Kapitel 5

Question 1

Hvad dækker begrebet celletransduktion over?

Answer 1

Bindingen af en budbringer til en receptor, der herved initierer en sekvens af events i cellen, der til sidst resulterer i en cellerespons.

Question 2

Definer begrebet antagonist

Answer 2

Et molekyle der er i stand til at konkurrere med liganden om bindingen til en receptor men antagonisten giver ingen aktivering af de endogene signalveje, der normalt finder sted ved binding af den naturlige ligand.
Eksempler: Beta-blockers, der bruges i behandlingen af højt blodtryk eller antihistaminer, der bruges i behandlingen af allergi ved at hæmme histamin sekretionen fra mastcellerne.

Question 3

Definer begrebet agonist

Answer 3

En kemisk budbringer, der binder til receptoren og giver samme cellerespons som den naturlige ligand ville gøre. Eksempler er phenylephrine og oxymetazolin, der efterligner virkningen af adrenalin på alfa-adrenerge-receptorer, der når de aktiveres får glatmuskulaturen omkring blodkarrene i næsen til at sammentrækkes.

Question 4

Forklar begrebet ned-regulering

Answer 4

Hvis en ekstracellulær koncentration af en budbringer holdes høj over længere tid vil/kan cellen ned-regulere antallet af receptorer i cellemembranen for på den måde stadig at opnå samme mængde cellerespons.
Antallet af receptorer ned-reguleres ved receptor-medieret endocytose eller ved ændring i genekspression af receptor-proteinet.

Question 5

Forklar begrebet op-regulering

Answer 5

Hvis en ekstracellulær koncentration af en budbringer holdes lav over en længere periode, vil/kan cellen op-regulere antallet af receptorer i cellemembranen for på den måde at opnå samme cellerespons. Dette er også en måde at øge sensibiliteten på.
Antallet af receptorer øges ved vesikler med receptorer, der exocyteres eller ved øget genekspressionen af receptor-proteinet.

Question 6

Nævn de ting (5) en receptoraktivering (messenger binder til receptor) kan give af cellulær respons

Answer 6

1. Ændringer af permeabliteten, transportmulighederne eller det elektriske stadie cellemembranen befinder dig i.
2. Ændringer af cellens metabolisme
3. Ændringer af cellens sekretoriske aktivitet
4. Ændringer af raten for proliferation og differentiation
5. Ændringer af kontraktiliteten eller andre aktiviteter

Question 7

Definer en “first messenger”

Answer 7

Den intercellulære kemiske budbringer der når cellen og binder til budbringerens specifikke receptor i cellemembranen.

Question 8

Definer en “second messenger”

Answer 8

Substanser der trænger ind i eller er dannet i cellens cytoplasma som et resultat af receptoraktivering af den første budbringer.

Question 9

Hvad er cellens respons ved en receptor der er en ligand-gated ionkanal?

Answer 9

Bindingen af den første budbringer til receptoren resulterer i en øget netto diffusion af en eller flere ioner over membranen, hvilket ændrer den elektriske ladning eller membranpotentialet af cellen. Det er denne ændring af cellens membranpotentiale der er celleresponsen ved ligand-gatede ionkanaler. Denne type ses som oftest i den postsynaptiske membran i synapser (neuroner).

Question 10

Forklar de typisk sekvenser af events der forekommer ved receptorer der fungerer som enzymer, f.eks. receptor tyrosine kinaser.

Answer 10

• Bindingen af en ligand giver konformationsændringer af receptoreren således at det iboende enzym, på den cytosoliske side af receptoreren, aktiveres.
• Dette resulterer i en autofosforylering (ved brugen af ATP til ADP) af af receptoren, hvilket vil sige at receptoren fosforylerer sin egen tysosingruppe.
• Det nydannede fosfotyrosin på den cytoplasmatiske side fungerer nu som docking sted for cytoplasmatiske proteiner.
• Når docking proteinet således har bundet til det fosforylerede tyrosin, aktiverer dette andre proteiner i en reaktionsvej osv.
• Celleresponsen er som oftest øget celle-proliferation, øget differentiering (vækstfaktorer)

Question 11

Forklar de typisk sekvenser af events der forekommer ved receptorer der interagerer med JAKs

Answer 11

• Bindingen af den første budbringer giver en konformationsændring af receptoren, hvilket fører til aktiveringen af JAK.
• Forskellige JAKs fosforylerer forskellige mål proteiner, hvoraf mange af dem agerer som transkriptionsfaktorer.

Question 12

Forklar sekvenserne af event i forbindelse med G-koblede receptorer.

