Signal 1 - Uni
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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 Folien zum download: http://web.uni-marburg.de/cyto Zellkommunikation Æ Signalaustausch zwischen Zellen Æ Signalaustausch von Zellen mit der Umwelt Unidirektional - Bidirektional Signalgebende Zelle Signalempfangende Zelle Signalisierende Zelle Signalisierende Zelle Kommunikation entscheidet über das Schicksal aller Körperzellen Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Kommunikation: Apoptose (Zelltod) Keine Überlebenssignale Kommunikation: Teilen Wachstumsfaktoren Kommunikation: Paarung Saccharomyces cerevisiae „Bäckerhefe“ Kommunikation: Differenzierung Myxobakterien (Schleimbakterien, Prokaryonten) geben bei Nährstoffmangel ein Signal ab, das zur Aggregation führt: Fruchtkörperbildung, Sporenbildung Kommunikationsdistanz Kommunizierende Zellen können • in unmittelbarem Kontakt stehen Æ Gap Junctions, Membranproteine • benachbart sein Æ synaptische Übertragung Æ parakrine Übertragung • weit entfernt sein Æ hormonelle Übertragung Kommunikation durch direkten Kontakt Campbell et al (2006) Biologie Kommunikation über lokale Signale Parakrine Singalübertragung Signalübertragung an Synapsen Kommunikation über große Entfernung Hormonelle Signalübertragung Autokrine Signalisierung Formen der Kommunikation • Chemische Kommunikation • Elektrische Kommunikation • Mechanische Kommunikation Intrazellulärer Signalweg Signaltransduktion Chemische Kommunikation • Hormone • Neurotransmitter, Neuropeptide • Lokale Mediatoren • Kontaktabhängige Moleküle Hormone Cortisol Steroid Testosteron Steroid Stoffwechsel männl. Geschlechtsmerkmale Glucagon Oxytocin Peptid Peptid Kohlehydratstoffwechsel Stimulation glatter Muskulatur Melatonin Adrenalin Amin Amin signalisiert Nachtzustand Stresshormon, erhöht Blutdruck etc. Neurotransmitter, Neuropeptide Acetylcholin Cholinderivat Nerv-Muskel Synapse GABA Glutamat Aminosäure Aminosäure hemmender Transmitter erregender Transmitter Dopamin Serotonin Amin Amin u.a. Bewegungskontrolle u.a. Aufmerksamkeit Substanz P Peptid Endorphine Peptide Schmerzbahn Schmerzunterdrückung Lokale Mediatoren - parakrin Wachstumsfaktoren Proteine Epidermal growth factor EGF Nerve growth factor, NGF Proliferation der Epidermis Wachstum von Axonen Cytokine Proteine Differenzierung Prostaglandine Fettsäuren Gefäßmuskulatur Histamin Amin entzündungsfördernd Stickstoffmonoxid Gas Entspannung glatter Muskulatur Kontaktabhängige Moleküle Delta Transmembranprotein verhindert, dass Nachbarzellen sich zum selben Zelltyp differenzieren wie signalisierende Zelle Verschiedene Signale Æ Verschiedene Wirkungen Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Dasselbe Signal Æ verschiedliche Wirkung Acetylcholin Muskarinischer Rezeptor Typ M2 Muskarinischer Rezeptor Typ M3 Nikotinischer Rezeptor Rezeptoren, Signaltransduktion Signaltransduktion = Umwandlung einer Signalform in eine andere Signaltransduktion Erkennung Transduktion Rezeptoren Hydrophile Signalmoleküle: binden an Oberflächenrezeptoren und Hydrophobe, lipophile Signalmoleküle binden an intrazelluläre Rezeptoren Signale werden von intrazellulären oder membranständigen Rezeptoren detektiert Steroidhormone Æ Intrazelluläre Rezeptoren Intrazelluläre Rezeptoren: Cortisol aktiviert Genregulatorprotein = Transkriptionsfaktor Æ Proteinsynthese Alberts et al. (1999) Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie Testikuläre Feminisierung = komplette Androgenresistenz Ausfall des Testosteronrezeptors: