Signaltransduktion Flashcards
Nenne mindestens drei Beispiele für biologische Signale in Bakterien.
- Osmotischer Druck
- Nährstoffe
- Sauerstoff
- Licht
- Toxine
Nenne mindestens drei Beispiele für biologische Signale in Pflanzenzellen.
- Wachstumshormone
- Sonnenlicht
- Parasiten
- Viren
Nenne und definiere knapp die drei Typen biologischer Signale in Tierzellen.
- Autokrine Signale:
Signale werden von der selben Zelle gesendet und empfangen. - Parakrine Signale:
Signale richten sich an direkt benachbarte Zellen. - Endokrine Signale:
Signale werden über das Blut zu weit entfernten Zellen transportiert.
Nenne vier Signalmoleküle, die in die Zelle eindringen.
- Steroide
- Schilddrüsenhormone
- Vitamin D
- Retinsäure
Nenne vier Signalmoleküle, die nicht in die Zelle eindringen.
- Insulin
- Glucagon
- Cytokine
- Wachstumsfaktoren
Was sind die fünf grundlegenden Merkmale eines Signalübertragungssystems?
- Spezifität:
Nur das richtige Signalmolekül kann an den komplementären Rezeptor binden. - Verstärkung des Signals:
Wenn ein Signal ein Enzym aktiviert, kann die Anzahl der betroffenen Moleküle durch eine Enzymkaskade deutlich gesteigert werden. - Modularität:
Proteine mit multivalenten Affinitäten bilden Signalkomplexe aus austauschbaren Komponenten. - Anpassung:
Die Rezeptor-Aktivierung führt zu einer Feedback-Reaktion, die den Rezeptor deaktiviert oder von der Zelloberfläche löst. - Integration:
Wenn zwei Signale gegensätzliche Effekte haben, werden beide in der Reaktion berücksichtigt.
Nenne die vier wichtigsten Signalwege der zelluläre Antwort.
- G-Protein-gekoppelter Rezeptor
- Tyrosinkinase
- Liganden-gesteuerter Ionenkanal
- Kernrezeptor
Liganden-gesteuerte Ionenkanäle können sowohl auf extrazelluläre, als auch auf intrazelluläre Liganden reagieren. Nenne jeweils zwei Beispiele dieser Kanäle.
- Extrazelluläre Liganden:
- Pentamerische Liganden-gesteuerte Ionenkanäle (Nikotin-Rezeptoren, Serotonin-Rezeptoren)
- Glutamat-aktivierte Kationkanäle - Intrazelluläre Liganden:
- ATP-sensitive Kaliumpumpe
- Calcium-aktivierte Kaliumpumpe
- G-Protein-aktivierte Kaliumpumpe
- Aquaporin
Wie werden Signalkaskaden über Protein-Phosphorylierung reguliert?
Proteine werden von Kinasen unter ATP-Verbrauch phosphoryliert und damit aktiviert.
Proteine werden von Phosphatasen dephosphoryliert und damit inaktiviert.
Wie werden Signalkaskaden über GTP-Bindung am Protein reguliert?
Proteine werden durch die Bindung von GTP aktiviert.
Proteine werden durch die Hydrolyste von GTP zu GDP inaktiviert.
Welche drei Aminosäuren können in Eukaryoten phosphoryliert werden?
Tyrosin
Threonin
Serin
Es gibt vier wichtige Typen von Signalrezeptoren an der Zelloberfläche. Welche sind das?
- Liganden-gesteuerte Ionenkanäle
- Enzym-verknüpfte Rezeptoren
- Cytokin-Rezeptoren
- G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
Wie sind Rezeptor-Tyrosin-Kinasen aufgebaut?
- Cytosol-Seite:
Tyrosin-Kinase-Domäne aus 250-300 Aminosäuren, außerdem zusätzliche Tyrosinreste, die phosphoryliert werden können - Einzelne Transmembran- alpha-Helix
- Variable extrazelluläre Domänen
Wie läuft die Dimerisierung der Rezeptor-Tyrosin-Kinasen (RTKs) ab?
- RTKs liegen als inaktive Monomere vor.
- Signalmolekül bindet.
- RTKs werden mehrfach einzeln oder einmal untereinander kreuzweise phosphoryliert (Aktivierung und Dimerisierung der RTKs).
- Mehrere intrazelluläre Signalproteine binden an den phosphorylierten RTK-Dimer.
Liganden-gesteuerte Ionenkanäle erfüllen zwei Funktionen zugleich. Welche sind das?
