BMW- Cellen jaar 1: HC20-27
HC 20-21
- Signaaltransductie: proces van conversie van signalen. Voorbeeld: transmembrane
receptoren detecteren een signaal aan de buitenkant van de cel en geven dit bericht in een
nieuwe vorm door naar de binnenkant van de cel.
- Signal-mediated cel naar cel communicatie: extracellulaire signaalmoleculen nodig (16-3):
o Endocrine cellen: produceren hormonen: worden in de bloedbaan gesecreteerd en
worden zo door het hele lichaam verspreid. Grote afstand overbruggen: grote
affiniteit voor receptor
o Paracrine signaalsysteem: door cellen in de extracellulaire vloeistof vrijgelaten:
werkt lokaal
o Neurale signaalsysteem: neurotransmitter in de synaps vrijgelaten: elektrische
signaal doorgeven.
o Contact-afhankelijk: cell-surface bound signal molecule bindt aan receptormolecuul
op aangrenzende cel. Hierbij dus geen gesecreteerd signaalmolecuul nodig.
Interactie tussen ligand en receptor ligt aan affiniteit. Ligt aan concentratie:
Heeft met dissociatieconstante te maken: A: hoge affiniteit: K d= laag.
Kd is de concentratie waarbij 50% van de receptoren bezet is. Bij een
hoge affiniteit loopt de grafiek steiler (concentratie ligand op x-as en
aantal receptoren op y-as).
- Hetzelfde signaalmolecuul kan voor een verschillende reactie zorgen op andere target cellen
(16-5)
o Verschillende receptoren en/of de route na de receptor is anders
- Cel heeft verschillende signalen nodig om te overleven, groeien en delen en differentiëren.
Als de survival factors ontbreken gaat de cel dood. (16-6)
o De cel reageert op extracellulaire signaalmoleculen die door een andere cel zijn
geproduceerd.
- De snelheid waarmee op een extracellulair signaal wordt gereageerd ligt aan de reactie die
plaats moet vinden, ofwel het aantal stappen na de receptor (16-7)
o Snel: veranderingen in celbeweging, secretie, metabolisme enz.
o Langzaam: veranderingen in genexpressie of de synthese van nieuwe eiwitten.
- Extracellulaire signaalmoleculen vallen grofweg in twee categorieën (16-8):
o Te grote, hydrofiele moleculen: komen op receptoren op het celoppervlak
o Kleine hydrofobe moleculen: kunnen door het membraan diffunderen en vervolgens
aan een intracellulaire receptor binden (die genexpressie reguleren) of gelijk
intracellulaire enzymen activeren.
Steroïdhormonen: binden aan nucleaire receptoren: werken als
transcriptieregulatoren in de kern bij binding van een hormoon (16-10)
Een hormoon kan per type target cel verschillende genen reguleren
waardoor er een verschillende respons ontstaat.
Stikstofmono-oxide (NO) is een gas en kan ook door het membraan
diffunderen. Heeft alleen lokaal effect: reageert snel met water en zuurstof
buiten de cellen.
Door binding van acetylcholine op een receptor wordt NO-synthese
(NOS) gestimuleerd (gemaakt uit arginine) en secretie. NO door
membraan diffunderen naar gladde spiercellen. Hij kan bijvoorbeeld
, guanylyl cyclase activeren. Dit katalyseert de productie van cyclisch
GMP uit GTP. Hierdoor ontspannen de gladde spiercellen: bloeddruk
daalt. (16-11)
- Bericht gaat van het ene naar het andere intracellulaire signaling molecuul totdat een
metabolisch enzym wordt geactiveerd, het cytoskelet in een nieuwe conformatie komt of als
een gen is in- of uitgeschakeld. Deze componenten van de intracellulaire signaling weg
hebben een of meerdere functies (16-12,13,14):
o Relay: signaal doorgeven, door de cel verspreiden
o Amplify: signaal versterken
o Integreren: signalen van meerde intracellulaire signaling pathways detecteren en
deze ‘opnemen’ voordat het signaal wordt doorgegeven
o Distribute: signaal naar meerdere effector eiwitten doorgeven: vertakkingen in the
information flow diagram maken: complexe respons oproepen
Deze stappen worden o.a. gereguleerd door feedback regulatie
- Veel van de intracellulaire signaling eiwitten werken als moleculaire schakelaars (16-15).
