Signalübertragungen zwischen Zellen

Einleitung

Zellen besitzen ein ausgefeiltes System von Proteinen, um auf Signale von außen reagieren zu können:
1. GTP-bindende Proteine (wichtige Klasse von Transmembranrezeptoren s. Abb. 1, links),
2. Rezeptoren mit enzymatischer Wirkung, z.B. Tyrosinkinasen (s. Abb.1 Mitte, Transmembranproteine, die außen das Signalmolekül binden und innen eine enzymatische Reaktion auslösen),
3. intrazelluläre Rezeptorproteine (das Signal diffundiert durch die Zellmembran und verbindet sich mit dem Rezeptor, s. Abb.1, rechts).
Im Inneren der Zelle wird die Wirkung meist durch folgende Prozesse (s. Abb.1, unterer Teil) ausgeübt:
1. Proteinkinasen (phosphorylieren andere Proteine und aktivieren oder hemmen dadurch ihre Aktivität)
2. Proteinphosphatasen (spalten von anderen Proteinen Phosphatgruppen ab und haben entspechende Wirkungen).

Abb.1 Signaltransduktion

Links: Ein G-Proteinabhängiger Rezeptor wird durch ein Signal aktiviert. Dadurch wird ein second messenger aktiviert (Ca2+ oder cAMP). Dieser aktiviert seinerseits Kinasen. Deren Aktivierung führt zur Expression ganz bestimmter Gene.

Mitte: Durch ein äußeres Signal dimerisiert der Tyrosinkinaserezeptor. Im Inneren phosphoryliert er bestimmte Kinasen. Diese aktivieren dann ganz bestimmte Transkriptionsfaktoren, die bestimmte Gene exprimieren.

Rechts: Ein Steroidhormon diffundiert durch die Zellmembran. Im Inneren der Zelle verbindet es sich mit einem Rezeptor. Dieser Komplex kann nun in den Kern diffundieren und dort die Expression bestimmter Gene auslösen.
(Abb. von Biotutor, s. Quellen)

