Cell signaling and communication CHAPTER 15 Cell signaling and communication

Cellsignalering signal binds till (eller detekteras av) en receptor Signaltransduktion inne i cellen Cellulär respons Signalen kan vara kemisk (en molekyl eller en jon, t.ex. ett hormon, en nutrient, koldioxid) fysikalisk (t.ex. ljud, ljus, tryck) Receptorn kan finnas - i plasmamembranen - inne i cellen Olika celler har olika uppsättningar av receptorer och kan därför ta emot olika signaler.

figure 15-05.jpg 15.5 Figure 15.5

Signaler är centrala i allt levande. Med hjälp av signaler regleras t Signaler är centrala i allt levande. Med hjälp av signaler regleras t.ex. genexpression proteinaktivitet metabolism  upprätthållande av cellens normala livsfunktioner  differentiering  celldelning  migration  programmerad celldöd ...

Intercellulär signalering Indirekt m.hj.a. kemiska budbärare autokrin signalering parakrin signalering endokrin signalering Direkt djurceller: gap junctions växtceller: plasmodesmata

figure 15-01a.jpg 15.1 – Part 1 Figure 15.1 – Part 1

Endokrin signalering Figure 15.1 – Part 2 15.1 – Part 2 figure 15-01b.jpg 15.1 – Part 2 Figure 15.1 – Part 2

figure 15-18.jpg 15.18 Figure 15.18

figure 15-19.jpg 15.19 Figure 15.19

Signaltransduktion Då en ligand binder till en receptor på cellens utsida, överförs signalen till insidan av cellen genom konformationsförändringar i receptorn. Direkt signaltransduktion sker i cellmembranen. Receptormedierad aktivering av effektorn är tillräckligt för att framkalla en effekt. Indirekt transduktion är mycket vanligare. Effektorn bildar sekundära budbärare, som för signalen vidare.

figure 15-10a.jpg 15.10 – Part 1 Figure 15.10 – Part 1

figure 15-10b.jpg 15.10 – Part 2 Figure 15.10 – Part 2

Bindning av ligand till receptor Liganden binder reversibelt till receptorn signalen upphör då ligandkoncentrationen minskar Receptorns affinitet för liganden är specifik för varje receptor-ligand-par detta påverkar hur stor koncentration av liganden som är effektiv

Inhibitorer Kompetitiva inhibitorer binder till samma ställe som liganden. Icke-kompetitiva (allosteriska) inhibitorer binder till ett annat ställe, men ändrar på receptorns konformation så att liganden inte kan binda. Inhibitorer kan utnyttjas som verktyg i receptorforskning. Många mediciner är inhibitorer.

Olika typer av receptorer Cytoplasmiska receptorer har opolära ligander. t.ex. steroidreceptorer Transmembranreceptorer har polära ligander. jonkanaler kinasreceptorer G-proteinkopplade receptorer

figure 15-06.jpg 15.6 Figure 15.6

figure 15-07.jpg 15.7 Figure 15.7

figure 15-08a.jpg 15.8 – Part 1 Figure 15.8 – Part 1

figure 15-08b.jpg 15.8 – Part 2 Figure 15.8 – Part 2

figure 15-08c.jpg 15.8 – Part 3 Figure 15.8 – Part 3

Sekundära budbärare -fungerar som kofaktorer eller allosteriska regulatorer Sekundär budbärare Produktion Exempel på effekter cykliskt AMP (cAMP) Aktivering av adenylatcyklas Aktiverar proteinkinas A Inositoltrifosfater (IP) och diacylglycerol (DAG) Aktivering av fosfolipas C (PLC) IP3 öppnar kalciumkanaler på ER; DAG aktiverar PKC Kalciumjoner Kalciumkanaler öppnas Aktiverar proteinkinas C (PKC) Kväveoxid (NO) Aktivering av NO- syntas Stimulerar bildandet av cGMP