Deze eiwitten kunnen op twee verschillende manieren geactiveerd worden:
o Eiwit fosforylatie: protein kinase zet er een fosfaatgroep op, protein phosphatase
haalt de fosfaatgroep er weer af. Balans tussen deze kinases en fosfatases bepaalt
de activiteit van het eiwit.
Bij de intracellulaire signaling pathway zijn met name serine-threonine
kinases en tyrosine kinases aanwezig. Deze fosforyleren eiwitten op het
desbetreffende aminozuur
o GTP-binding proteins: GTP-binding protein wordt geactiveerd als hij zijn gebonden
GDP voor GTP uitwisselt. Het eiwit zet zichzelf uit door hydrolyse van zijn gebonden
GTP waardoor GDP weer ontstaat.
Twee verschillende soorten GTP-binding proteins (16-16):
Trimere GTP-binding proteins: geven berichten van G-eiwit
gekoppelde receptoren door.
Monomere GTPases: geven signalen van kleine celoppervlak
receptoren door. Ze bestaan uit twee regulerende eiwitten:
o Guanine nucleotide exchange factors (GEFs): activeren de
schakelaar eiwitten door de wisseling van GDP voor GTP te
promoten.
o GTPase-activating proteins (GAPs): zetten ze uit door GTP-
hydrolyse te promoten.
- Drie verschillende soorten celoppervlak receptoren: verschillen in het
transductiemechanisme (16-17):
o Ionkanaal gekoppelde receptoren: veranderen permeabiliteit van het membraan
voor bepaalde ionen waardoor de membraanpotentiaal kan veranderen en er een
elektrisch signaal kan ontstaan (zie eerdere aantekeningen)
o G-eiwit gekoppeld receptoren (GPCRs): activeert membraangebonden trimere GTP-
binding proteins (G-eiwitten). Deze activeren of remmen vervolgens een enzym of
ionkanaal in het plasmamembraan waardoor er een intracellulaire signaling cascade
ontstaat.
o Enzym gekoppelde receptoren:
Signaalmolecuul in de vorm van een dimer: bij binding met receptor wordt
een enzymatische activiteit in de cel geactiveerd.
, Ander signaalmolecuul: bij binding met receptor wordt er een ander enzym
die gebonden is aan de receptor geactiveerd.
- GPCRs: meest voorkomende receptor op het celoppervlak.
o Alle GPCRs zelfde structuur: de polypeptideketen gaat zeven keer door het
membraan in de vorm van α-helices. Het cytoplasmatische deel van de receptor
bindt aan een G-eiwit in de cel. (16-18)
o Bij binding van een extracellulair signaalmolecuul aan de receptor vindt er een
conformatieverandering plaats. Hierdoor vindt er ook een conformatieverandering
van het G-eiwit plaats. (16-19)
G-eiwit bestaat altijd uit drie subunits: α, β, en γ.
α-subunit heeft in ongestimuleerde staat GDP gebonden. Bij
activatie wordt de affiniteit voor GDP verlaagd en wordt hij
omgewisseld voor GTP. Hierdoor komt soms de α-subunit los van
het βγ-complex. Beide delen zijn geactiveerd. Nu kunnen ze met
targetproteins interacten.
o α en γ-subunit hebben een covalent bevestigde vetmolecuul
in het plasmamembraan.
o α-subunit hydroliseert zijn gebonden GTP binnen een paar seconden weer waardoor
er GDP ontstaat. Hierdoor inactivatie van α-subunit waardoor die weer van zijn
targeteiwitten dissocieert. Als de α-subunit eerder van het βγ-complex is gescheiden
komt dit weer bij elkaar waardoor er een inactief G-eiwit wordt gevormd. (16-20)
- G-eiwitten kunnen ook ion-kanalen reguleren.