Schon Einzeller besitzen Verständigungsmöglichkeiten, Hefe schleust z.B. einen Paarungsfaktor (ein Peptid) aus, der dem entgegengesetzten Paarungstyp Paarungsbereitschaft signalisiert, der stellt daraufhin sein Wachstum ein und bereitet eine Konjugation vor. Eukaryotische Zellen besitzen hunderte verschiedener Signalstoffe, dazu zählen: Proteine, Peptide, Aminosäuren, Nukleotide, Steroide, Retinoide, Fettsäurederivate, Stickstoffmonoxid, Kohlenstoffmonoxid.
Es gibt drei verschiedene Wege über die die Signalisierung erfolgen kann:
Durch Exocytose wird das Signal in die Blutbahn gebracht und von diesem im Körper verteilt (z.B. Insulin), durch Diffusion verteilt sich der Signalstoff in der Umgebung (z.B. Testosteron) oder durch Verankerung der signalisierenden Zelle auf der Membranoberfläche der zu erreichenden Zelle (z.B. Killerzellen, bei vielen Entwicklungsvorgängen).
Die Empfängerzelle besitzt immer einen Rezeptor, der meistens ein Transmembranprotein ist. Kontakt:abhängige Signalprozesse spielen hauptsächlich bei Entwicklungsprozessen und bei immunologischen Reaktionen eine Rolle.
Sezernierte Moleküle vermitteln drei Formen der Signalübertragung: parakrin (Zielzellen sind benachbarte Zellen), synaptisch (bei Erregungsübertragung zwischen Nervenzellen) und endokrin (Abgabe des Signalstoffes ins Blut).
Verschiedene Zellen können auf das gleiche Signal unterschiedlich reagieren, z.B. stimuliert Acetylcholin Skelettmuskelzellen, hemmt dagegen das Ausmaß und die Häufigkeit der Herzkontraktionen, hier unterscheiden sich die Rezeptoren, was durchaus nicht immer der Fall sein muss.
Fast alle Signalmoleküle sind hydrophil, weil sie ja im Blut oder jedenfalls im wässrigen Medium transportiert werden müssen, ein bemerkenswertes Beispiel für ein hydrophobes Signal ist NO (gasförmiges Stickstoffmonoxid), das von Endothelzellen sezerniert wird und der Entspannung der glatten Muskulatur dient, daher wird die Wirkung von Nitroglycerin verständlich, das diesen Effekt hat.
Weitere hydrophobe Signalmoleküle sind Steroid-, Thyreoidhormone, Retinoide und Vitamin D. Alle diffundieren durch Membranen, binden im Cytosol an einen Rezeptor und schalten die Transcription bestimmter Gene ein (s. Abb.1), alle werden aus Cholesterol hergestellt, alle sind schlecht löslich, daher werden alle an Transportproteine im Blut gebunden (ein kleiner Teil ist im Blut gelöst) und verbleiben Stunden bis Tage im Blut. Ihre Rezeptoren sind miteinander verwandt und bilden die Großfamilie der intrazellulären Rezeptoren.
Steroidhormone sind Cortisol, Sexualhormone, Vitamin D, Ecdyson. Sie werden alle aus Colesterol gebildet.
Dass die Hormone charakteristische Reaktionen hervorrufen liegt an zweierlei:
1. nur bestimmte Zelltypen verfügen über die Rezeptoren, an die die Hormone binden und
2. jeder Zelltyp kombiniert die Rezeptoren mit zelltypspezifischen anderen Regulatorproteinen, die zusätzlich an die DNA gebunden werden und zur Expression bestimmter Gene gebraucht werden.
Die hydrophilen Signalmoleküle werden meist rasch wieder entfernt, während die hydrophoben Signalmoleküle Stunden oder Tage im Blut verbleiben können.
Es gibt drei Klassen von Zellmembranrezeptoren:
1. Ionenkanalgekoppelte Rezeptoren oder Transmitterabhängige Ionenkanäle. Diese sollen hier nicht besprochen werden.
2. G-Protein gekoppelte Rezeptoren, die wir im Zusammenhang mit der Reaktion der Leber auf Glucagon bei einer verminderten Blutglucosekonzentration besprechen werden und
3. katalytische Rezeptoren, eine sehr heterogene Familie, die wir im Zusammenhang mit der Reaktion von Muskel-, Fett- und Leberzellen auf Insulin besprechen werden.

Signalübertragung durch Transmembranrezeptoren

Bei dieser Art der Signaltransduktion wird eine Information über die Zellmembran hinweg übertragen. Durch ein äußeres Signal (primärer messenger), der an einen Rezeptor außen auf der Zellmembran gebunden wird, wird im Inneren der Zelle eine Reaktion ausgelöst. Der Rezeptor besteht aus drei Teilen (s. Abb.2), einem äußeren, der den Liganden (primären messenger) bindet, einem Teil der in der Membran liegt (verankert ihn dort) und einem intrazellulären Teil, der eine Wirkung entfalten kann. Die Reaktion, die der Rezeptor auslöst, kann in folgenden Prozessen bestehen:
1. eine Genexpression wird in Gang gesetzt,
2. die Aktivität eines intrazellulären Enzyms wird verändert,
3. das Cytoskelett der Zelle wird umorganisiert,
4. die Permeabilität der Membran für irgendeinen Stoff wird verändert,
5. es wird eine Mitose eingeleitet,
6. der Zelle wird der Selbstmord befohlen,
7. die Translation einer bereits vorhandenen mRNA wird in Gang gesetzt.
Innerhalb der Zelle läuft die Information über sog. Signaltransduktionswege. Sie bestehen hauptsächlich aus Proteinkinasen und Proteinphosphatasen, die die Konformation anderer Proteine (Enzyme) durch deren Phosphorylierung oder Dephosphorylierung verändern und damit deren Aktivität ändern. Dabei kann eine Phosphorylierung sowohl zu einer Aktivierung als auch zu einer Hemmung führen.