Answer 12

• Disse inaktive receptorer har tilbundet et proteinkompleks lokaliseret på den cytoplasmatiske side af cellemembranen og hører til af heterotrimeriske proteiner kaldet G-proteiner. G-proteiner består af 3 underenheder – alfa, beta og gamma. Alfa underenheden kan binde GDP og GTP.
  Den første budbringers binding til receptoren giver en konformationsændring af receptoren. Denne aktivering af receptoren øger affiniteten af alfaunderenheden til GTP. Når GTP er bundet kan alfaunderenheden frigøres fra beta og gammaunderenheden, hvilket tillader den aktiverede alfaunderenhed at binde med et andet membranprotein, ionkanal eller et enzym, alle kaldet cellemembran effektorproteiner, fordi de giver besked videre om igangsætning af andre sekvenser, der leder til en cellerespons.
  Lige så snart alfaunderenheden har aktiveret dens effektorprotein aktiveres et GTP-ase ensym i alfaunderenheden og der sker kløvning af GTP til GDP plus Pi. Denne kløvning gør alfaunderenheden inaktiv og tillader alfa at binde med beta og gamma igen.

Question 13

Hvad er en amplifikations kaskade og hvad er fordelene ved en sådan?

Answer 13

En amplifikations kaskade er f.eks. når Gs aktiverer dens effektor protein adenylat cyklase og der hermed sker en konversation af ATP til cAMP.
Fordelene ved cAMP er at denne binder til en enzym kaldet kinase A og denne kinase A fosforylerer således andre enzymer, der har betydning for celleresponsen. Fordelene ved et aktivt adenylat cyclase er, at så længe den er aktiv er et enkelt molekyle i stand til at transformere mange substratmolekyler (cAMP). Tilmed kan protein kinase A fosforylere et stort antal forskellige proteiner og på den måde give anledning til mange forskellige celleresponser

Question 14

Forklar hvordan G-proteiner kan have indflydelse på kontrollen af åbning og lukning af ionkanaler.

Answer 14

Kinase A kan fosforylere en ionkanal i cellemembranen og på den måde give anledning til åbning af denne. Og som vi ved er aktiveringen af kinase A afhængig af G-proteiner og man siger derved at åbningen/lukningen af en ionkanal kan være inddirekte afhængig af G-proteiner.
Det kan også ske direkte se tabel 5-3 s. 128.

Question 15

Nævn og forklar de måder hvorpå calciumkoncentrationen i cytosolen kan stige ved stimulering af cellen. tabel 5-4 s. 129

Answer 15

1. Ved receptor aktivering
   
   • Calciumkanaler i cellemembranen kan åbne som respons til en første budbringer. Receptoren kan indeholde kanalen selv eller den kan aktivere en G-protein, der åbner kanalen via en anden budringer.
   • Calcium frigives fra endoplasmatisk reticulum, hvilket er medieret af IP3 og Ca2+ der entrerer cellen fra den ektracellulære væske.
   • Inhibering af aktiv transport af Ca2+ ud af cellen ved en anden budbringer.
2. Ved åbning af spændingsstyrede ionkanaler

Question 16

Hvordan kan en øget cytosolisk calciumkoncentration fremkalde en cellerespons? tabel 5-4 s. 129

Answer 16

1. Ca2+ binder til calmodulin inde i cytosolen, hvilket giver en konformationsændring af calmodulin, der bliver til Ca2+-Calmodulin. Ca2+-calmodulin kan så enten aktivere eller inhibere andre enzymer og proteiner. Se Fig. 5-11 s. 129.
2. Ca2+ binder til andre proteiner end calmodulin men der sker det samme.
3. Ca2+ binder direkte til proteiner og ændrer deres konformation direkte uden at være i kontakt med et Ca2+-bindende protein som calmodulin.

Question 17

Nævn de 2 former for signal transduktions reaktionsveje der findes og forklar forskellen på disse.

Answer 17

Lipid-opløselige og vandopløselige budbringere.

• Lipid-opløselige budbringere fra blodbanen (kapillærer) -> penetrerer cellemembranen -> binder til intracellulære receptor-proteiner, steroid hormon receptor super-familien, (fx steroidhormon, steroid-derivater, cholesterol, glucocorticoid, dihydroxy-vitamin-D og thyroideahormon) -> receptorerne, der ligger i cytosolen eller i nukleus aktiveres -> messenger-receptor kompleks fungerer som transkriptionsfaktor og forårsager ændring i genekspression/gentranskription.
• Vand-opløselige budbringere fra blodbanen (kapilllærer) -> binder til ekstracellulære, plasma membran receptorer udenpå cellemembranen (de fleste hormoner, neurotransmittere, parakrine- og autokrine substanser) -> initierer cellerespons som enten primære eller sekundære budbringere.

Question 18

Mange celler udtrykker mere end en slags receptorer på overfladen. Hvad er fordelen ved dette?

