Samenvatting van het 2e jaars bachelor vak Cellen en Weefsels (niveau 3) voor tentamen 2. De samenvatting omvat ook belangrijke afbeeldingen die kunnen helpen bij het leren.
MBLS 105, EXAM REVIEW, EXAM Q&A, KEY POINTS OF LECTURES
All for this textbook (1)
Written for
Universiteit Utrecht (UU)
Biologie
Cellen en Weefsels
All documents for this subject (80)
4
reviews
By: rikvandellen • 4 year ago
By: dennissajtovic • 5 year ago
By: lisannejansen • 5 year ago
By: thijssetz • 6 year ago
Seller
Follow
sanneerkamp
Reviews received
Content preview
Cellen en weefsels deel 2
Chapter 15: Cell Signaling
Communicatie tussen cellen in multicellulaire organismen wordt gemedieerd door extracellulaire
signaal moleculen. Het ontvangen van signalen gebeurt door receptoreiwitten, waardoor een
intracellulaire signaal-pathway op gang komt, afhankelijk van intracellulaire signaal eiwitten. De
targets zijn meestal effector eiwitten, wat een transcriptieregulator, een ion kanaal of deel van het
cytoskelet kan zijn. Vaak blijven signaalmoleculen aan het oppervlak gebonden en beïnvloeden ze
aangrenzende cellen, genaamd contact-dependent signaling, zoals bij ontwikkeling en
immuunrespons. Signaalcellen kunnen ook signaalmoleculen afgeven aan de extracellulaire vloeistof,
zoals lokale mediators. Dit wordt paracriene signalering genoemd. Wanneer de cel reageert op eigen
signalen wordt het autocriene signalering genoemd. Bij synaptische signalering wordt
gebruikgemaakt van neurotransmitters. Een andere mogelijkheid voor signalering over lange
afstanden is endocriene cellen, die hormonen aan de bloedbaan afgeven. Een cel kan ook een signaal
presenteren, waaraan een andere cel kan binden met een receptor. Receptoren kunnen zich ook in
de cel bevinden.
Veel cellen hebben een specifieke combinatie van extracellulaire signalen nodig om te kunnen blijven
leven, anders ondergaan ze apoptose. Een signaalmolecuul kan verschillende effecten hebben op
verschillende cellen, zelfs met dezelfde receptor. Dit komt doordat ze een verschillende pathway in de
cellen oproepen.
De meeste celoppervlak receptoren behoren tot een van de drie klassen;
- Ion-kanaal receptoren zijn betrokken bij synaptische signalering en wordt gemedieerd door
ion kanalen die openen op sluiten als reactie op een neurotransmitter.
- G-eiwit gekoppelde receptoren werken door indirect reguleren van de activiteit van een
gescheiden plasmamembraan-gebonden target eiwit. Activatie van het target eiwit kan leiden
tot verandering in de concentratie van een of meerdere intracellulaire signaalmoleculen of
voor andere ion permeabiliteit.
- Enzym-gekoppelde receptoren functioneren als enzymen of associëren met enzymen die ze
activeren (vaak eiwit kinases).
Sommige intracellulaire signaalmoleculen zijn kleine chemicaliën, genaamd second messengers. Het
kunnen ook eiwitten zijn die werken als moleculaire schakelaars en van een inactieve naar een
actieve staat gaan. Vaak gebeurt dit door fosforylering door eiwit kinases, en uitschakelen door eiwit
fosfatases. De grootste groep kinases zijn serine/threonine kinases, de andere zijn de tyrosine
kinases. Vaak zijn de geactiveerde eiwitten zelf ook kinases, waardoor een kinase cascade kan
ontstaan. De andere klasse moleculaire schakelaars zijn de GTP-bindende eiwitten, die zichzelf
uitschakelen door GTP-hydrolyse. De trimerische GTP-bindende eiwitten worden geactiveerd door G-
eiwit-gekoppelde receptoren en monomerische GTPases geven signalen door van meerdere
celoppervlak receptoren. GTPase-activating proteins (GAPs) zorgen voor GTP-hydrolyse en guanine
nucleotide exchange factors (GEFs) zorgen voor het loslaten van GDP voor GTP.