Die Ionenkanäle sind zugleich Rezeptor und Effektor. Sie können sowohl inhibitorische als auch fördernde Liganden binden und reagieren auf die Bindung mit dem Öffnen oder Schließen des Kanals.
An Rezeptor-Tyrosin-Kinase binden häufig multivalente Adaptorproteine. Nenne drei Beispiele.
PI-3-Kinase
GTPase-activating Protein (GAP)
Phospholipase C
-> Alle drei Proteine enthalten SH2- und SH3-Domänen.
Wie ist eine SH2-Domäne aufgebaut und welche Funktion hat sie?
Eine SH2-Domäne ist Teil eines Adaptorproteins und erkennt Phosphotyrosin-Seitenketten am pYxxM/L/I-Motiv.
Die Domäne besteht aus etwa 100 Aminosäuren und hat eine pY-Bindetasche und eine Aminosäure-spezifische Bindetasche.
Welche Funktion hat eine SH3-Domäne?
Eine SH3-Domäne ist Teil eines Adaptor-Proteins und bindet Polyprolin-Helices.
Zusätzlich interagiert sie mit PIP3.
Welche Funktion hat eine PTB (Phosphotyrosin-binding)-Domäne?
Eine PTB-Domäne ist Teil eines Adapter-Proteins und erkennt Phosphotyrosi-Seitenketten am ExxpY-Motiv.
Welche Funktion hat eine PH(Pleckstrin homology)-Domäne?
Eine PH-Domäne ist Teil eines Adapter-Proteins und bindet Phosphatidylinositol-Lipide in biologischen Membranen.
Kleine GTPasen werden auch G-Proteine genannt. In welche beiden Klassen unterteilt man sie?
- Kleine monomere G-Proteine
- Heterotrimere G-Proteine
Nenne die fünf Familien der monomerischen G-Proteine und deren Funktion.
- Ras:
Leiten Signale von RTKs weiter - Rho:
Leiten Signale von Oberflächenrezeptoren an das Cytoskelett weiter - ARF:
Regulieren den Aufbau von Proteinhüllen - Rab:
Regulieren den intrazellulären Vesikeltransport - Ran:
Regulieren den mitotischen Spindelaufbau und den Kerntransport von RNA und Proteinen
Beschreibe den Ablauf der Ras-Aktivierung.
Ras liegt inaktiv in Form von Ras-GDP an der cytoplasmatischen Seite der Membran an. Es wird von Sos aktiviert, indem dieses das GDP “herauszieht”. Der GTP-Überschuss in der Zelle führt dann zur Bildung des aktiven Ras-GTPs.
Wie erfüllen kleine GTPasen ihre Funktion als “binary switch” ?
Kleine GTPasen haben zwei Switch-Domänen. Switch 1 enthält einen Threonin-Rest, Switch 2 enthält einen Glycin-Rest. Wird ein GTP gebunden, binden diese beiden Aminosäuren unter Spannung an das letzte Phosphat von GTP. Durch Hydrolyse wird das Phosphat abgespalten, beide Switches “entspannen” sich und nur noch GDP ist gebunden.
Man spricht vom “spring-loaded”-Mechanismus.
Beschreibe die MAP-Kinase-Kaskade.
- Ras-GTP aktiviert MAP-Kinase-Kinase-Kinase (MAP3K)
- MAP3K phosphoryliert und aktiviert unter ATP-Verbrauch MAP-Kinase-Kinase (MAP2K)
- MAP2K phosphoryliert und aktiviert unter ATP-Verbrauch MAP-Kinase (MAPK)
- MAPK phosporyliert unter ATP-Verbrauch
a) Cytosolische oder Membran-Proteine
b) Gen-regulierende Proteine im Kern
Wo wird Insulin hergestellt und wie ist es aufgebaut?
Insulin wird von den Beta-Zellen der Langerhans-Inseln in der Bauchspeicheldrüse hergestellt.
In Kombination mit Zink-Ionen formt es einen hexameren Komplex.
Wie ist der Insulin-Rezeptor aufgebaut?
- Alpha-2-Beta-2-Transmembran-Glycoprotein
- Auf der extrazellulären Seite liegt die Insulin-bindende Domäne
- Beta-Ketten sind transmembran und enthalten im Cytosol Tyrosin-Kinase-Domänen
- In jeder der beiden Beta-Ketten sind sieben Tyrosinreste kreuz-phosphoryliert
Beschreibe den Ablauf der Insulin-Rezeptor Aktivierungs-Kaskade.
