Signalübertragung Flashcards
Hormone
Signalmoleküle, welche zur Signalübertragung in den Körper, also in Blutkreislauf (in einem Tier) oder den Saft (in einer Pflanze) abgegeben werden.
In tierischen Zellen heißen die Zellen, die Hormone bilde, endokrine Zellen.
Prinzip der Signalübertragung
- Ligand bindet an spezifischen Rezeptor
- Rezeptor wird aktiviert
- übertragende Moleküle (Proteine und second messengers) werden aktiviert
- Aktivität der Effektorproteine wird verändert (Verhalten der Zelle wird so beeinfluss)
Bedeutung von Signalen für das Leben einer Zelle (nenne)
- Zelle überlebt
- Zelle teilt sich
- Zelle differenziert sich
- Zelle stirbt (Apoptose)
Endokrine Signalübertragung
„Gebräuchlichste” Kommunikationsart: Endokrine Zellen geben Signalmoleküle (Hormone) in den ganzen Körper ab, indem es in den Blutkreislauf (in einem Tier) oder den Saft (in einer Pflanze) abgeben.
(Bsp.: endokrine Drüse des Pankreas, welches das Hormon Insulin bildet und damit die Glucoseaufnahme in den Zellen im gesamten Körper reguliert)
Parakrine Signalübertragung
Wirken als lokale Mediatoren: Signalmoleküle diffundieren lokal durch die extrazelluläre Flüssigkeit und bleiben damit in der Nachbarschaft der sekretierenden Zelle
Besondere Form: autokrine Signalwirkung: Reaktion von Zellen auf lokale Mediatiatoren, die sie selbst bilden
Autokrine Signalübertragung
Besondere Form der parakrinen Signalübertragung, bei der die Zelle auf lokale Mediatoren regiert, die sie selbst bindet.
Neuronale / Synaptische Signalübertragung
Nervenzellen (Neuronen) befördern Botschaften über weite Entfernungen schnell und spezifisch an einzelne Zielzellen. Das Axon eines Nervenendes endet an einer spezialisierten Schaltstelle, der Synapse, die weit entfernt vom Zellkörper des Neurons entfernt sein können. Diese Übertragung erfolgt über einen elektrischen Impuls.
Zu große oder zu hydrophile extrazelluäre Signalmoleküle
Können aufgrund ihrer Größe oder Hydrophilie die Plasmamembran der Zielzelle nicht durchqueren. Sie benötigen daher Rezeptoren auf der Oberfläche der Zielzelle, die ihre Botschaft durch die Membran weiterleiten.
Ausreichend kleine oder ausreichend hydrophobe Signalmoleküle
Diese Moleküle sind klein oder hydrophob genug um einfach durch die Plasmamembran der Zielzelle zu schlüpfen. Im Inneren aktivieren sie gewöhnlich intrazelluläre Enzyme oder binden an intrazelluläre Rezeptorproteine, die de Genexpression regulieren.
Steroidhormone
Ausreichend hydrophobe Signalmoleküle, welche auf intrazelluläre Rezeptorproteine angewiesen sind. Im Cytosol oder im Zellkern binden sie an Kernrezeptoren, wodurch sie als Transkriptionsregulatoren im Zellkern wirken und fördert oder hemmt so die Transkription spezifischer Zielgene.
Mögliche Funktionen die intrazelluläre Signalproteine ausführen können
Die intrazellulären Signalproteine führen eine oder mehrere entscheidende Funktionen aus:
- Weiterleitung und damit Verbreiterung des Signals in der ganzen Zelle.
- Amplifikation des Signals, also Verstärkung, sodass einige wenige etrazelluläre Signalmoleküle, um eine starke intrazelluläre Reaktion hervorzurufen
- Intergration des Signals von einem oder mehreren intrazellulären Signalwegen, bevor sie das Signal weiterleiten.
- Aufteilung des Signals auf mehr als einen Signalweg oder ein Effektorprotein und dabei Erzeugung einer Verzweigung im Informationsflussdiagramm, welches eine komplexe Antwort hervorruft.
Molekularer Schalter
Molekulare Schalter werden beim Eintreffen eines Sinals dazu veranlasst in den aktiven Zustand umzuschalten. Im aktivierten Zustand können sie andere Proteine in der Signalkette „anschalten”, bis sie durch einen anderen Vorgang wieder „abgeschaltet” werden. Die „Anschaltung” und „Abschaltung” des molekularen Schalterst von gleicher Wichtigkeit.
Molekulare Schalter (Klassen)
- Proteine, die durch Phosphorylierung aktiviert oder inaktiviert werden und duch Dephosphorylierung wieder in den Ausgangzustand versetzt werden
- GTP-bindende Proteine (G-Proteine)
Proteine, die durch Phosphorylierung aktiviert oder inaktiviert werden und duch Dephosphorylierung wieder in den Ausgangzustand versetzt werden
Proteinkinase hängt Phospatgruppen an Schalterproteine an, Proteinphosphatase entfernt wiederum die angehängte Phosphatgruppe. Die Aktivität des durch Phosphorylierung aktivierten Proteins hängt dabei vom Gleichgewicht zwischen den Aktivitäten der Kinasen und Phosphatasen ab. Viele dieser Schalterproteine sind ihrerseits Proteinkinasen und bilden so Phosphorylierungskaskaden.
