Übersicht
Die Vorlesung behandelt die Funktion sekundärer Messenger (Second Messenger) am Beispiel von cAMP und die Rolle von G-Proteinen bei der Signaltransduktion in Zellen.
Signalaufnahme und -verarbeitung
- Organismen nehmen Reize aus der Umwelt über spezialisierte Sinnesorgane und Rezeptoren auf.
- Zellen benötigen spezifische Rezeptorproteine, um auf Signalmoleküle zu reagieren.
- Die Verarbeitung und Übertragung von Signalen zwischen Zellen ermöglicht koordinierte Funktionen, z.B. Herzschlag.
Signaltransduktion: Direkt vs. Indirekt
- Signaltransduktion bezeichnet die Weiterleitung eines Signals durch molekulare Ereignisse nach Rezeptorbindung.
- Primärer Messenger (Signalmolekül/Ligand) kann direkt oder indirekt durch Second Messenger wirken.
- Indirekte Signalweiterleitung nutzt kleine Moleküle, sogenannte sekundäre Messenger.
Beispiel: Bildung von cAMP als Second Messenger
- Bindung eines Duftmoleküls (Ligand) an einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor aktiviert das G-Protein.
- Die Alpha-Untereinheit des G-Proteins tauscht GDP gegen GTP und aktiviert die Adenylatzyklase.
- Adenylatzyklase katalysiert die Umwandlung von ATP in cAMP.
- cAMP aktiviert entweder Ionenkanäle oder Proteinkinasen im Zytoplasma.
- In Sinneszellen öffnet cAMP Ionenkanäle, sodass Na+ und Ca2+ einströmen und ein Signal auslösen.
Vorteile des Second Messenger-Systems
- Signalverstärkung: Ein Rezeptor kann viele Adenylatzyklasen aktivieren und damit das Signal verstärken.
- Spezifität: Durch viele Schritte wird die Reaktion präziser kontrolliert.
- Signalverteilung: Unterschiedliche Zielproteine ermöglichen verschiedene zelluläre Antworten.
Verschiedene Second Messenger und medizinische Relevanz
- Neben cAMP wirken auch Ca2+-Ionen und Gase wie Stickstoffmonoxid (NO) als Second Messenger.
- NO entspannt glatte Muskelzellen, erweitert Blutgefäße (medizinisch bei Herzproblemen genutzt).
- Arzneimittel wie Nitroglycerin und Sildenafil (Viagra) nutzen diesen Signalweg therapeutisch.
Schlüsselbegriffe & Definitionen
- Signaltransduktion — Übertragung eines Signals durch molekulare Veränderungen in einer Zelle.
- Primärer Messenger — Ursprüngliches Signalmolekül (z.B. Hormon, Duftstoff).
- Second Messenger — Kleines Molekül, das nach Rezeptoraktivierung weitere Signalwege auslöst.
- G-Protein — Membranassoziiertes Protein, das nach Rezeptoraktivierung Signale weiterleitet.
- Adenylatzyklase — Enzym, das aus ATP das Second Messenger cAMP bildet.
- cAMP (zyklisches AMP) — Wichtiger Second Messenger in vielen Signalwegen.
Action Items / Nächste Schritte
- Signaltransduktionsweg von Stickstoffmonoxid und dessen Wirkung auf Blutgefäße nachschlagen.
- Video zur Erregungsweiterleitung an der Synapse für tieferes Verständnis ansehen.