Abb.2 Bau eines Transmembranrezeptors

Der äußere Teil des Proteins ragt in den Extrazellulärraum. Er hat die Aufgabe, das Signalmolekül zu binden.

Der mittlere Teil des Proteins verankert den Rezeptor in der Zellmembran. Bei vielen dieser Rezeptoren durchspannt das Protein die Membran 7-mal. Die Abb. zeigt ein Beispiel eines solchen Rezeptors.

Der innere Teil des Rezeptors ragt in das Cytosol der Zelle und kann dort eine Reaktion auslösen, wenn ein Signalmolekül an den äußeren Teil bindet.

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

Eine wichtige Klasse von Rezeptoren sind die G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, die einen second messenger (2. Botenstoff im Inneren der Zelle) in der Zelle aktivieren. Eine grobe Übersicht über die Wirkungsweise dieser Rezeptoren gibt Abb.3:

Abb. 3


Schema wie G-Proteinrezeptoren ihre Wirkung entfalten.

Links: Das G-Protein aktiviert die Adenylylcyclase. Das entstandene cAMP (second messenger) aktiviert das Zielprotein.

Rechts: Das G-Protein aktiviert ein Enzym, das seinerseits die Öffnung von Ionenkanälen für Ca2+(second messenger) bewirkt. Das freigesetzte Ca2+ aktiviert das Zielprotein.

Eine etwas genauere Beschreibung, wie die Aktivierung ganz bestimmter Gene über G-Proteinabhängige Rezeptoren vorgenommen wird, wird in Abb. 4 gegeben:

Abb. 4


Signaltransduktion über ein G-Protein

1-2-3: Die Reaktion besteht darin, dass der Rezeptor nach der Aktivierung (2) durch das Signalmolekül ein heterotrimeres (aus drei verschiedenen Teilen aufgebautes) G-Protein bindet (3) und aktiviert. Das G-Protein besteht aus drei verschiedenen Untereinheiten (a,b,g). Die drei Untereinheiten sind miteinander verbunden und an die a-Untereinheit ist ein GDP gebunden. In diesem Zustand ist das G-Protein inaktiv.

3-4-5: Wird das G-Protein vom G-Protein-Rezeptor gebunden (3), so wird das GDP am G-Protein durch ein GTP ersetzt (4), die a-Untereinheit wird abgespalten und kann nun an die Adenylylcyclase binden und diese aktivieren (5). Letztere ist auch in der Zellmembran verankert. Die Adenylylcyclase stellt cAMP aus ATP her.

6: Durch Abspaltung eines Phosphatrestes vom GTP wird das ursprüngliche G-Protein wieder hergestellt. Damit ist der Vorgang beendet.

Die Reaktion spielt sich dann in folgenden Schritten ab (s. dazu auch Abb. 4):
1. der G-Protein-Rezeptor wird durch Bindung des Liganden aktiviert,
2. der Rezeptor bindet auf der Innenseite das G-Protein, das an der Innenseite der Membran gebunden ist,
3. durch die Bindung an den Rezeptor wird im G-Protein GDP durch GTP ersetzt,
4. dadurch dissoziert die a-Untereinheit ab und aktiviert den Effektor, in unserem Falle die Adenylylcyclase, die sich ebenfalls in der Membran befindet,
5. diese bildet aus ATP cAMP,
6. durch selbstständige Dephosphorylierung wird die a-Untereinheit wieder deaktiviert, verbindet sich wieder mit den anderen beiden
Untereinheiten zum inaktiven G-Protein,
7. Das cAMP ist secundärer messenger und aktiviert ein Zielprotein in der Zelle.
Die Antworten auf G-Protein-Rezeptoren können in mannigfaltiger Weise abgestuft werden. So gibt es für verschiedene Liganden mehrere Isoformen des Rezeptors, die unterschiedliche Affinitäten zu ihm aufweisen. Ebenso kann die Affinität im Inneren zum G-Protein variieren, die G-Protein-Untereinheiten selbst können ebenfalls variieren.

