Zellkommunikation

• 1. Stofftransport

  • Freie Diffusion

  • Erleichtere Diffusion

  • Transport in Vesikeln

• 2. Flüssigkeitstransport

  • Osmose

  • Filtration

• 3. Transport durch Membranen

  • Transportproteine

• Kommt nur für Gase (O2, CO2) oder lipid-lösliche Moleküle in Frage

• Voraussetzung: Konzentrationsgradient

  • Bewegung der Teilchen vom Ort der höheren zum Ort der niederen Konzentration -> Konzentrationsausgleich

• Faktoren: z.B. Temperatur, Molekulargewicht, Membranoberfläche, Steilheit des Gradienten => z.B. Sauerstoffmaske

• Bsp.: Diffusion von Atemgasen in der Lunge

• Durch Konzentrationsgradienten angetriebener Prozess

• Beschleunigung der Diffusion durch Transportvermittler (entweder oder)

  • Frei beweglich

  • Membranständig

• Beteiligung auch an intrazellulären Transportvorgängen

• Bsp.: Hämoglobinmoleküle

  
  

• geht auch mit Proteinen, etc.

• Sekretvesikel = membranumhüllte Pakete von Syntheseprodukten

• Bsp.: Synthese von Glykoprotein und Transport in die Zellmembran

• = Aufnahme von Stoffen in vin Zellmembran-Anschnitten umschlossenen Vesikeln

• “Importgeschäfte”

• Formen:

  • Exozytose gekoppelte Endozytose (Membrane-Recycling)

  • Exozytose unabhänngige Endozytose:

    • Phagozytose (“cell eating”) => größere Stoffe, Bakterienanteil, etc.

    • Pinozytose (“cell drinking”) => Flüssigkeiten

    • Rezeptor-mediierte Endozytose

      • Bsp.: LDL-Internalisierung

      • Lipoproteine im Golgi-Apparat der Hepatozyten hergestellt, über die Blutbahn in alle Zellen des Körpers

      • LDL reich an Cholesterin-Estern

      • Cholesterin ein essenzieller Bestandteil fast aller Biomembrane

    
    

• LDL binder an Rezeptor

• Membran wir nach innen gestülpt und Clathrin (lösliches Protein, wichtig für Adressierung) ist im Vesikel drin (coated vesicle)

• Coated pits werden abgestreift, übrig belibt Endosome (enthält Komplex zwischen Rezeptor und LDL)

• spaltet sich in 2 Vesikel (ein Vesikel mit Rezeptoren und eins mit LDL)

• aus Vesikel mit LDL wird Lyosomen, dieses spaltet Cholesterinester

• Cholesterin wird ins Cytosol freigesetzt (Bildung neuer Membran dann möglich)

• = Abgabe von Stoffen durch Fusion von Vesikeln mit der Zellmembran

• “Exportgeschäft”

• Formen

  • Getriggert z.B. Freisetzung von Acetylcholin aus der motorischen ENdplatten

  • Ungetriggert z.B. Sekretion von Antikörpern, Biogenese der Zellmembran

• MHC wichtig zur Erkennung von Pathogenen

• Lösungsmitteltransport durch eine semipermeable Membran in Richtung der höheren Teilchenkonzentration

• Bsp.: Erythrozyten

  • osmotischer Druck sorgt für Formgebung

  • zu hoher isotonischer Zusatz (hypertone Umgebung) => Erythrozyt schrumpf => Steckapfelform

  • zu gerunger isotonischer Zusatz (hypotone Umgebung) =>adsoprtion des Wassers von den Erythrozyten => kann zum Zerplatzen führen

• Flüssigkeit unter dem Einfluss von hydrostatischem Druck durch einen Porenfilter (z.B. Kapillarwände) gepresst und von groben Partikeln (z.B. Blutzellen) getrennt

• Ultrafiltration: auch gelöste Moleküle nach Größe voneinander getrennt

• Bsp.: Harnbildung

  • Aufabu eines Nierenkörperchens

    • 3 Schichten: Kapillarendothel, Basalmembran und Podozyten

    • Permeable für kleinmolekuare Stoffe (z.B. Wasser, Glucose, Harnstoff)

    • Impermeabel für Blutzellen, nur geringe Anteile von Makromolekülen, iinsbesondere kaum Proteine

• Signalübertragung

• Allgemein:

  • 1. Erkennung: Signalmoleküle (z.B. Hormone) binden an Rezeptorproteine an der Plasmamembran