Het is belangrijk dat een signaalmolecuul niet de verkeerde pathway op gang brengt. Dit wordt
voorkomen door de hoge affiniteit en specificiteit tussen signaalmolecuul en correcte partner.
Vroeger bonden signaaleiwitten aan intracellulaire receptoren omdat ze klein genoeg waren om door
het plasmamembraan te gaan, maar omdat specificiteit steeds belangrijker werd, werden ook de
signaalmoleculen groter en waren extracellulaire receptoren van belang.
1
,Eiwit kinases bevatten vaak nog een docking site voor betere interacties. Daarnaast kunnen
downsteam target eiwitten ook signalen negeren, wanneer de upstream signaal concentratie niet
hoog genoeg is. Vaak is ook nog sprake van een back-up mechanisme, zoals twee pathways die
tegelijk geactiveerd moeten worden voor een reactie.
Er zijn drie typen intracellulaire signaalcomplexen:
- Signaleringscomplex op een scaffold eiwit
- Signaleringscomplex op een geactiveerde receptor
- Signaleringscomplex op fosfoinositide aanlegplaatsen
Specificiteit wordt ook bevorderd door signaalmoleculen in hetzelfde deel van de cel te houden,
waarbij vaak scaffold proteins betrokken zijn, die groepen signaaleiwitten bij elkaar brengt in signaal
complexen. Zulke complexen kunnen ook alleen vormen als reactie op een signaal, vaak bij de
receptor zelf. Soms is het bij elkaar brengen van signaalmoleculen genoeg om ze te activeren
(induced proximity). Dit is afhankelijk van kleine interactie domeinen, zoals Src homology 2 (SH2) en
phosphotyorosine-binding (PTB) domains die gefosforyleerde tyrosines binden in een bepaalde
sequentie. Sommige eiwitten functioneren alleen als adaptors om twee eiwitten aan elkaar te linken.
Een andere mogelijkheid is om eiwitten te concentreren in een specifieke regio, zoals de primary
cilium aan het oppervlak van vertebraatcellen. Signaleringspathways:
1. Response timing varieert sterk tussen cellen.
2. Sensitivity kan ook variëren. Hormonen werken al bij lage concentraties, terwijl
neurotransmitters in hoge concentraties aanwezig moeten zijn. Gevoeligheid kan toenemen
door signaal amplificatie, waarbij een klein aantal receptoren een grote respons opwekt door
grote hoeveelheden second messenger of vele kopieën van een eiwit.
3. Dynamic range is gerelateerd aan de gevoeligheid. Sommige systemen reageren op een
nauwe range van concentraties, anderen op een brede. Een brede range kan verkregen
worden door adaptatie.
4. Persistence verschilt ook tussen cellen, bij neurotransmitters vaak zeer kort.
5. Signal processing kan een simpel signaal omzetten in een complexe respons.
6. Integration zorgt dat een respons beheerst kan worden door meerdere inputs. Het is
afhankelijk van coincidence detectors, die alleen geactiveerd worden met meerdere signalen.
7. Coordination van meerdere responsen kan door één signaal.
Extracellulaire signalen kunnen een blijvend effect hebben, maar vaak verdwijnt het na een tijdje. Dit
heeft te maken met de snelheid van degradatie van de eiwitten en de turnover. Sommige systemen
genereren een graded respons over een range van signaalconcentraties. Andere systemen zorgen
alleen voor een respons wanneer de signaalconcentratie boven een bepaald punt is. Daar zijn twee
types van; bij de sigmoïdale respons hebben lage concentraties weinig effect, maar de respons neemt
scherp toe boven een bepaalde concentratie. Dit werkt als filter voor lage concentraties. Een ander
respons is het discontinue of alles-of-niets respons, waarbij de respons aangaat boven een
drempelwaarde.
Een sigmoïdale respons kan ontstaan wanneer meer dan één intracellulair signaalmolecuul moet
binden, of wanneer fosforylering op meerdere plekken nodig is. Daarnaast kan een intracellulair
signaalmolecuul ook een enzym activeren en een ander enzym inhiberen die de omgekeerde reactie
katalyseert.