Regelung des Glucosehaushaltes

Seit hundert Jahren versucht man den Glucosehaushalt zu klären, weil Glucose der wichtigste Stoff im Energiehaushalt ist. Die ersten Experimente dazu wurden von Minkowski im letzten Jahrhundert durchgeführt (s. Protokoll Minkowski). Seine Experimente führten dazu, dass man herausfand, dass die Bauchspeicheldrüse einen Stoff in das Blut abgibt, der für die Regulation des Blutzuckerspiegels notwendig ist. Es ist Insulin, wie wir heute wissen. Ein Protokoll zur Entwicklung von Modellen, wie eine erhöhte Glucosekonzentration ihre Wirkung entfalten könnte, können sie auch nachlesen (Protokoll Glucose-Wirkung).
Es sollen folgende Prozesse besprochen werden:
1. Eine erhöhte Glucosekonzentration im Blut löst in der Bauchspeicheldrüse die Ausschüttung von Insulin aus.
2. Leber-, Fett- und Muskelgewebe besitzen Rezeptoren, an die Insulin bindet. Über den RTK-Weg (Rezeptor-Tyrosin-Kinase-Weg) wird der Einbau zusätzlicher Glucosetransporter in die Zellmembran ausgelöst.
3. Glucagon ist der Gegenspieler von Insulin. Die Leber besitzt Rezeptoren für Glucagon. Es löst an diesen Rezeptoren über G-Protein-Rezeptoren die Freisetzung von Glucose, den Abbau von Glycogen und die Neusynthese von Glucose aus.
4. Adrenalin hat auf die Leber einen ähnlichen Einfluss. Es wird in Situationen ausgeschüttet, in denen dem Körper zusätzliche Leistungen abverlangt werden (bei Angst- und Fluchtreaktionen z.B.).

1. Die Wirkungen einer erhöhten Glucosekonzentration im Blut

Wie oben schon erwähnt führt eine erhöhte Glucosekonzentration im Blut dazu, dass sich eine solche auch in b-Zellen einstellt. Der Abbau dieser Glucose führt zu einer erhöhten ATP-Konzentration in der b-Zelle. Das hat die Wirkung, dass der Ausstrom von K+
gehemmt wird. Als Folge davon depolarisiert die Zelle. Die Depolarisation löst einen Ca2+-Einstrom aus. Das führt zur Verschmelzung der Vesikel, in denen Insulin gespeichert ist, mit der Zellmembran. Das Insulin wir auf diese Weise ins Blut abgegeben (s. Abb. 5).

Abb. 5 Wirkungen von Glucose in b-Zellen.

Glucose wird über einen passiven Carrier aufgenommen (oben links). Es wird zu Glucose-6-ph phosphoryliert. Dann wird dieses weiter auf dem üblichen Weg abgebaut. Dadurch erhöht sich die ATP-Konzentration in der Zelle. Das hat die Wirkung, dass der Ausstrom von K+ gehemmt wird. Als Folge davon depolarisiert die Zelle, Ca2+ strömt ein und führt zur Verschmelzung der Vesikel, in denen Insulin gespeichert ist, mit der Zellmembran.
Auch die Synthese von Insulin wird in Gang gesetzt, was hier nicht weiter besprochen werden soll.
(Abb. aus der Dissertation von Chr. Mayer)

2. Der Rezeptor-Tyrosinkinase-Weg und die Wirkung von Insulin

Der Insulin-Rezeptor ist eine Tyrosinkinase. Solche membranständigen Rezeptoren, die gleichzeitig Enzyme sind, kontrollieren das Zellwachstum und die Differenzierung von Zellen.
Die meisten Rezeptor-Tyrosinkinasen sind Monomere, die durch die Bindung ihres Liganden dimerisieren (es verbinden sich zwei von ihnen), dadurch aktiviert werden, was zur Folge hat, dass sich ihre intrazellulären Teile gegenseitig phosphorylieren, wodurch bestimmte andere Proteine aus dem Cytosol gebunden und aktiviert werden.

