Signal 2

Biologie für Mediziner WS 2007/08
Teil Allgemeine Genetik, Prof. Dr. Uwe Homberg
1. Endozytose
2. Lysosomen
3. Zellkern, Chromosomen
4. Struktur und Funktion der DNA, Replikation
5. Zellzyklus und Zellteilung (Mitose)
6. Reifeteilung (Meiose)
7. Zellkommunikation
8. Signalmoleküle, Rezeptoren
9. Signalantwort
10. Apoptose, Nekrose
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Lehre
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Phospholipase C produziert Diacylglycerol und
Inositoltrisphosphat
Ca++-Anstiege in einer Eizelle
nach der Befruchtung durch ein Spermium
Kontrolle der
intrazellulären
Ca++Konzentration
im Cytosol ~ 10-7M
Calzium-bindende Proteine: Calmodulin
Bindung an CaM-Kinase
IP3- und Ca++-abhängige Signalwege
Campell et al. (2006) Biologie
Signal über G-Protein-gekoppelten Rezeptor
Sek. Messenger: cAMP IP3 Ca++ DAG
A-Kinase C-Kinase CaM-Kinase
Genregulation
Anstieg von Ca++
durch einen G-Protein-gekoppelten
Rezeptor durch einen Ionenkanalrezeptor
Unterschiede?
Langsame und schnelle Antworten auf
externe Signale
Alberts et al. (1999) Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie
Koinzidenzdetektoren
Synergismen = Koinzidenzen
Zusammenfassung:
Signale werden von Rezeptoren
detektiert und transduziert in intrazelluläre
Signale, mit sehr großer Empfindlichkeit,
zeitlicher Koordination und
hoher Spezifität
Wie erreicht man Spezifität?
Wie erreicht man hohe Empfindlichkeit?
Wie erreicht man Schnelligkeit?
Wie erreicht man Flexibilität?
Liganden-abhängige
Ionenkanäle:
sehr schnelle (µsec),
transiente Signaltransduktion
G-Proteingekoppelte
Rezeptoren:
sehr gut
regulierbare,
sehr verstärkte
Signaltransduktion
Stimulation
des Glykogenabbaus
durch
Adrenalin
Verstärkung!
Spezifität:
12 verschiedene G-Protein α-Untereinheiten
bei Säugern:
Gαs Gαi Gαq Gα12,15,16
+AC
-AC, +PD, +ion channel +PLC +Rho
Spezifität:
11 G-Protein γ-Untereinheiten
5 G-Protein β-Untereinheiten
Spezifität:
G-Protein aktivierte Enzyme:
Adenylylcyclasen (cAMP)
Phospholipase C (IP3, DAG)
Phospholipase A2 (Arachidonsäure)
Phosphodiesterasen (cAMP-, cGMPAbbau)
Negatives
Feedback =
Stoppsignal
Zusammenfassung:
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren:
besonders hoher Grad an Verstärkung
hohe Spezifität
sind nicht die schnellsten Rezeptoren
Signalverarbeitung:
1. Erkennung
2. Übertragung
3. Antwort
Zellantworten
schnelle, transiente Zustandsänderungen
z.B. durch Phosphorylierungen
langsame, langfristige Zustandsänderungen
durch Genregulation
verändern das Verhalten der Zellen
Zusammenfassung:
Liganden binden direkt an Enzyme
Enzyme = Rezeptoren
Signalverarbeitung:
1. Erkennung
2. Übertragung
3. Antwort
Liganden sind oft Dimere:
(nur wenn beide Liganden akkumulieren,
dann Aktivierung)
Signalverarbeitung:
1. Erkennung
2. Übertragung
3. Antwort
TyrosinkinaseRezeptoren:
sehr viele
verschiedene
Signalwege
gleichzeitig
Aktivierte Rezeptor-Tyrosinkinasen:
intrazelluläre Signalkomplexe
Rezeptortyrosinkinasen aktivieren
das GTP-bindende Ras-Protein
Signalverarbeitung:
1. Erkennung
2. Übertragung
3. Antwort
Ras
aktiviert
eine
Phosphorylierungskaskade
Phosphorylierung
eines Tyrosins:
Bindestelle für
SH2-Domänen
Monomere
G-Proteine:
aktiv + GTP
inaktiv + GDP
Monomere
G-Proteine
regulieren
Veränderung der
Zellstruktur
Dimere
Phosphorylierungskaskaden
Genregulation
Gerüstproteine: Zusammenlagerung von
Signaltransduktionskaskaden
Zusammenfassung:
Signale werden von Rezeptoren
detektiert und transduziert in intrazelluläre
Signale, mit sehr großer Empfindlichkeit und
hoher Spezifität und verändern so die Zellen
APOPTOSE
und
NEKROSE
1. Was ist eine Nekrose?
2. Wie entsteht sie?
3. Welche Formen von Nekrosen gibt es?
Das morphologische
Bild der Nekrose:
Nekrose
Zelle platzt,
Karyorhexis (Fragmentierung
des Zellkerns)
Karyolyse (Auflösung
des Zellkerns)
Kernpyknose (Verdichtung
des Zellkerns)
Onkose (Schwellung der Zellen) durch
Ischämie (Minderdurchblutung)
verursacht Nekrosen
Schädigung der Zellen:
intrazellulärer Ca++-Anstieg:
Zellen platzen
Koagulationsnekrosen
(Proteine koagulieren, Karyolyse)
Kolliquationsnekrosen
(Proteine lysieren, Karyorhexis)
Verkäsende Nekrosen
(hohe Glykolipidanhäufung)
1. Was ist Apoptose?
2. Warum gibt es Apoptose?
3. Die Mechanismen der Apoptose?
Apoptose ist programmierter Zelltod
= „Selbstmord“ der Zelle
Ohne „Überlebensfaktoren“ von
anderen Zellen: Apoptose
Apoptose bei der Mäusepfotenentwicklung
Zelltod und Proliferation:
bestimmte Größe eines Gewebes
Zelle schrumpft:
die DNA wird zwischen den
Nukleosomen gespalten:
durch Endonuclease CAD
(185-200 bp x n);
Kernmembran blasig,
viele Lysosomen,
Abbau essenzieller Proteine
Apoptose
Apoptose auslösende Signale und Ziele:
Hormone: Glucocorticoide (Lymphozyten)
Entzug von Östrogenen (Brustdrüsen)
und Testosteron (Prostata)
Viren (HIV-Infekt) (Helfer-T-Lymphozyten)
Entzug von Wachstumsfaktoren (NGF- Neurone)
Fas-Rezeptorstimulation (Lymphozyten)
Apoptose:
Aktivierung einer proteolytischen Kaskade
Caspasen
(Cystein-Aspartyl-Proteasen)
Mutation in
Proto-Onkogen
Onkogen
Tumore
durch unbeschränkte
Zellproliferation
Zusammenfassung:
Zellkommunikation ist lebensnotwendig
ohne Kommunikation: Apoptose
Kommunikation von Organismen mit
der Umwelt über
sensorische Systeme