Answer 18

Dette tillader cellen at respondere på mere end én type af første budbringere. Én type budbringere kan f.eks. være med til at aktiverer en receptor og dens pathways mens en anden type budbringere kan inhibere samme biokemiske proces inde i cellen. Dette giver en tæt/præcis regulering af de biokemiske processer inde i cellen.

Question 19

Fosforylerer en given protein kinase, som f.eks. protein kinase A, samme protein i alle de celler den er tilstede i?

Answer 19

Nej, ikke nødvendigvis. Mange celler udtrykker bestemte celle-specifikke proteiner, der ikke findes i alle væv.
F.eks. så fosforylerer protein kinase A i nyrerne proteiner, der indsætter vandkanaler i cellemembranen og på den måde reducerer urinvolumen, men den samme kinase A i hjertemuskulaturen fodforylerer Ca2+-kanaler, der øger styrken af muskelkontraktionen.

Question 20

Exam.
Angiv de vigtigste second messengers med opgivelse af dannelsessted og vigtigste effekter. Opgaven kan besvares i tabelform.

Answer 20

Se side 131, tabel 5-5

Ca2+ (s. 129, fig. 5-11):
Dannelsessted:
- Trænger ind i cellen gennem ionkanaler i cellemembranen. Eller frigives fra ER
Effekt:
- Aktiverer calmodulin => der bliver til Ca2+-calmodulin => aktiverer Ca2+-afhængige proteiner, som laver kinase.
- Aktive kinase fosforylerer proteiner (defosforylerer ATP) => fosforyleret protein påvirker til ønsket cellerespons (evt. kontraktion af glatmuskulatur)

Cyclisk AMP (cAMP) (s. 125 Fig. 5-6):
Dannelse:
- Receptor aktiverer Gs-protein => aktiverer effektorprotein(adenylyl cyclase)
- Den cytosoliske overfalde af proteinet katalyserer omdannelse af ATP til cAMP
Effekt:
- cAMP aktiverer cAMP-afhængige protein-kinaser (protein kinase A)
- Kinasen => fosforylerer effektorproteinet (ATP defosforyleres) => medfører cellerespons.

Cyklisk GMP (cGMP)
Dannelse:
- Receptor aktiverer Gs-protein => aktiverer effektorprotein(guanylyl cyclase)
- Den cytosoliske overfalde af proteinet katalyserer omdannelse af ATP til cAMP
Effekt:
- cGMP aktiverer cGMP-afhængige protein-kinaser (protein kinase A)
- Kinasen => fosforylerer effektorproteinet (ATP defosforyleres) => medfører cellerespons.

Diagylglycerol (DAG)
Dannelse:
- G-protein aktiverer phospholipase C-> det katalyserer generation af IP3+DAG fra PIP2 som er i plasmamembranen
Effekt:
- Det aktiverer protein kinase C -> påvirker spaltning af ATP, hvor P sættes på effektor proteinet.

Inositol triphosphat (IP3)
Dannelse:
- G-protein aktiverer phospholipase C-> det katalyserer generation af IP3+DAG fra PIP2 som er i plasmamembranen
Effekt:
- Det aktiverer protein kinase C -> påvirker spaltning af ATP, hvor P sættes på effektor proteinet.

Question 21

Exam.

Angiv de måder (mekanismer, hvorved receptor sktivering kan få indflydelse på en ionkanal.

Answer 21

Tabel 5-3 s. 128

1. Ionkanalen er en del af receptoren
2. Et G-protein åbner kanalen direkte
3. Et G-protein åbner kanalen indirekte via en second messenger
4. Receptorer, der fungerer som ionkanaler (fig. 5-5A s. 123)
   - Aktivering medfører ofte ændringer i membranpotentialet og calciumniveauet i cytoplasma -> cellerespons
5. Receptorer, der aktiverer G-proteiner (fig. 5.-5D s. 123)
   - Til receptoreren er bundet G-protein (Gs, Gi, Gq), der består af alfa-beta-gamma-kompleks:
   -> Alfa enhed-> binder GDP og GTP
   -> Beta og gamma enheder -> binder alfa til membranen -> kan påvirke enten ionkanal eller enzym.
   Intracellulært ved aktivering af receptor:
   - Alfa binder GTP -> alfa dissocierer med beta-gamma ->binder til effektor-protein, som er et enzym eller en ionkanal -> konformationsændring der genererer ændring i membranpotentialet eller genererer en second messenger.
   - Alfas iboende GTPase omdanner GTP til GDP -> Alfa dissocierer med effektorproteinet -> effekten standser -> alfa binder til beta-gamma.

