Signaltransduktion

= der Prozess, mit dem eine Zelle ein äußeres Signal erkennt und darauf reagiert.

Einzeller (Bakterien):

• Erfassen der Umgebung

• Aufspüren anderer Zellen (z.B. für Paarung)

Mehrzeller

• Kommunikation zwischen Zellen

• Zelldifferenzierung

• „Soziale Kontrolle“ der Zellteilung

• Signal (Ligand)

  • generell extrazellulär

  • Herkunft: Sekretion oder plasmamembrangebunden („Außenseite“)

  • organisch oder anorganisch (Proteine, AS, Nukleotide, Gase (z.B. NO))

• Erkennung des Signals mittels spezifischer Rezeptoren

  • an Plasmamembran

  • intrazellulär

• Umwandlung des Signals in zelluläre Antwort (Teilung, Differenzierung, Tod, ...) mittels:

  • secondary messengers

  • cytoplasmatischer Proteinkinasen

1) Synthese des Signals

2) Rezeption

3) Transduktion

4) Antwort

5) Abbau des Signals

Signalmoleküle (Hormone) werden im gesamten Organismus verteilt (Blutkreislauf)

→ lange Wirkungsdistanz

—> Unter Stress

Sekretierte Signalmoleküle haben nur eine

geringe Reichweite z.B. durch eingeschränkte Diffusion

„lokale Mediatoren“ z.B. Entzündungsvorgänge in der Nähe

von Verletzungen oder Wachstumsfaktoren

• Neuronen leiten das Signal in ihren Axonen weiter

• Ausschüttung von Signalmolekülen (Neurotransmitter) an der Synapse Zielzellen in der Nähe der Neurotransmitterausschüttung

-> Kurze Wirkungsdistanz

• Signalmolekülen können nicht diffundieren

• Voraussetzung: signalisierende Zelle und Zielzelle treten miteinander in Kontakt

→ kurze Wirkungsdistanz

z.B. Embryonalentwicklung, Immunsystem

1. Signalisierung durch Phosphorylierung

   → über Proteinkinasen und -phosphatasen

   
   

   1. Signal kommt → aktiviert eine Proteinkinase

   2. Die Kinase überträgt ein Phosphat von ATP auf ein Protein (Phosphorylierung)

   3. Das Protein wird dadurch aktiv („AN“)

      ➝ Es löst eine zelluläre Reaktion aus (SIGNAL-AUSGABE)

   4. Eine Phosphatase entfernt das Phosphat → Protein wieder „AUS“

1. Signalisierung durch GTP-Bindung

   → über GTP-bindende Proteine (z. B. Ras, G-Proteine)

   
   

   1. Signal kommt → bewirkt GTP-Bindung

   2. Das GTP-bindende Protein bindet GTP statt GDP (GDP = inaktiv, GTP = aktiv)

   3. Das Protein ist jetzt „AN“ und sendet ein Signal

   4. Es spaltet GTP zu GDP (GTP-Hydrolyse) → wird wieder „AUS“

1. Das Toxin verändert die Gα-Untereinheit von G-Proteinen:

   ➝ Es hängt eine ADP-Ribose an eine Arginin-Seite (Rückgrat) dran

2. Dadurch wird die GTPase-Aktivität gehemmt: ➝ Gα bleibt dauerhaft aktiv (kann GTP nicht mehr zu GDP spalten)

3. Gα aktiviert dauerhaft die Adenylatcyclase: ➝ Enzym produziert ständig cAMP (Second Messenger)

4. cAMP-Spiegel steigt massiv ➝ Das aktiviert ständig PKA (Proteinkinase A) und andere Enzyme

5. PKA öffnet Ionenkanäle → Na⁺ und H₂O strömen in den Darm

   
   

   => Folge: Wasserverlust → starker Durchfall → Dehydrierung → Lebensgefahr

Rezeptoren für viele Hormone und Wachstumsfaktoren

—> z.B. Epidermaler Wachstumsfaktor (epidermal growth factor, EGF), Blutplättchen-Wachstumsfaktor (platelet-derived growth factor, PDGF), Insulinähnlicher Wachstumsfaktor (insulin-like growth factor-1, IGF-1)

RTK-Aktivierung fuhrt zu:

• Aktivierung von Ras führt zur:

  • Aktivierung einer Kinase-Kaskade

  → Signalamplifizierung „Lawinen-Effekt“

• Signalmoleküle sind hydrophob, sie binden an spezifische intrazelluläre Rezeptoren

=> Beispiele: Steroidhormone, Schilddrüsenhormone, Retinoide

• Binden DNA als Homo- oder Dimer

• Inaktiver Rezeptor: Rezeptor ist an inhibitorisches Protein gebunden

• Aktiver Rezeptor: Ligandenbindung bewirkt Dissoziation des inhibitorischen Proteins und Bindung eines Coaktivators an die Transkriptionsaktivierungsdomäne