  • 2. Übertragung: Start der Signalübertragung

  • 3. Antwort: Zellantwort

• Membranpermeabilität

  • Ist die EIgenschaft einer Membran, Stoffe durchtreten zu llassen

• Lipophile Stoffe

  • CH2-Gruppe: Permeabilität steigt (Arzneistoffe)

• Transportproteine

  • Beeinflussen die Permeabilität von z.B. Ionen, Zucker, Aminosäuren, Nukleotiden

  • Arten

    • Kanäle

    • Carrier

    • Pumpen

  • Gemeinsame Merkmale

    • Transportspezifität

    • Aktivierbarkeit

    • Selektive Hemmbarkeit

    • Sättigungskinetik

• Selektive, wassergefüllte Poren für den Durchtrutt von Ionen

• Richtung und Rate des Transport angegeben durch

  • Konzentrationsgradienten (immer mit)

  • Potentialdifferenz (“Ladungsdifferenz”)

• Passiver Trnsportprozess: Diffusion (sobald Kana offen)

• Hohe Selektivität durch

  • Ladung

  • Bindungsstellen

• Aquaproin-1 => permanent offen

• Aquaporin-2 => aktivierbar

• Ionenkanäle => Gating

• Passiver Transport

• Unterschied zu Kanälen

  • Geringere Transportrate

  • Kein Gating

  • VIelfach Co-Transporter

• Binden das zu transportierende Molekül

• Membrandurchtritt durch Konformationsänderung

• Zeigen

  • Spezifität

  • Maximale Transportkapazität -> Saturation

• Uniport

  • Passage einzelner Moleküle z.B. Glucose in Leberzelle

• Symport

  • Mehrere Teilchenarten in gleiche Richtung

  • z.B. Glucose, Aminosäuen mit Na+ in Darmepithelzellen

• Antiport

  • Verschieden Teilchenarten in entgegen gesetzter Richtung

  • z.B. HCO3- gegen Cl- an Erythrozytenmembran

• Merkmale

  • Sonderformen der Carrier

  • Erfordert zusätzliche Energie

  • ATP-Hydrolyse an der Innenseite der Membran

  • -> primärer aktiver Transport

• wie Turbine angetrieben durch Protonengradienten

• Gradient vorhanden, da durch Atmungskette Protonen zum Intermembranraum transportiert werden

• ADP wird ATP

• Effluxpumpe für lipophile Verbindungen (Ausschleusen aus Zelle)

• Physiologisch: Xenobiotika (Fremdstoffe)

• Arzneimittel: z.B. Lipidsenker, Immunsuppressiva, Zytostatika

• Vorkommen: u.a. in Leber, Niere, Instetium, Blut-Hirnschranke

• Medikamenten-Resistenz-ATPase

• Sekundärer aktiver Transport (von Glucose)

• Schafft Gradienten Na+ Einstrom an der apikalen Membran

• SGLT => Na- und Glucose-Symporter

  • Gradient dafür bildet Na+-K+-Pumpe (Transport gegen Gradienten)

Orale Antidiabetika: Blockade des ATP-aktivierten K+-Kanals

• Rezeptoren und Signaltransduktion

• Erregungsprozesse

• Physiologische Angriffspunkte für körpereigene Stoffe (Neurotransmitter, Hormone)

• Makromoleküle, an die körpereigene Stoffe oder Pharmaka (Arzneistoffe, Toxine) binden und damit eine zelluläre WIrkung vermitteln

• WIchtig: Viele Pharmaka wirken an Neurotransmitter- oder Hormmonrezeptoren als Stimulatoren (Agonisten) und Inhibitoren (Antagonisten)

• EInteilung

  • 1. Interzelluläre Rezeptroen

  • 2. Rrezeptoren der Plasmamebran

    • A. Rezeptoren mit Enzymaktivität

    • B. Ionenkanalrezeptoren

    • C. G-Protein gekoppelte Rezeptoren

• Signalübertragung, Signalübermittlung

• Prozesse, mittels derer Zellen auff äußere Reize reagieren, diese umwandeln und ins Zellinnere weiterleiten

• Vorkommen: im Zytoplasma oder im Zellkern

• Rezeptoren von Steroidhormonen (z.B. Glucocorticoide, Estrogen, Androgen), Retinoiden, Schilddrüsenhormonen

• Niöding eines Ligan-Rezeptor-Komplexes -> veränderte Genexpression

• Therapierelevanz

  • Steroidhormone => Hormonersatztherapie, Tumortherapie, Corticosteroidtherapie

  • Vitamin D => Prävention/Therapie der Osteoporose, Vitaminsubstitution

  • T3/T4-Rezeptor => Hormonsubstitution

• Bsp. Estrogenrezeptor (im Zellkern)