cAMP-signalering En ligand binder till en G-proteinkopplad receptor G-proteiner kan antingen aktivera eller inhibera adenylatcyklas Adenylatcyklas katalyserar reaktionen ATP  cAMP cAMP reglerar proteinkinasers och jonkanalers funktion genom att binda till dem och ändra deras konformation cAMP reglerar gentranskription

figure 15-12.jpg 15.12 Figure 15.12

Inositoltrifosfat (IP3) och diacylglycerol (DAG) Aktiverade G-proteinkopplade receptorer aktiverar fosfolipas C (PLC). PLC hydrolyserar fosfolipiden fosfatidylinositoldifosfat (PIP2), som finns i cellmembranen. Det bildas IP3 och DAG. IP3 frigör kalciumjoner från intracellulära förråd genom att öppna kalciumkanaler i endoplasmatiska nätverket. DAG och Ca2+ tillsammans aktiverar proteinkinas C.

figure 15-13.jpg 15.13 Figure 15.13

Kalciumsignalering (1) Kalciumjoner påverkar ett flertal processer i cellerna. Ca2+ koncentrationen i cytoplasman är normalt ca 0,1 mikromol/l. Koncentrationen utanför cellen är ca 1 mmol/l.  stor koncentrationsgradient

Kalciumsignalering (2) Cellen måste aktivt pumpa ut Ca2+ för att hålla kalciumkoncentrationen i cytoplasman låg. Detta kräver mycket energi. Cellen lagrar också Ca2+ i intracellulära förråd (ER, mitokondrier). Olika signaler kan öppna kalciumkanaler i ER och cellmembranen  stora mängder Ca2+ flödar in. Ca2+ kan binda till kalciumkanaler och öppna dem – positiv feedback.

Kalciumsignalering (3) Kalciumjonerna påverkar aktiviteten hos flera olika proteiner, t.ex. Proteinkinas C kalmodulin En ökning i intracellulärt kalcium aktiverar kalciumpumpar i cellmembranen, och en normal cellulär kalciumnivå återupprättas. Då är cellen igen mottaglig för en ny signal.

Kväveoxid (NO) NO är en gas, och en mycket instabil molekyl i cellen. Relativt nyupptäckt sekundär budbärare. En ökning i intracellulärt Ca2+ aktiverar kväveoxidsyntas (NOS), som producerar NO. NO stimulerar syntes av cGMP. Känd effekt: relaxering av glatt muskulatur i blodkärlsväggar. Förklaring till varför nitroglycerin kan användas som medicin vid hjärtfel (blodflödet till hjärtat ökar).

figure 15-15.jpg 15.15 Figure 15.15

Kinaskaskader En proteinkinaskaskad är en direkt signaltransduktion där ett stort antal kinaser aktiverar varandra sekventiellt. Information från cellmembranen till kärnan Fördelar: amplifiering Flera steg  flera regleringsmöjligheter. Olika celler kan reagera olika på samma signal beroende på vilka komponenter de har och i vilka proportioner

figure 15-11.jpg 15.11 Figure 15.11

Viktiga egenskaper hos signalkaskader Snabb respons som amplifieras Snabb återhämtning, så att cellen är mottaglig för en ny signal G-proteiner deaktiveras av GTPaser Ca2+ pumpas ut NO bryts ner cAMP hydrolyseras IP3 och DAG metaboliseras Fosforylerade proteiner defosforyleras av specifika enzym  Strikt kontroll !!!!

Effekter Gentranskriptionen förändras Membrankanaler öppnas Enzymaktiviteter förändras  upprätthållande av cellens normala livsfunktioner  differentiering  celldelning  cellrörelser  syntes av cellprodukter, t.ex. hormoner  programmerad celldöd .....

figure 15-16a.jpg 15.16 – Part 1 Figure 15.16 – Part 1

figure 15-16b.jpg 15.16 – Part 2 Figure 15.16 – Part 2

figure 15-16c.jpg 15.16 – Part 3 Figure 15.16 – Part 3

figure 15-17.jpg 15.17 Figure 15.17