ofte på en annen lokasjon.
Systemet utfører denne oppgaven ved å sende informasjon i form av molekylære “signaler” fra reseptoren og til det endelige effektorproteinet, ofte gjennom en rekke av mellomprodukter som ikke bare sender signalet videre, men som også prosesserer det.

Question 30

Hva er de grunnleggende signaliseringsresponsene som kan variere mellom ulike systemer?

Answer 30

1) Response timing
2) Sensitivity
3) Dynamic range
4) Persistance
5) Signal processing
6) Integration
7) Coordination

Question 31

Hvordan varierer sensitivitet i ulike systemer?

Answer 31

Hormoner fungerer ved veldig lav konsentrasjon på celler på avstand, som derfor er veldig sensitive til lav konsentrasjon av signalet.
Neurotransmittere fungerer ved mye høyere konsentrasjoner ved en synapse, noe som reduserer behovet for høy sensitivitet i de postsynaptiske reseptorene.
Sensitivitet er ofte kontrollert av endringer i antall eller affinitet av reseptorene på målcellen.
En svært viktig mekanisme for å øke sensitivitet er amplifikasjon.

Question 32

Hva påvirker hastigheten til en signaliseringsrespons?

Answer 32

Hastigheten er avhengig av naturen til de intracellulære signaliseringsmolekylene som utøver målcellens respons. Når responsen kun krever endringer i proteiner som allerede er tilstede i cellen, kan responsen forekomme veldig raskt: en allosterisk endring i en neurostransmitter-styrt ionekanal kan endre det elektriske protensialet til membranen i løpet av millisekunder, og responser som i hovedsak er avhengig av fosforylering kan forekomme i løpet av sekunder eller minutter.
Når responsen involverer endringer i genekspresjon og syntese av nye proteiner, krever responsen vanligvis mange minutter eller timer, uavhengig av måten for levering av signalet.

Question 33

Hva er sigmoid respons?

Answer 33

Det er når lave konsentrasjoner av stimuli ikke har særlig effekt, men så stiger responsen bratt og kontinuerlig på middels stimuli-nivå.

Question 34

Hva er positiv og negativ feedback?

Answer 34

Ved positiv feedback vil output stimulerer sin egen produksjon.
Ved negativ feedback vil output inhibere sin egen produksjon.

Question 35

Hvordan kan positiv feedback påvirke en respons?

Answer 35

Hvis den positive feedbacken kun er av moderat styrke, vil dens effekt være å gjøre responsen til signalet brattere, og dermed generere en sigmoid kurve/respons.
Hvis feedbacken derimot er av sterk nok, kan den produsere en alt-eller-intenting respons.

Question 36

Hva betyr det at et system er bistabilt?

Answer 36

Det kan eksistere enten i en “avskrudd” eller en “påskrudd” tilstand, og en forbigående stimuli kan flippe det fra en tilstand til en annen.

Question 37

Hva er adaptation / desensitization?

Answer 37

Et fenomen som tillater celler å respondere til endringer i styrken av et input-signal (fremfor til den absolutte mengden av signalet) over et veldig bredt spekter av signalnivåer. Synet vårt er et eksempel på dette.
“Input-signal trigger en respons som øker og deretter faller selvom stimulien vedvarer. Et ytterligere, sterkere input-signal kan deretter generere en annen forbigående respons lik den første, osv”

Question 38

Hvordan kan adaptation forekomme?

Answer 38

Adaptation krever at noen komponenter i signaliseringssystemet produserer et forsinket inhibitorisk signal som reduserer stryken på outputen.

1) Negativ feedback som fungerer med en kort forsinkelse
2) Et ekstracellulært signal aktiverer raskt en signaliseringsrespons gjennom en reaksjonsvei, mens den også trigger en en parallell, tregere signaliseringsvei som inhiberer responsen.
3) Inaktivering av reseptorer
4) Receptor sequestration
5) Ødeleggelse av reseptor