• Bsp. Corticosteroidrezeptor (zytoplasmatisch)

  • Wirkung: immunmodulatorisch, anti-entzündlich

• Rezeptoren mit Tyrosinkinase-Eigenschaft)

• Rezeptor der Plasmamembran

  • 
    

    Rezeptor mit	Beispiel
    Tyrosinkinase-AKtivität	Insulinrezeptoren, verschiedene Wachstumsfaktoren
    assoziierten Tyrosinkinasen	Zytokinrezeptoren, Rezeptoren von Wachstumshormonen
    Guanylatcyclase-Aktivität	Rezeptoren mit Funktion bei der Regulation der Ausscheidung von Na+
    Rezeptor-Serin/Threoninkinasen	Rezeptoren des transformierenfen Wachstumsfakors

• Häufig Dimerisierung durch Ligandenbindung

• Autophosphorylierung an der Effektor-Domäne (zytosolisch)

• -> Steuerung von Zellwachstum und -differenzierung

• Bsp. Insulinrezeptor -> Phophsorylierungssignal trägt zur Steuerung des Zellwachstums und der Zelldifferenzierung beii (Bsp. EInbau von Glucose-Carrier in die Zellmembran)

• Bsp. Wachstumsfaktor

• Rezeptoren der Plasmamembran

• Je nach Selektivität unterscheidet man z.B. Na+, K+, Ca2+ und Cl- Kanäle

• Bsp. Spannungsabhängiger Kaliumkanal

• Treibende Kraft für die Ionenbewegung ist der Konzentrationsgradient zwischen Extra- und Intrazellularraum

• Ausmaß des Ionenflusses hängt ab von:

  • Zahl der geöffneten Kanäle

  • Öffnungsdauer

  • Permeabilität (Leitfähigkeit)

• Aufbau

  • Bsp. Acetylcholinrezeptor

• Therapierelevanz

  • 
    

    Rezeptor	Therapierelevanz
    GABAa-Rezeptor	Benzodiazepine (Schlafstörungen)
    Glutamatrezeptor	Anästhesie
    nikotinischer ACh-Rezeptor	Muskelrelaxantien, Nicotin

• Aufbau

• 7-Helix-Rezeptoren, Heptahelixrezeptoren

• Aufbau

  • Ligandenbindung an der Außenseite der Membran

  • G-protein Aktivierung durch Konformationsänderung des Rezeptors

  • Ligand = “first messenger”

• Aktiviertes G-Protein kann einen Ionenkanal beeinflussen (direkt)

• Induktion oder Hemmung der Bildung eines zweiten Botenstoffes (“second messenger”) durch Interaktion mit einem Enzym

  • Stiulierende G-Proteine (Gs-Proteine)

  • Inhibitorische G-Proteine (Gi-Proteine)

• Wichtige G-Protein gekoppelte Enzyme

  • Adenylatcyklase -> cAMP

  • Guanylatcyklase -> cGMP

  • Phospholipase C -> IP3, DAG aus PIP2

• Rezeptoren

  • Physiologische Angriffspunkte für körpereigene Stoffe (Neurotransmitter, Hormone)

  • Transmission von extrazellulärem in intrazelluläres Signal

• Nervenzelllen

  • Erregungsleitung

  • Informationsübertragung im ZNS

• Muskelzellen

  • Aufrechterhaltung des Spannungszustandes

  • Auslösung von Kontraktionen

• Vorraussetzung für die Erregbarkeit von Nerven- und Muskelfasern ist Aufrechterhaltung einer Potentialdifferenz - Membranpotential - zwischen Zellinneren und dem Außenmedium

• Molekulare Voraussetzungen

• Depolarisation - Hyperpolarisation

  • Ruhepotential wird im wesentlichen durch K+-Ionen bestimmt

  • Charakteristischer Wert zwischen -60 und -100 mV je nach Zellart

• Depolarisation

  • Bsp. hier: -70 mV -> +30 mV

• Repolarisation

  • Rückkehr zu Ruhewert

• Alles oder nichts Gesetz

• Änderung der Leitfähigkeit

  • Depolarisation => Na+-Leitfähigkeit steigt

  • Repolarisation => N+-Leitfähigkeit sinkt und K+*Leitfähigkeit steigt

  • Nachhyperpolarisation => K+-Leitfähigkeit verzögert