Phosphorylierungskaskaden
Diese werden von Schalterproteinen, die durch *Phosphorylierung *gesteuert werden und ihrerseits selbst *Proteinkinasen *sind, ausgelöst. Diese phosphorylieren, wenn sie aktiviert wurden, in der Folge in der Folge weitere Proteinkinasen in der Sequent, usw. Somit wird das Signal vorwärts getragen, verstärkt, verteilt und moduliert.
GTP-bindende Proteine (G-Proteine)
Diese Proteine wechseln von einem aktiven in einen inaktiven Zustand, je nachdem, ob GTP oder GDP an sie gebunden sind. Werden sie durch GTP-Bindung aktiviert, haben die Proteine einen ihnen innewohnende GTP-Hydrolyse-Aktivität (GTPase-Aktivität) und schalten sich so selbst ab, indem sie ihr gebundenes GTP zu GDP hydrolysieren.
Zelloberflächenrezeptoren (nenne Hauptklassen)
- Ionenkanalgekoppelte Rezeptoren
- G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
- Enzymgekoppelte Rezeptoren
Ionenkanalgekoppelte Rezeptoren
Erlauben einen Ionenfluss durch die Plasmamembran, der das Membranpotential verändert und einen elektrischen Strom erzeugt.
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
Aktivieren membrangebundene, trimere GTP-bindende Proteine (G-Proteine), die dann entweder ein Enzym oder einen Ionenkanal in der Plasmamembran aktivieren und dabei eine Kaskade anderer Effekte auslösen.
Enzymgekoppelte Rezeptoren
Rezeptoren wirken als Enzyme oder verbinden sich mit Enzymen innerhalb der Zelle, Werden sie stimmuliert, aktivieren die Enzyme eine Vielzahl intrazellulärer Signalwege.
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (Struktur)
Es existiert eine Vielzahl verschiedener GPCRs, aber alle untersuchten Rezeptoren haben ein ähnliche Struktur: Jeder besteht aus einer einzigen Polypeptidkette, die sich siebenmal vor- und rückwärts durch die Lipiddoppelschicht schlängelt (Siebenpfad-Transmembran-Rezeptoren)
Stimulierung des GCPRs aktiviert Rezeptoren (Schema)
G-Protein (Struktur)
Alle G-Proteine haben eine ähnliche Struktur: Sie sind aus drei Proteinuntereinheiten zusammengesetzt: α, β und ɣ
α und ɣ sind durch kurze Lipidschwänze an die Plasmamembran gebunden. Im unstimulierten Zustand hat α GDP gebunden und das Protein befindet sich im Ruhezustand.
Die häufigsten Zielenzyme der G-Proteine und dessen second messenger
- Adenylat-Cycalse, für Bildung des kleinen intrazellulären Signalmoleküls *cyclisches AMP *verantwortlich
- Phospholipase C, für Bildung der kleinen intrazelluläre Signalmoleküle Inositoltriphosphat und Diaglycerin verantwortlich
Aktivierung der Adenylat-Cyclase durch G-Proteine
Extrazelluläre Signale, die über GPCRs wirken, beeinflussen die Aktivität von
↓
Adenylat-Cyclase: Verändert die Konzentration des kleinen Botenmoleküls (second messenger)
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cyclisches AMP (cAMP): aktiviert cAMP-abhängige Proteinkinase (PKA) → katalysiert Phophorylierung
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Abbau durch cAMP-Phosphodiesterase zu AMP
Aktivierung der Phospholipase C durch G-Proteine
Phospholipase C löst Inositoltriphosphat (IP3) aus der Plasmamembran und Diacylglycerin (DAG) (welches in der Plasmamembran eingebettet bleibt):
- IP3 : erreicht das Endoplasmatische Retikulum und öffnet dort Ca2+-Kanäle in der Membran → das im ER gespeicherte Ca2+ strömt anschließend ins Cytosol, was wiederum als Signal für andere Proteine wirkt
- DAG: hilft, die Proteinkinase C (PKC) anzuziehen, die sich dabei vom Cytosol zur Plasmamembran verlagert. Diese phosphoryliert (mit Bindung von Ca2+) ein intrazelluläres Proteinsortiment
Wechselwirkung von Ca2+ und Calmodulin
Bindet Ca2+ an Calmodulin, erfährt das Protein eine Konformationsänderung, die es ihm ermöglicht, sich um eine große Zahl von Zielproteinen in der Zelle zu wickeln un dabei deren Aktivität zu verändern. Eine besonders wichtige Klasse von Zielmolekülen für Calmodulin sind die Ca2+-Calmodulin-abhängigen Proteinkinasen (CaM-Kinasen)
↓
aktivierte cAMP-Kinasen phosphorylieren ausgesuchte Proteine