o Acetylcholine kan aan zijn GPCR op de hartcellen binden. G-eiwit, G i wordt
geactiveerd. Het geactiveerde βγ-complex opent K+ kanalen waardoor het
membraan moeilijker is om te activeren en de hartslag omlaaggaat. Inactivatie op
dezelfde manier als eerder beschreven. (16-21)
- Interacties met enzymen hebben pas later gevolgen dan interacties met ionkanalen omdat
ze leiden tot extra intracellulaire signaling moleculen.
o Elk geactiveerd enzym produceert meerdere second messengers waardoor het
signaal wordt versterkt. Second messengers binden aan specifieke signaling eiwitten
in de cel en beïnvloeden hun activiteit.
- De meest frequente target-eiwitten voor G-eiwitten zijn adenyl cyclase en fosfolipase C
o Adenyl cyclase produceert het kleine intracellulaire signaling molecuul cyclisch AMP
o Fosfolipase C maakt de kleine intracellulaire signaling moleculen inositol trifosfaat
en diacylglycerol
Inositol trifosfaat promoot op zijn beurt weer de ophoping van Ca 2+ in het
cytosol.
- Adenyl cyclase zorgt voor de synthese van cyclisch AMP uit ATP. Omdat het G-eiwit een
cyclase stimuleert heet hij ook wel GS. (16-25,26 specifiek voor glycogeen en
gentranscriptie!)
o cAMP activeert cyclic-AMP-dependant protein kinase (PKA). Dit enzym wordt
normaalgesproken inactief gehouden door een complex van regulatoreiwitten. Door
de binding van cAMP komt er een conformatieverandering waardoor de inhibitie
opgeheven wordt en PKA loskomt. PKA katalyseert vervolgens de fosforylatie van
met name serines of threonines op specifieke intracellulaire eiwitten.
Signaal weer beëindigen door cAMP fosfodiesterase: cAMP naar AMP
omgezet.
HC 20-21
- Signaaltransductie: proces van conversie van signalen. Voorbeeld: transmembrane
receptoren detecteren een signaal aan de buitenkant van de cel en geven dit bericht in een
nieuwe vorm door naar de binnenkant van de cel.
- Signal-mediated cel naar cel communicatie: extracellulaire signaalmoleculen nodig (16-3):
o Endocrine cellen: produceren hormonen: worden in de bloedbaan gesecreteerd en
worden zo door het hele lichaam verspreid. Grote afstand overbruggen: grote
affiniteit voor receptor
o Paracrine signaalsysteem: door cellen in de extracellulaire vloeistof vrijgelaten:
werkt lokaal
o Neurale signaalsysteem: neurotransmitter in de synaps vrijgelaten: elektrische
signaal doorgeven.
o Contact-afhankelijk: cell-surface bound signal molecule bindt aan receptormolecuul
op aangrenzende cel. Hierbij dus geen gesecreteerd signaalmolecuul nodig.
Interactie tussen ligand en receptor ligt aan affiniteit. Ligt aan concentratie:
Heeft met dissociatieconstante te maken: A: hoge affiniteit: K d= laag.
Kd is de concentratie waarbij 50% van de receptoren bezet is. Bij een
hoge affiniteit loopt de grafiek steiler (concentratie ligand op x-as en
aantal receptoren op y-as).
- Hetzelfde signaalmolecuul kan voor een verschillende reactie zorgen op andere target cellen
(16-5)
o Verschillende receptoren en/of de route na de receptor is anders
- Cel heeft verschillende signalen nodig om te overleven, groeien en delen en differentiëren.
Als de survival factors ontbreken gaat de cel dood. (16-6)
o De cel reageert op extracellulaire signaalmoleculen die door een andere cel zijn
geproduceerd.
