Arten zellulärer Signalübertragung
HormoneSignal-
Zelle
Synapse
TransmittermoleküleRezeptor-
Ligand
vermittelter
Zell-Zell
Kontakt
Hormone als Signalmoleküle
• Adrenalin: Nebenniere, Erhöhung Blutdruck, Herzfrequenz
• Cortisol: Nebenniere, Einfluss auf Stoffwechsel
• Östradiol: weibliches Sexualhormon
• Glucagon: Pankreas, Glucosesynthese, Glycogen-und Lipidabbau +
• Insulin: Glucoseaufnahme + Protein- u. Lipidsynthese +
• Testosteron: männliches Sexualhormon
• Thyroxin: stimuliert Metabolismus
Lokale Mediatoren
• Epidermaler Wachstumsfaktor (EGF) Proliferation Epidermis u.a. Zelltypen: +
• Blutplättchen-Wachstumsfaktor (PDGF)
Proliferation vieler Zelltypen: +
• Nerven-Wachstumsfaktor, Histamin
Wachstum von Axonen: +
• NO: Relaxation glatter Muskelzellen
Aktivität von Nervenzellen: +
Neurotransmitter, Kontaktine
• Acetylcholin, Nervenenden, synaptische Signalübertragung: +
• γ−Aminobuttersäure (GABA), synaptische
Signalübertragung: -
• Transmembranprotein Delta, verhindert dass Nachbarzellen zum gleichen Zelltyp spezialisieren wie die das Signal aussendende Zelle
Signalmolekül verhindert, dass benachbarte Epithelzellen ebenfalls zu Nervenzellen
differenzieren
Extra- und intrazelluläre Rezeptoren
Unterschiedliche Signale durch gleiches Signalmolekül (Acetylcholin) in
Abhängigkeit von Zielzelle
CH3-CO-OCH2CH2-N(CH3)3+
Ohne ständig eintreffende externe Signale: Zelltod vorprogrammiert (Apoptose)
Wirkungsweise eines kleinen, hydrophilen
und daher nicht membrangängigen
Hormons
Wirkungsweise lipophiler, daher membrangängiger Hormone
NO: Signal das Zellmembranen ungehindert passieren kann, jedoch wegen rascher Oxidation zu NO3
- nur kurzlebig wirksam ist und daher nur als lokaler Mediator wirken kann
bewirkt Relaxation von Muskelzellen
Therapie Angina pectoris mit Nitroglycerin z.B. beruht auf Entspannung der Herzmuskelzellen durch NO
Hauptklassen Oberflächenrezeptoren
Aufrechterhaltung Ungleichgewicht Ionenkanäle am Beispiel Na/K-ATPase
reversiblePhosphorylierung
ATPase Domäne als ATP-Bindungsstelle in
Ionenkanal
Mg2+abhängig
Aktivierung durch Phosphorylierung bzw. GTP-Bindung (G-Proteine)
Deaktivierung durch Dephosphorylierungbzw. GTP-Hydrolyse
G-Protein gekoppelte Rezeptoren
Aktivierung eines Zielproteins durch α-Untereinheit-GTP
Aktivierung Ionenkanal über β/γ-Untereinheiten
Funktion aktivierten Enzyms in Signaltransduktion
Botenstoff („second messenger“) par excellence: AMP
Auswirkungen Signaltransduktionskaskaden auf Proteinfunktion (schnell) und
Genexpression (langsam)
Adenylatcyclase-vermittelte Aktivierung von A-Kinase: Aktivierung Genregulationsprotein durch
Phosphorylierung
Phospholipase C-vermittelte Signaltransduktion
Ca2+ - Imaging
CalmodulinCa2+: + -
Ca2+ Komplex Calmodulin aktiviertCaM-Kinase
Signaltransduktion und Signalamplifikation durch katalytische
(Dimerisierungs-) Rezeptoren
BBI reduces radiation-induced EGFR activation
PTK-activity1: 0Gy 2: 0Gy+BBI3: 5 Gy4: 5 Gy + BBI5-6: 5 Gy + Lavedustin A, B7: 0 Gy +EGF
Ras-Aktivierung über Tyr-KinaseAdaptorproteine (li) Ras-aktivierte Phosphorylierungskaskaden (re)
„Cocktail“ von Veränderungen in Proteinaktivität und Genexpressionsmuster
Vernetzung von Proteinaktivitäten bzw. Genexpressionsmustern (biologische Merkmale)
Abgestufte Regulation über Mehrfachphosphorylierung monomerer bzw.
oligomerer Proteine
Zellcyclus
Auslösung der Phasen der Zellteilung
cyclinabhängige Kinase (Cdk)
M-Phase-Förder-Faktor (MPF)Funktioniert über Speziesgrenzen hinweg
z.B. humanes MPF kann Hefezellen veranlassen in die M-Phase einzutreten
cyclinvermitteltes Anschalten M- und S-Phasep21 Cdk-Inhibitorprotein
Programmierter Zelltod Voraussetzung für Organausbildung
bzw. Organumbildung
Tod infolge Nekrose (A)Tod infolge Apoptose (B bzw. C)