Abb. 6 Schema eines Tyrosinkinase-Rezeptors

Links: Die Rezeptoren "schwimmen" einzeln in der Membran.
Mitte: Durch die Bindung eines Signalmoleküls dimerisieren sie.
Rechts: Durch die Dimerisation kommt es im Zellinneren zur Autophosphorylierung. Damit ist der Tyrosinkinase-Rezeptor aktiviert.

Der Insulin-Rezeptor ist zwar auch eine Rezeptor-Tyrosinkinase aber er ist ein Tetramer. Er besteht aus zwei a-und zwei b-Einheiten. Die a-Einheiten liegen extrazellulär und binden Insulin. Die b-Einheiten sind an die a-Einheiten gebunden und reichen durch die Membran hindurch. Durch die Bindung von Insulin findet eine gegenseitige Autophosphorylierung der b-Einheiten statt. So sind sie aktiviert und phosphorylieren ihrerseits sog. IRSs, das sind Insulin-Rezeptor-Substrate. Sind diese phosphoryliert so ziehen sie magnetisch andere Proteine an, die eine SH2-Gruppe besitzen. Durch diese Bindung können Enzyme entweder aktiviert oder gehemmt werden, es können auch Proteine in der Zelle an einen anderen Ort befördert werden oder sie können andere Proteine binden. So kann Insulin in verschiedenen Zelltypen (Leber, Muskel, Fett) ganz verschiedene Reaktionen auslösen. Die Information, dass Insulin gebunden wurde, kann auch innerhalb eines Zelltyps mehrere verschiedene Reaktionen auslösen. Z.B. kann die Proteinbiosynthese stimuliert werden, Glucose-Rezeptoren können in der Membran eingelagert werden oder es können Transcriptionen ausgelöst werden. Die Reaktionen sind so kompliziert, dass sie hier nicht im Einzelnen besprochen werden sollen.

Der Rezeptor-Tyrosinkinase-Weg bei anderen zellulären Prozessen: Rezeptor-Tyrosinkinasen regulieren ganz verschiedene Funktionen. Dazu gehören das Zellwachstum, die Proliferation von Zellen, die Differenzierung von Zellen, die Aufnahme von Partikeln durch Endo- oder Phagocytose und die Apoptose. Signale der Rezeptor-Tyrosinkinasen sind EGF, PDGF, FGF, Cytokine, Interferone und Interleukine. Ein Schlüsselprotein im Rezeptor-Tyrosinkinase-Weg ist Ras.
Die Bedeutung von Ras: Das Ras-Gen bzw. -Protein wurde als Oncogen entdeckt. Viele Viren, die Krebs auslösen, besitzen dieses Gen. Später stellte man fest, dass dieses Gen auch im normalen Erbgut des Menschen enthalten ist. Daraus zog man den Schluss, dass es an der Steuerung des Zellwachstums beteiligt sein muss, was sich auch bestätigte. Zellen, die in diesem Gen mutiert waren, entarteten krebsartig.
Ras ist ein kleines monomeres G-Protein, das in der Zellmembran verankert ist und durch eine Rezeptor-Tyrosinkinase aktiviert wird. Ras aktiviert dann das Protein Raf, das wiederum die MAP-Kinase-Kaskade (mitogen aktivierte Proteinkinasen) in Gang setzt. Das letzte Protein dieser Kaskade ist MAPK. Diese Proteinkinase diffundiert dann in den Kern und phosphoryliert ganz bestimmte Transcriptionsfaktoren.
Die MAP-Kinase-Kaskade aktiviert sowohl die Translation als auch die Transcription. Sie ist im Organismenreich universell und kommt schon bei der Hefe vor.