- De snelheid waarmee op een extracellulair signaal wordt gereageerd ligt aan de reactie die
plaats moet vinden, ofwel het aantal stappen na de receptor (16-7)
o Snel: veranderingen in celbeweging, secretie, metabolisme enz.
o Langzaam: veranderingen in genexpressie of de synthese van nieuwe eiwitten.
- Extracellulaire signaalmoleculen vallen grofweg in twee categorieën (16-8):
o Te grote, hydrofiele moleculen: komen op receptoren op het celoppervlak
o Kleine hydrofobe moleculen: kunnen door het membraan diffunderen en vervolgens
aan een intracellulaire receptor binden (die genexpressie reguleren) of gelijk
intracellulaire enzymen activeren.
Steroïdhormonen: binden aan nucleaire receptoren: werken als
transcriptieregulatoren in de kern bij binding van een hormoon (16-10)
Een hormoon kan per type target cel verschillende genen reguleren
waardoor er een verschillende respons ontstaat.
Stikstofmono-oxide (NO) is een gas en kan ook door het membraan
diffunderen. Heeft alleen lokaal effect: reageert snel met water en zuurstof
buiten de cellen.
Door binding van acetylcholine op een receptor wordt NO-synthese
(NOS) gestimuleerd (gemaakt uit arginine) en secretie. NO door
membraan diffunderen naar gladde spiercellen. Hij kan bijvoorbeeld
, guanylyl cyclase activeren. Dit katalyseert de productie van cyclisch
GMP uit GTP. Hierdoor ontspannen de gladde spiercellen: bloeddruk
daalt. (16-11)
- Bericht gaat van het ene naar het andere intracellulaire signaling molecuul totdat een
metabolisch enzym wordt geactiveerd, het cytoskelet in een nieuwe conformatie komt of als
een gen is in- of uitgeschakeld. Deze componenten van de intracellulaire signaling weg
hebben een of meerdere functies (16-12,13,14):
o Relay: signaal doorgeven, door de cel verspreiden
o Amplify: signaal versterken
o Integreren: signalen van meerde intracellulaire signaling pathways detecteren en
deze ‘opnemen’ voordat het signaal wordt doorgegeven
o Distribute: signaal naar meerdere effector eiwitten doorgeven: vertakkingen in the
information flow diagram maken: complexe respons oproepen
Deze stappen worden o.a. gereguleerd door feedback regulatie
- Veel van de intracellulaire signaling eiwitten werken als moleculaire schakelaars (16-15).
Deze eiwitten kunnen op twee verschillende manieren geactiveerd worden:
o Eiwit fosforylatie: protein kinase zet er een fosfaatgroep op, protein phosphatase
haalt de fosfaatgroep er weer af. Balans tussen deze kinases en fosfatases bepaalt
de activiteit van het eiwit.
Bij de intracellulaire signaling pathway zijn met name serine-threonine
kinases en tyrosine kinases aanwezig. Deze fosforyleren eiwitten op het
desbetreffende aminozuur
o GTP-binding proteins: GTP-binding protein wordt geactiveerd als hij zijn gebonden
GDP voor GTP uitwisselt. Het eiwit zet zichzelf uit door hydrolyse van zijn gebonden
GTP waardoor GDP weer ontstaat.
Twee verschillende soorten GTP-binding proteins (16-16):
Trimere GTP-binding proteins: geven berichten van G-eiwit
gekoppelde receptoren door.
Monomere GTPases: geven signalen van kleine celoppervlak
receptoren door. Ze bestaan uit twee regulerende eiwitten:
o Guanine nucleotide exchange factors (GEFs): activeren de
schakelaar eiwitten door de wisseling van GDP voor GTP te
promoten.
o GTPase-activating proteins (GAPs): zetten ze uit door GTP-
hydrolyse te promoten.
