Biochemie Signaltransduktion Humanmedizin, Zusammenfassungen von Biochemie

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Jan M. Klaes 04.07.

Biochemie Tutorium 11:

Signaltransduktion

Inhalt

1. Grundlagen
2. GPCR und ionotrope Rezeptoren
3. Rezeptoren mit Kinasen
4. Guanylatzyklasen
5. Intrazelluläre Rezeptoren

Signaltransduktion

• Ist alles, was darauf augerichtet ist, Signale von anderen Zellen zu verarbeiten
• Heute beschäftigen wir uns mit chemischen Signalen, also aus Botenstoffen ein intrazelluläres Signal erklärt.
• Rezeptoren sind alle Moleküle (meist Proteine), an die ein Botenstoff binden kann, woraufhin ein Signal ausgelöst werden
• Der Botenstoff, der an einen Rezeptor bindet heißt Ligand

Reichweiten der Signaltransduktion

Wer bindet an Wen?

• Hydrophile Stoffe können die Zellmembran nicht (ohne weiteres) durchtreten. Sie müssen also an membranständige Rezeptoren binden.
• Hydrophobe (=lipophile) Stoffe können die Zellmembran ohne Probleme passieren und binden dann an intrazelluläre Rezeptoren
• Es gibt aber Ausnahmen!

Metabotrope und Ionotrope Rezeptoren

• Begriffe, die membranständige Rezeptoren noch genauer aufteilen
• Ionotrope Rezeptoren = ligandenaktivierte Ionenkanäle
• Metabotrope Rezeptoren = Rezeptoren, die im Inneren der Zelle eine Signalkaskade in Gang setzen
• Gucken wir uns beide gleich genauer an!
• Achtung: der Begriff des Metabotropen Rezeptors wird manchmal nicht ganz einheitlich verwendet!

GPCR und ligandenaktivierte Ionenkanäle

Ligandenaktivierte Ionenkanäle = ionotrope Rezeptoren

• Einfach Ionenkanäle, die durch die Bindung eines Liganden aktiviert werden
• Je nachdem für welche Ionen der Kanal durchlässig ist, ergibt sich ein bestimmter Effekt.
• Achtung, immer darauf achten: Wofür ist der Rezeptor ein Kanal und wofür Rezeptor?
• Bsp. links: Rezeptor für ACh, Kanal für K+ und Na+

• Es gibt kleine und heterotrimere G-Proteine
• Heterotrimere (=bestehen aus drei unterschiedlichen Teilen) G-Proteine kommen im GPCR vor (kommt jetzt gleich )
• Kleine G-Proteine kommen an vielen anderen Stellen vor (z.B. Translationsfaktoren oder Ras (s.u.))

Aufbau GPCR

• GPCR (G-Protein gekoppelter Rezeptoren) liegt in der Membran
  • Besteht aus sieben Helices (daher auch Heptahelikaler Rezeptor)
  • Diese gehen durch die Membran (daher auch 7TM (7-Transmembrandomänen- Rezeptor))
• An diesem ist ein G-Protein gebunden
  • Dieses liegt im Zellinneren
  • G-Protein besteht aus drei Untereinheiten
  • α- und γ- Untereinheiten haben eine Verankerung in der Memrban
• α-Untereinheit des G-Protein hat im Ruhezustand ein GDP gebunden
• Der Ligand bindet auf der Außenseite

• Nach einer Zeit spaltet die α- Untereinheit selbstständig (!) das GTP wieder zu GDP
• Auf schlau: Es hat eine intrinsische GTPase Aktivität
• Wenn es GDP gebunden hat, kann sich alles wieder zusammensetzen und der GPCR ist wieder im Ausgangszustand

Effekte von G-Proteinen

• Gerade haben wir gesagt, dass der GPCR mit der α- und der βγ- Untereinheit verschiedene Effektorproteine (also Proteine, die dann das Signal weiterleiten) aktivieren oder inhibieren kann
• Je nach dem „Haupteffekt“, den die α-Untereinheit auslöst unterteilt man drei Hauptklassen von GPCR: Gs-gekoppelte, Gi-gekoppelte und Gq-gekoppelte
• Es ist aber wichtig zu wissen, dass die βγ-Untereinheit auch Effekte hat

Adenylatzyklase

• Adenylatzyklase liegt auch in der Membran
• Wird von α Untereinheiten von Gs- und Gi-Proteinen aktiviert bzw. inhibiert
• Die Adenylatzyklase produziert cAMP aus ATP

Reaktion der Adenylatzyklase

cAMP erkennen können!