Was sind Second Messenger?
niedermolekulare, intrazelluläre Substanzen
dienen der Übertragung Rezeptor gesteuerter Primärsignale innerhalb der Zelle
gehören zur Signaltransduktionskaskade
Welche Arten von Second Messenger Moleküle gibt es und wo sind diese lokalisiert?
Hydrophile Moleküle —> zytosolisch
cAMP, cGMP, IP3 (Inositoltrisphosphat), Ca2+
Signalübertragung duch Konzentrationsänderung im Zytosol
Hydrophobe Moleküle —> Membran-gebunden
DAG (Diacylglycerol) und PIP (Phosphatidylinositol-Phosphate)
Signalübertragung auf Membran-assoziierte Effektor-Proteine
Gase —> diffundieren in Membran und Zytosol
Stickoxide
Signalübertragung durch Aktivierung der cGMP-Bildung
Wie unterscheiden sich hormonelle Signalmechanismen im Zellkern und über Membranrezeptoren?
Membran-Rezeptoren
Im Zellkern
z.B. Peptidhormone oder Catecholamine
z.B. Steroid- oder Schilddrüsenhormone
Rezeptoren auf der Zelloberfläche
Dringen in Zellen ein
Weitergabe des Signals über Second Messenger
Hormon-Rezeptor-Komplex wirkt im Zellkern
Ergebnis: Veränderte Aktivität eines bereits vorhandenen Enzyms
Ergebnis: Veränderte Menge neu synthetisierter Proteine
Schnelle Wirkung
Langsame Wirkung
Inwiefern interagieren second messenger Signalwege miteinander?
Verschiedene Signale können den gleichen Second Messenger erzeugen
Ein Second Messener kann mehrere Reaktionen auslösen, abhängig vom Zelltyp oder dem Zustand der Zelle
Wovon hängt es ab, welche Signalwege als Reaktion auf einen Rezeptorreiz durchlaufen werden?
hängt vom Gewebe bzw. Zelltyp und von der Verfügbarkeit der ENzyme und der Second Messenger in der Umgebung der Rezeptoren ab
Wodurch wird dieser Signalweg ausgelöst und zu was fühert er am Ende?
Wodurch wird der intrazelluläre Gehalt an cAMP gesteuert?
Wie wird die Aktivität der Adenylatcyclase durch GPCR gesteuert?
Wie sieht der ganze Prozess der GPCR Aktivierung und der Aktivierung der Adenylatcyclase aus?
Wie ist die PKA aufgebaut und wie wird diese aktiviert?
besteht aus 2 katalytischen und 2 regulatorischen Einheiten
wird allosterisch durch cAMP aktiviert
die regulatorischen Einheiten werden bei cAMP-Bindung von den katalytischen Einheiten getrennt
—> Aktivierung der katalytischen Einheiten
Wie sieht die Aktivierung des Signalwegs durch Adrenalin aus?
Wie funktioniert die Induktion der PKA durch cAMP?
Welche Aufgaben haben die AKAPs?
Nenne 5 Beispiele für Zielproteine der PKA:
Glycogensynthase
Glycogenphosphorylase
Pyruvat Kinase
Pyruvat-Dehydrogenase Komplex
Hormonsensitive Lipase
Welche cAMP regulierten Hormonwirkungen gibt es?
Wie funktioniert die Glucagonwirkung in Adipozyten mit Hilfe des Adenylatcyclase cAMP Wegs?
Wie funktioniert die Glucagonwirkung in Hepatozyten mithilfe des Adenylatcyclase cAMP Wegs?
Welche Wirkungen bsesitzt die PKA?
Regulation von Zielproteinen im Cytosol durch Phosphorylierung
Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren
—> beeinflussen der Genexpression
z.B. Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors CREB
(cAMP-response-element-binding protein)
Wie funktioniert die genregulatorische Wirkung der PKA?
Welche Funktion hat CREB im Zellkern?