=> Gs-protein aktiverer adenylat cyclasen, som omdanner ATP til cAMP (second messenger) -> Aktiverer proteinkinase A (som er cAMP afhængige) -> fosforylering af proteiner -> cellerespons (figur 5-6 side 125)
-> Cellerespons -> kaskadeeffekt fig. 5-8 side 126
- Lipid nedbrydning
- Glykogen nedbrydning
- Transskription
- Proteinsyntese i ER
- Påvirker ionkanaler
- Påvirker aktiv transport (ADP -> ATP)
- Påvirker mikrotubuli til transport, sekretion og formændring af cellen

=> Gi inhiberer adenylat cyclasen

3. En G-protein receptor der åbner kanalen indirekte via en second messenger:
   Figur 5-10 side 128
   => Gq-protein aktiverer fosfolipase C, som omdanner fosforlipid PIP2 (fosfatidylinositol bifosfat) til DAG (diacylglycrol) og IP3 (inositol trifosfat)
   - DAG aktiverer proteinkinase C -> fosforylerer proteiner -> cellerespons
   - IP3 stimulerer ER til afgivelse af Ca2+ -> hjælper ved aktivering af proteinkinase C eller direkte til cellerespons.

Question 22

Hvorfor beder man folk, der skal opereres om ikke at indtage aspirin eller andre NSAIDs inden operationen?

Answer 22

Aspirin og NSAIDs blokerer cyclooxygenase vejen i eicosanoide syntesen og denne vej inkluderer produktionen af tromboxaner, der har betydning for dannelsen af blodtromber.

Question 23

Exam:

Redegør for signal-transduktionsvejene for membranbundne receptorer.

Answer 23

Der findes 4 forskellige receptorer

1. Receptorer der er ligand-bindende ion kanaler
2. Receptorer der fungerer som enzymer
3. Receptorer der er bundet til og aktiverer cytoplasmatisk JAK (janus kinaser)
4. G-protein-koblede receptorer der aktiverer G-proteiner og som på skift reagerer på effektor proteiner - enten ionkanaler eller enzymer - i plasma membranen.
5. • Proteinet som er receptor, som modtager den primære budbringer (first messenger) er selv og fungerer selv som ionkanal
   • Aktivering af kanalen sker så snart der bindes en ligand/budbringer.
   • Det resulterer i den øget netto diffusion af ioner over membranen.
   • Ændring i den elektrokemiske gradient og/eller membranpotentialet.
6. • Proteinkinaser, der aktiveres, aktiverer cytoplasmatiske proteiner ved autofosforylering.
   • Bindingen af en specifikbudbringer til receptoren initierer en konformationsændring i receptoren sådan at dens enzymatiske del, der er lokaliseret på den cytoplasmatiske del af cellemembranen bliver aktiveret.
   • Autofosforylering af receptoren ved brug af ATP->ADP, dvs receptoren fosforylerer sin egen tyrosingruppe.
   • Der nydannes fosfotyrosin på den cytoplasmatiske side af receptoren, som fungerer som fastgørelsessted for cytoplasmatiske proteiner.
   • Docking proteiner binder til tyrosinfosfaten.
   • Docking proteinerne sidder på tyrosinfosfaten og aktiverer på skift en eller flere signalerings veje inde i cellen.
7. • Forskellen er enzymatisk aktivitet er ikke iboende i receptoren, men er en familie af separate cytoplamatiske kinaser kaldet JAK’s, der er associeret med receptoren, og altså ikke direkte indbygget i receptoren, men bundet til denne.
   • Receptoren og den associerede JAK fungerer som en enhed.
   • Ved binding af den første budbringer til receptoren sker en konformationsændring af receptoren som leder til aktivering af JAK.
   • JAK fosforylerer forskellige målproteiner ved brug af ATP->AMP.
   • Resultatet af disse veje er syntesen af nye proteiner, hvilket regulerer celleresponsen på den første budbringer.
8. • G-proteinet består af 3 underenheder:
     
     • Alfa, beta og gamma underenheder
     • Beta og gamma forankrer alfa i membranen.
     • Alfa kan binde GDP og GTP
   • Binding af den første budbringer initierer en konformationsændring i receptoreren.
   • Konformationsændringen øger affiniteten af alfa underenheden til GTP.
   • Når GTP er bundet dissocierer/frigøres alfa underenheden fra beta og gamma.
   • Frigørelsen får alfa + GTP til at binde til en ionkanal, membranprotein eller et enzym, altså plasma membran effektorproteiner, som videreformidler de næste processer.
   • G-proteinet fungerer som kontakt mellem receptor og plasma membran effektorprotein.
     
     • Påvirker åbning af ionkanaler
     • Aktivering eller inhibering af membranenzymer.
   • Når effektorproteinet er aktiveret, kløver en iboende GTP-ase aktivitet i alfa underenheden GTP til GMP+uorganisk P.
   • Kløvningen gør at alfa underenheden inaktiveres og genbinder til gamma og beta.