- Drie verschillende soorten celoppervlak receptoren: verschillen in het
transductiemechanisme (16-17):
o Ionkanaal gekoppelde receptoren: veranderen permeabiliteit van het membraan
voor bepaalde ionen waardoor de membraanpotentiaal kan veranderen en er een
elektrisch signaal kan ontstaan (zie eerdere aantekeningen)
o G-eiwit gekoppeld receptoren (GPCRs): activeert membraangebonden trimere GTP-
binding proteins (G-eiwitten). Deze activeren of remmen vervolgens een enzym of
ionkanaal in het plasmamembraan waardoor er een intracellulaire signaling cascade
ontstaat.
o Enzym gekoppelde receptoren:
Signaalmolecuul in de vorm van een dimer: bij binding met receptor wordt
een enzymatische activiteit in de cel geactiveerd.
, Ander signaalmolecuul: bij binding met receptor wordt er een ander enzym
die gebonden is aan de receptor geactiveerd.
- GPCRs: meest voorkomende receptor op het celoppervlak.
o Alle GPCRs zelfde structuur: de polypeptideketen gaat zeven keer door het
membraan in de vorm van α-helices. Het cytoplasmatische deel van de receptor
bindt aan een G-eiwit in de cel. (16-18)
o Bij binding van een extracellulair signaalmolecuul aan de receptor vindt er een
conformatieverandering plaats. Hierdoor vindt er ook een conformatieverandering
van het G-eiwit plaats. (16-19)
G-eiwit bestaat altijd uit drie subunits: α, β, en γ.
α-subunit heeft in ongestimuleerde staat GDP gebonden. Bij
activatie wordt de affiniteit voor GDP verlaagd en wordt hij
omgewisseld voor GTP. Hierdoor komt soms de α-subunit los van
het βγ-complex. Beide delen zijn geactiveerd. Nu kunnen ze met
targetproteins interacten.
o α en γ-subunit hebben een covalent bevestigde vetmolecuul
in het plasmamembraan.
o α-subunit hydroliseert zijn gebonden GTP binnen een paar seconden weer waardoor
er GDP ontstaat. Hierdoor inactivatie van α-subunit waardoor die weer van zijn
targeteiwitten dissocieert. Als de α-subunit eerder van het βγ-complex is gescheiden
komt dit weer bij elkaar waardoor er een inactief G-eiwit wordt gevormd. (16-20)
- G-eiwitten kunnen ook ion-kanalen reguleren.
o Acetylcholine kan aan zijn GPCR op de hartcellen binden. G-eiwit, G i wordt
geactiveerd. Het geactiveerde βγ-complex opent K+ kanalen waardoor het
membraan moeilijker is om te activeren en de hartslag omlaaggaat. Inactivatie op
dezelfde manier als eerder beschreven. (16-21)
- Interacties met enzymen hebben pas later gevolgen dan interacties met ionkanalen omdat
ze leiden tot extra intracellulaire signaling moleculen.
o Elk geactiveerd enzym produceert meerdere second messengers waardoor het
signaal wordt versterkt. Second messengers binden aan specifieke signaling eiwitten
in de cel en beïnvloeden hun activiteit.
- De meest frequente target-eiwitten voor G-eiwitten zijn adenyl cyclase en fosfolipase C
o Adenyl cyclase produceert het kleine intracellulaire signaling molecuul cyclisch AMP
o Fosfolipase C maakt de kleine intracellulaire signaling moleculen inositol trifosfaat
en diacylglycerol
Inositol trifosfaat promoot op zijn beurt weer de ophoping van Ca 2+ in het
cytosol.
- Adenyl cyclase zorgt voor de synthese van cyclisch AMP uit ATP. Omdat het G-eiwit een
cyclase stimuleert heet hij ook wel GS. (16-25,26 specifiek voor glycogeen en
gentranscriptie!)
o cAMP activeert cyclic-AMP-dependant protein kinase (PKA). Dit enzym wordt
normaalgesproken inactief gehouden door een complex van regulatoreiwitten. Door
de binding van cAMP komt er een conformatieverandering waardoor de inhibitie
opgeheven wordt en PKA loskomt. PKA katalyseert vervolgens de fosforylatie van
met name serines of threonines op specifieke intracellulaire eiwitten.
Signaal weer beëindigen door cAMP fosfodiesterase: cAMP naar AMP
omgezet.