3. Wirkungen von Glucagon

Glucose wird in Form von Glykogen in der Leber und im Muskel gespeichert, dessen Aufbau von Insulin und dessen Abbau durch Glucagon und Adrenalin gesteuert wird. Glucagon und Adrenalin binden an Rezeptoren der Leberzellen, die mit G-Proteinen verbunden sind. Diese Rezeptoren aktivieren über die a-Untereinheit des G-Proteins Adenylylcyclasen (so wie oben dargestellt und Abb. 7), die, wenn sie aktiviert wurden, auf der intrazellulären Seite aus ATP cAMP erzeugen (s. Abb. 3). Das cAMP ist der sekundäre messenger, er aktiviert nun die PKA (Proteinkinase A). Die PKA hat nun leberspezifische Wirkungen indem sie einerseits eine Phosphorylase aktiviert, die Glycogen zu Glucose-1-phosphat abbaut und andererseits eine Glycogensynthetase phosphoryliert, die dadurch gehemmt wird (s. Abb. 7). So wird Glycogen abgebaut und sein Aufbau gleichzeitig gehemmt. Das Glucose-1-phosphat kann zu Glucose dephosphoryliert werden und dann ans Blut abgegeben werden. Durch die Reaktionskaskade wird die Reaktion verstärkt.

Abb. 7  Regelung des Glucose/Glycogen-Haushaltes.

Die PKA wurde von cAMP aktiviert. Sie inaktiviert nun einerseits die Glycogensynthase und andererseits aktiviert sie die Phosphorylasekinase, die ihrerseits die Glycogen-Phosphorylase aktiviert. So entsteht Gucose-1-phosphat, von dem das Phosphat abgespalten werden kann. Die Glucose kann dann ins Blut abgegeben werden.

Ein anderer Aspekt der cAMP-Signaltransduktion ist der, dass ein kleiner Teil der PKA-Moleküle (Proteinkinase A) in den Kern eindringt (nur in Leberzellen), dort CREB (cAMP response element binding Protein) phosphoryliert, was zur Transcription ganz bestimmter Gene führt. Dabei handelt es sich um die Herstellung von Enzymen, die eine Neusynthese von Glucose aus Vorläufermolekülen aufbauen. Diese Reaktion wird dann von Bedeutung, wenn die Reaktion sehr lange andauert.
Irgendwann müssen die Reaktionen natürlich auch umgekehrt werden. Dafür existiert die Phosphatase-1, die alle phosphorylierten Enzyme wieder dephosphoryliert. Damit sie das nicht gleich tut, wird auch sie anfangs durch einen Inhinbitor-1, der ebenfalls von PKA aktiviert wird, gehemmt.

4. Wirkungen von Adrenalin

Adrenalin hat in der Leber ähnliche Auswirkungen wie Glucagon. Die einzelnen Schritte über die Adrenalin seine Wirkung entfaltet, habe ich früher schon unter der Seite: Gluconeogenese dargestellt. Deshalb verweise ich hier nur auf diese Seite und lege den entsprechenden Link.
Die Verwendung von primären und sekundären Signalmolekülen hat den Vorteil, dass dasselbe Signal (z.B. Adrenalin) in verschiedenen Zellen über denselben Rezeptor ganz unterschiedliche Reaktionen auslösen kann. Das liegt daran, dass zwar die Bildung von PKA in allen Zellen erfolgt (bis dahin ist der Verlauf also in verschiedenen Zelltypen gleich), aber die PKA phosphoryliert dann ganz spezifische Enzyme der entsprechenden Zellen. Die Reaktionen der Leberzellen auf Adrenalin wurden gerade dargestellt, Muskelzellen bauen ebenfalls Glycogen ab und hemmen dessen Aufbau, aber es wird keine Glucosesynthese eingeleitet, in Fettzellen dagegen wird durch Adrenalinreizung Fett abgebaut.
Die funktionelle Verbindung von G-Protein-Rezeptoren und G-Proteinen scheint universell zu sein. Man kennt inzwischen über 100 solcher Rezeptoren von Hefe über Pflanzen bis zu höheren Tieren. Sie reagieren über Hormone, Neurotransmitter, Pheromone, Gerüche, Lichtstrahlen u.a. Die Bedeutung ist also immens.
Obwohl Glucagon (Protein aus 29 Aminosäuren) und Adrenalin (umgebaute einzelne Aminosäure) völlig verschieden gebaut sind, lösen sie doch ähnliche Wirkungen in Leberzellen aus. Das liegt daran, dass beide über G-Protein-Rezeptoren wirken, die die Adenylylcyclase aktivieren. Die Rezeptoren sind also in der Hinsicht verschieden, dass sie verschiedene Liganden binden, aber sie lösen dieselbe Reaktion aus.