Phosphoryliertes CREB besitzt die für Transkriptionsfaktoren typische Dimerstruktur und bindet an das CRE (cAMP response element)
CREB kann je nach Zelltyp und Zellstatus durch verschiedene Signalkaskaden aktiviert werden, nicht nur über den cAMP/Adenylatcyclase-Weg
Beispiel für eine CREB-regulierte Genexpression ist die Aktivierung des Thermogenin-Gens (UCP1) im braunen Fettgewebe.
Was genau ist Thermogenin und was bewirt es?
Thermogenin (Uncoupling protein 1 (UCP1)):
Transmembranprotein, das ausschließlich in den Mitochondrien des braunen Fettgewebes (BAT) lokalisiert ist
ermöglicht die zitterfreie Wärmeproduktion durch die Entkopplung der Atmungskette
Wie unterscheiden sich braunes (BAT) und weißes (WAT) Fettgewebe und welche Funktion hat BAT?
Braunes Fettgewebe (BAT) unterscheidet sich von weißem Fettgewebe (WAT) durch die Einlagerung vieler kleiner Lipidtropfen und durch eine höhere Anzahl an Mitochondrien.
Funktion: Muskelunabhängige Wärmeproduktion in Säugern (z.B. bei Winterschlaf oder Kälteexposition)
Welche Rolle spielt braunes Fettgewebe bei Siebenschläfern und Säugern?
Vergleichsweise große Mengen an braunem Fettgewebe !
Wärmeproduktion bei geringer Muskelbewegung:
Säuglinge haben im Vergleich zu Erwachsenen eine sehr große Oberfläche und damit einen hohen Wärmeverlust.
Braunes Fettgewebe sorgt für zitterfreie Wärmeproduktion
Siebenschläfer müssen im Winterschlaf eine minimale Körpertemperatur mit möglichst wenig Energie aufrechterhalten.
Braunes Fettgewebe sorgt beim Schlafen für die notwendige Wärmeproduktion
Worüber wird die Thermogenin Expression reguliert?
wird durch die Wirkung von Norepinephrin (NE, Noradrenalin) über den cAMP/Adenylatcyclase-Weg aktiviert
kann auch durch andere Hormone (z.B. Schilddrüsen hormone oder Retinsäure) oder regulatorische Substanzen wie Fettsäuren gesteuert werden
Was benötigt Thermogenin, damit es funktionieren kann und wie funktioniert es dann?
Thermogenin (UCP1) benötigt Energie, die aus der ß Oxidation von Fettsäuren stammt
liefert Reduktionsäquivalente (NADH+H+), die Elektronen in die Atmungskette einspeisen und den Protonengradient über die Membran aufbauen
dient im braunem Fettgewebe nicht zur ATP-Synthese, sondern für die Wärmeerzeugung mittels Thermogenin
Um die Fettsäuren verfügbar zu machen, werden diese durch cAMP-abhängige Lipolyse aus den Lipidtröpfchen des braunen Fettgewebes freigesetzt
Wie funktioniert die Genregulatorische Wirkung durch UCP1?
WIe funktioniert die cAMP abhängige Thermogenese?
Wie ist der vollständige Ablauf der Thermogenese durch UCP1?
Ausschüttung von Norepinephrin bei Kälte
Aktivierung des ß3-Adrenorezeptors im braunen Fettgewebe
Freisetzung von cAMP und Aktivierung der PKA
Aktivierung der UCP1 Expression durch aktiviertes CREB
Phosphorylierung von Perilipin und der hormon-sensitiven Lipase (HSL)
Aktivierung de Triglyceridabbaus führt zu freien Fettsäuren
freie Fettsäuren heben die Hemmung von UCP durch Nukleotide (ADP bzw. GDP) auf
durch Oxidation der restlichen freien Fettsäuren in den Mitochondrien wird die Aktivierung wieder aufgehoben
Rückkehr zur normalen Zellatmung mit ATP-Synthese
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