Feedback loops zijn ook van belang bij signaaltransductie. Een positieve feedback loop kan leiden tot
een sigmoïdale curve, of voor een alles-of-niets respons. Wanneer het hoge level van activatie wordt
bereikt, is het vaak zelf-behoudend. Het systeem wordt dan bistable genoemd; het is ofwel uit ofwel
2
, aan. Een lang vertraagde negatieve feedback kan zorgen voor een respons dat schommelt. Kort
vertraagde negatieve feedback werkt als een verandering detector; een sterke respons op een
stimulus, die snel afneemt terwijl de stimulus blijft. Bij adaptatie of desensitization doet een
verlengde blootstelling aan een stimulus de respons van de cel afnemen. Hierdoor kan een cel
reageren op veranderingen in de concentratie van een stimulus, i.p.v. op de stimulus zelf. Dit werkt
door negatieve feedback.
Dit kan gebeuren door
inactivatie van de
receptoren zelf, waarbij
binding van een
signaalmolecuul zorgt voor
endocytose van de
receptor. Wanneer de
receptor wordt afgebroken
is sprake van receptor down-regulation. Receptoren kunnen ook geïnactiveerd worden, of
veranderingen downstream van de receptor.
G-protein-coupled receptors (GPCRs) zijn de grootste familie van
celoppervlak receptoren. Ze bestaan uit een enkele lipide keten die
het membraan 7x oversteekt. Ze activeren trimeric GTP-binding
protein (G protein), die de receptor koppelt aan enzymen of ion
kanalen. Ze bestaan uit een α, β en γ subunit. In de
ongestimuleerde staat heeft de α-subunit GDP gebonden. GEF
zorgt voor uitwisseling voor GTP, wat zorgt voor een
conformatieverandering in de Gα-subunit en het G-eiwit van de
receptor loslaat en dissociatie van de Gα-subunit van het Gβγ-paar
plaatsvindt. GTPase activiteit wordt vergroot wanneer de α-subunit
bindt aan een target eiwit of een regulator of G protein signaling
(RGS), die als GAP werkt.
Cyclic AMP (cAMP) is een second messenger. Het wordt gemaakt
van ATP door adenylyl cyclase en vernietigd door cyclic AMP
phosphodiesterase. Signalen activeren GPCRs die gekoppeld zijn aan een stimulatory G protein (Gs),
waarna de α-subunit adenylyl cyclase activeert. Inhibitory G protein (Gi) inhibeert adenylyl cyclase.
cAMP activeert cyclic-AMP-dependent protein kinase (PKA), een serine/threonine kinase. In de
inactieve staat bestaat het uit twee katalytische en twee regulator subunits. Binding van cAMP aan de
regulator subunits zorgt voor dissociatie, waarna de nu actieve katalytische subunits kunnen
fosforyleren. De regulator subunits zijn van belang voor het lokaliseren van de kinase in de cel:
speciale A-kinase anchoring proteins (AKAPs) binden aan de subunits en componenten van het
cytoskelet of een membraan van een organel. In cellen die het hormoon somastostatine afgeven,
activeert cAMP het gen voor dit hormoon. Het gen bevat en cyclic AMP-response element (CRE) en de
transcriptieregulator CRE-binding (CREB) protein herkent deze sequentie. Wanneer PKA geactiveerd
is, fosforyleert het CREB, welke vervolgens CREB-binding protein (CBP) aantrekt die de transcriptie
stimuleert.
Vaak activeren G-eiwitten het plasmamembraan-gebonden enzym phospholipase C-β (PLCβ), welke
op de fosfoinositide phosphatidylinositol 4,5-biphosphate [PI(4,5)P2] werkt die aanwezig is in de
binnenlaag van het plasmamembraan. Receptoren die deze inositol phospholipid signaling pathway
activeren doen dat met G-eiwitten genaamd Gq. De geactiveerde fosfolipase knipt [PI(4,5)P 2] om twee
3
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller sanneerkamp. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $6.43. You're not tied to anything after your purchase.