- Insulin-Rezeptor bindet Insulin und wird auf der intrazellulären Seite autophosphoryliert
- Rezeptor phosphoryliert intrazellular IRS-1 (Insulin-Rezeptor Substrat 1) an dessen Tyrosinresten
- SH2-Domäne des Grb2 (Growth factor receptor-bound protein 2) bindet an das phosphorylierte Tyrosin von IRS-1
- Sos bindet erst an Grb2, dann an Ras und sorgt für die Aktivierung / GTP-Ladung von Ras
- Aktiviertes Ras bindet und aktiviert Raf-1
- Raf-1 diphosphoryliert MEK und aktiviert es dadurch
- MEK diphosphoryliert ERK und aktiviert es dadurch
- ERK gelangt in den Zellkern, phosphoryliert dort Transkriptionsfaktoren und aktiviert sie dadurch
- Die aktivierten TFs stimulieren die Transkription von Genen, die für die Zellteilung relevant sind.
Was sind G-Protein-gekoppelte Rezeptoren?
- Transmembran-Rezeptoren für Hormone, Wachstumsfaktoren und Neurotransmitter
- Es gibt sie auch in einzelligen Organismen (z.B. Hefen)
- Sie geben die Signale an G-Proteine weiter
Wie sind G-Proteine aufgebaut?
G-Proteine sind heterotrimere GTP-bindende Proteine. Sie bestehen aus der Alpha-Untereinheit, der GTPase und aus den Untereinheiten Beta und Gamma, die beide für die Aktivierung weiterer Signalmoleküle zuständig sind.
Wie erfüllen G-Proteine ihre Funktion als “binary Switch”?
G-Proteine alternieren zwischen einem aktivierten (GTP gebunden) und einem inaktivierten (GDP gebunden) Stadium.
Das G-Protein wird dabei durch GAP deaktiviert und durch GEF aktiviert.
Welche Konformationsänderungen treten im G-Protein beim binden an den GPCR auf?
- Bei der Bindung zwischen G-Protein und GPCR kommt es zur konformationellen Änderung in der Alpha-Untereinheit des G-Proteins
- Die Folge ist der Austausch von GDP zu GTP
- Die Bindung von GTP führt zur Dissoziation aller G-Potein-Untereinheiten vom GPCR und anschließend zur Dissoziation der Alpha-Untereinheit von der Beta-Gamma-Untereinheit
Alle drei Untereinheiten des G-Proteins können weitere Signalkaskaden auslösen. Nenne vier Beispiele.
- cAMP Kaskade
- cGMP Kaskade
- Ionen Kanäle
- Phosphoinositol Kaskade
Beschreibe den Ablauf der cAMP Kaskade.
- Epiniphrin bindet an seinen spezifischen Transmembranrezeptor
- Der Hormonrezeptor-Komplex sorgt für den Austausch von GDP zu GTP im G-s-alpha-Protein, wodurch dieses aktiviert wird
- Das aktivierte G-Protein verlässt den Komplex und aktiviert die Adenylyl-Cyclase
- Adenylyl-Cyclase katalysiert unter ATP-Verbrauch die Bildung von cAMP
- cAMP aktiviert PKA
6.PKA phosphoryliert zelluläre Proteine, was zur zelluläre Antwort auf das Epiphrin führt
- cAMP wird abgebaut
Nenne drei Beispiele für Second Messenger.
- cAMP
- cGMP
- Inositoltriphosphat (IP3)
- Ca2+
Beschreibe die GPCR-vermittelte Regulation von Ionen-Kanälen.
- Acetylcholin bindet extrazellulär an seinen Rezeptor
- An den Rezeptor gebundenen G-Protein wird aktiviert
- Aktives G-Protein dissoziert vom Acetylcholin-Rezeptor und löst seine Alpha-Untereinheit von seiner Beta-Gamma-Untereinheit
- Beta-Gamma-Untereinheit bindet an den Ionenkanal und bewirkt dessen Öffnung
Beschreibe den Ablauf der Phosphoinositol-Kaskade.
- Aktiviertes g-Protein aktiviert Phospholipase C
- Phospholipase C generiert IP3 und DAG (Second messenger von PIP2)
- IP3 verursacht die Öffnung eines Ca2+ Kanals ins ER
- Die Folge sind die Aktivierung von PKC und Calmodulin
Welche Funktion hat Ca2+ in Signalkaskaden?
Die Ca2+ Konzentration wird im Cytoplasma auf einem sehr niedrigen Level gehalten und kontrolliert, weshalb kleine Änderungen schnell detektiert werden.
Ca2+ Ionen können mit mehreren Liganden zeitgleich interagieren und dadurch verschiedene Konformationsänderungen induzieren.