Ergänzungen zu den G-Proteinrezeptoren

Andere sekundäre messenger sind: DAG (Diacylglycerol), IP3 (Inositoltriphosphat), Ca2+,
In der Membran kommt in der Lipidschicht der Stoff Phosphatidylinositol (PI) vor. Dieser kann dort zu Phosphatidylinositolphosphat (PIP) und weiter zu Phosphatidylinositoldiphosphat (PIP2) phosphoryliert werden. Wenn nun eine glatte Muskelzelle durch Acetylcholin gereizt wird (d.h. diese Zelle besitzt einen Rezeptor zur Bindung von Acetylcholin), aktiviert der Rezeptor ebenfalls ein G-Protein, das seinerseits Phosphorylase C aktiviert. Diese spaltet das in der Zellmembran befindliche PIP2 zu DAG , das in der Membran verbleibt und IP3 , das in das Cytosol diffundiert. Beide entstandenen Stoffe können nun als sekundäre messenger wirken.
a) DAG: phosphoryliert Proteinkinase C (PKC). Diese aktiviert nun ihrerseits andere Proteine (entsprechend der Proteinkinase A). Genau wie die PKA ist PKC multifunktionell, d.h. sie setzt mehrere sinnvoll auf einander abgestimmte Reaktionen in Gang. Die PKC spielt besonders bei Wachstumsvorgängen und in der Entwicklung eine große Rolle.
b) IP3: bei Inositoltriphosphat handelt es sich um ein kleines Molekül, das gut wasserlöslich ist und schnell in das Cytosol diffundiert. Es gibt einen Rezeptor für dieses Molekül im glatten ER. Dieser Rezeptor ist ein Ca2+-Kanal, der geöffnet wird. Der Effekt von IP3 ist nur vorübergehend, es wird schnell wieder inaktiviert.
c) Ca2+spielt in vielen Prozessen in der Zelle eine Schlüsselrolle. Folgende wichtige Prozesse werden von Ca2+ beeinflusst: Zellteilung, Sekretion (z.B. von Insulin), Endo-, Exo- und Phagocytose, Zellbewegung, Stoffwechsel der Zelle.
Normalerweise liegt Ca2+ in sehr geringer Konzentration im Cytosol vor. Es wird laufend von Pumpen in der Zellmembran nach außen und von Pumpen im glatten ER in dieses hinein gepumpt. Dadurch liegt es dort in der 10 000-fachen Konzentration wie im Cytosol vor. Viele Reize führen zu einer plötzlichen Freisetzung von Ca2+.
Es gibt zwei Haupttypen von Ca2+-Kanälen. Der erste wird von IP3 stimuliert, der andere von cADPR (cyclisches Adenosinphosphatribose) und von Ca2+ selbst. Daher führt letzterer zu einem explosionsartigem Anstieg der Ca2+-Konzentration.
Wegen des erwähnten Hinauspumpens von Ca2+ sind die auf diesem Wege ausgelösten Reaktionen immer nur vorübergehender Natur. Die Freisetzung von Insulin erfolgt über cADPR und nachfolgender Ca2+-Ausschüttung.

Quellen:

Alberts, B. u.a., Molekularbiologie der Zelle, VCH, Weinheim, 1997
Karp, G., Cell and Molecular Biology, Wiley, New York, 1996
Abb. über Signaltransduktion Biotutor
Dissertation von Christian Mayer zur Insulinsekretion, Gütersloh, 2000

Kontakt: Mario.Hupfeld@uni-konstanz.de
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