Genetisch, chromosomal männlich (Karyotyp 46, xy) aber phänotypisch weiblich, da Testosteronrezeptor fehlt Buselmaier (2007) Biologie für Mediziner Intrazelluläre Rezeptoren: Stickoxid (NO) Æ Entspannung und Erweiterung der Gefäßmuskulatur Ähnliche Wirkung von NO auf Schwellkörper des Penis Æ Erektion Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Oberflächenrezeptoren: verschiedene intrazelluläre Signale Alberts et al. (1999) Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie Ionenkanalgekoppelte Rezeptoren • Chemisches Æ elektrisches Signal • bei Einstrom von Ca++ Æ intrazelluläres Signal • Spezialität des Nervensystems Beispiel: Acetylcholin nikotinische Rezeptoren Ionenkanal muskarinische Rezeptoren G-Protein-gekoppelt Der nikotinische Acetylcholinrezeptor • 2α, 1β,γ,δ • ACh bindet an α-Einheiten • Jede Untereinheit aus 4 transmemb. Domänen • M2 (+M3) bildet Pore • Pore negativ geladen Æ Kationenkanal (Na+, K+, Ca2+) Aus: Penzlin (2005) Tierphysiologie Ionenkanalgekoppelter Rezeptor = Ligandengesteuerter Ionenkanal Intrazelluläre Signalkaskaden • Bei Signalwegen durch G-proteingekoppelte Rezeptoren enzymgekoppelte Rezeptoren • Kleine Signalmoleküle (Second Messengers): cAMP, cGMP, Ca++ • Intrazelluläre Signalproteine wirken als Molekularschalter (ein, aus) Molekulare Schalter AN AN G-Protein-gekoppelte Rezeptoren Aktivierung von G-Proteinen Heterotrimere G-Proteine (GTP-bindende Proteine) • bestehen aus α,β,γ-Untereinheiten • α-Untereinheit besitzt GDP/GTP-Bindungsdomäne • α-Untereinheit besitzt GTPase-Aktivität • verschiedene Isoformen: Gαs (stimulierend) Choleratoxin (Cholera) hemmt GTPase Æ Wasser und Elektrolytverlust im Darm Gαi (inhibitorisch) Pertussistoxin (Keuchhusten) verhindert GDP/GTP Austausch, Gαi bleibt inaktiv Æ Elektrolytverlust, Schleimproduktion in Atemwegen Muscarinische Acetylcholin-Rezeptoren = G-proteingekoppelte Rezeptoren Verschiedene Typen: M1: Nervenzellen M2: Herzmuskel M3: glatte Muskulatur, exokrine Drüsen M4: Striatum, Bronchien M5: Zentralnervensystem ÆUnterscheiden sich in den mit Ihnen assozierten G-Proteinen Muscarinische Acetylcholinrezeptoren M1, M3, M5 muscarinische Rezeptoren: Gαq: aktivieren Phospholipase C und Ca++-Kanäle M2 und M4 muscarinische Rezeptoren: Gαi: inhibieren Adenylylcyclase, Gβγ öffnet K+-Kanäle Ein aktivierter Rezeptor aktiviert viele G-Proteine: Signalverstärkung Gα = GTPase Æ Die α-Untereinheit schaltet sich selbst ab durch Hydrolyse des GTP G-Proteine regulieren Ionenkanäle Herzmuskelzelle: Acetylcholin aktiviert K+-Kanal G-Proteine aktivieren Enzyme G-Protein-aktivierte Enzyme • Adenylylcyclase: über Gαs, Gαi ATP Æ cAMP • Phospholipase C: über Gαo, Gαq Produktion von Inositoltrisphosphat (IP3) Diacylglycerol Æ Durch Enzymaktivierung werden sekundäre Botenstoffe erzeugt Adenlylcyclase produziert cAMP Phosphodiesterase baut cAMP ab cAMP mobilisiert den Körper Alberts et al (1999) Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie cAMP aktiviert Proteinkinase A (PKA, A-Kinase) Æ Phorsphorylierung (Aktivierung) von Enzymen und Genregulatorproteinen G-Protein-aktivierte Enzyme • Adenylylcyclase: über Gαs, Gαi ATP Æ cAMP • Phospholipase C: über Gαo, Gαq Produktion von Inositoltrisphosphat (IP3) Diacylglycerol Æ Durch Enzymaktivierung werden sekundäre Botenstoffe erzeugt Phospholipase C Alberts et al. (1999) Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie Reaktionen der Phospholipase C Stryer (1991) Biochemie, Abb. 38.13 Phospholipase C produziert Diacylglycerol und Inositoltrisphosphat
