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Kartei Details
Karten | 30 |
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Sprache | Deutsch |
Kategorie | Medizin/Pharmazie |
Stufe | Universität |
Erstellt / Aktualisiert | 24.05.2015 / 09.11.2018 |
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Eigenschaften von Membranrezeptoren
- Membranrezeptoren befinden sich in biologischen Membranen
- Aufbau
- extrazelluläre Domäne: bindet Ligand (z.B. Hormon)
- transmembran Domäne: zur Verankerung des Rezeptors
- intrazelluläre Domäne: Effektordomäne (Domäne eines Proteines, die mit anderen Proteinen interagieren kann)
- Ligand-Membranrezeptor-Komplexe können verschiedene Second-messenger aktivieren (die Konzentration des Sekundär-Botenstoffs wie cGMP, IP3, NO, Ca2+ verändert sich als Antwort auf ein Primärsignal = Ligand)
- Membranrezeptoren lösen unterschiedliche Reaktionen aus:
- Regulation der Genexpression
- Aktivierung oder Hemmung von intrazellulären Enzymen
- Regulation von intrazellulären Transportprozessen
- Aktivierung von Membrantransportprozessen (z.B. GLUT4-Expression)
Welches sind die grössten Klassen von Zelloberflächen-Rezeptoren? Wieviele Transmembrandomänen besitzen sie?
- G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (7 TMD)
- Enzym-gekoppelte Rezeptoren (1 TMD)
- Ionenkanal-gekoppelte Rezeptoren (4 TMD)
Wie erfolgt die Klasseneinteilung der Rezeptoren?
Nach Struktur (Transmembrandomäne)
Beispiele für G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (bezg. Endokrinologie)?
- Thyreotropin-Rezeptor (TSH)
- Adrencorticotropin-Rezeptor (ACTH)
- Luteinisierendes Hormon-Rezeptor (LH)
- Follikelstimulierendes Hormon-Rezeptor (FSH)
- Melanocortin-Rezeptor (MSH)
- Vasopressin-Rezeptor (ADH)
- Oxytocin-Rezeptor
Beispiele für Enzym-gekoppelte Rezeptoren (bezg. Endokrinologie)?
- Wachstumshormon-Rezeptor (GH)
- Prolaktin-Rezeptor (PRL)
- Insulin-Rezeptor
Beispiele für Ionenkanal-gekoppelte Rezeptoren (bezg. Endokrinologie)?
Es gibt keine.
Ionenkanal-gekoppelte Rezeptoren
- Synonyme
- Mechanismus
- Vorkommen
- = liganden-gesteuerte Ionenkanäle, ionotrope Rezeptoren
- Durch Bindung eines Signalmoleküls verändert der Ionenkanal-gekoppelte Rezeptor seine Konformation. Daraufhin öffnet oder schliesst sich in der Membran ein spezifischer Ionenkanal (z.B. für Na+, K+, Ca2+, Cl-). Das Signal ist ein Ionenfluss, der elektrische Effekte induziert. Das Membranpotential wird moduliert.
- Nervensystem, Muskelzellen
Enzym-gekoppelte Rezeptoren
- Aktivierung
1. Ligand ist ein Dimer: Normalerweise liegen die Rezeptoren als Monomere in der Membran vor (= inaktiv). Sobald ein Ligand bindet (in Form eines Dimeres), wird die Bindung des 2. Rezeptors induziert = sog. Dimerisierung. Dadurch wird die intrazelluläre Domäne aktiv.
2. Ligand ist ein Monomer: Die Bindung des Liganden an ein Monomer löst auch eine Dimerisierung aus.
Die Enzym-gekoppelten Rezeptoren wirken direkt als Enzyme (links im Bild) oder verbinden sich direkt mit den Enzymen (rechts im Bild), die sie aktivieren. Die grosse Mehrheit sind Proteinkinasen (= Enzym) oder assozieren mit Proteinkinasen, wenn aktiviert.
Was sind Proteinkinasen?
= Enzyme, die bestimmte Proteine phosphorylieren. Der Phosphat-Rest von einem Donor (meist ATP) wird auf die OH-Gruppe einer Aminosäure-Seitenkette übertragen.
z.B. Tyrosin, Serin oder Threonin
Enzym-gekoppelte Rezeptoren
- Aktivität
Die meisten Enzym-gekoppelten Rezeptoren besitzen Tyrosin-Kinase-Aktivität.
- Rezeptoren mit intrinsischer Tyrosin-Kinase-Aktivität = Tyrosin-Kinase-Rezeptoren (die Proteinkinase ist Teil des Rezeptors)
- Rezeptoren mit assoziierter Tyrosin-Kinase-Aktivität = Tyrosin-Kinase-assoziierte Rezeptoren (die Proteinkinase ist an ein Rezeptor gebunden z.B. GH-Rezeptor)
Sie phosphorylieren spezifisch Tyrosinreste in ihrer eigenen Aminosäuresequenz = Autophosphorylierung und in den Sequenzen einer kleinen Gruppe intrazellulärer Signalmoleküle.
Die meisten Enzym-gekoppelten Rezeptoren haben Tyrosin-Kinase-Aktivität. Welche Aktivitäten gibt es sonst noch?
- Serin-Threonin-Kinase-Aktivität: Phosphorylierung von Serin- oder Threoninresten in ihrer eigenen Aminosäuresequen und in den Sequenzen von Genregulatorproteinen.
- Tyrosin-Phosphatase-Aktivität: Entfernen Phosphatgruppen von Tyrosinresten von spezifischen, intrazellulären Signalproteinen.
- Guanylatzyklase-Aktivität: Katalysieren direkt die Bildung von cGMP im Zytosol. cGMP fungiert auf ganz ähnliche Weise wie cAMP als kleiner intrazellulärer Mediator.
Welche Aktivität hat der Rezeptor von GH?
Tyrosin-Kinase-assoziierter Rezeptor.
Wieviele Klassen von Tyrosin-Kinase-Rezeptoren gibt es?
Es gibt ungefähr 20 versch. TKR-Klassen und 4 grosse Klassen. Typische Vertreter sind die Wachstumshormone.
Welche Rezeptoren zählen zur Familie der Zytokin-Rezeptoren (Tyrosin-Kinase-assoziierte Rezeptoren)?
- GH-Rezeptor
- Prolaktin-Rezeptor
- alpha-Interferon
- gamma-Interferon
- Erythropoietin
Growth Hormone Rezeptor
- Eigenschaften
- GH-Rzeptoren sind stabil mit Janus-Kinasen (JAKs) assoziiert.
- JAKs phosphorylieren und aktivieren signal transducers and activators of transcription (STATs)
- STATs sind Genregulatorproteine. Aktivierte STAT's regulieren im Zellkern die Gentranskription.
Growth Hormone Rezeptor
- Signaltransduktion
- GH-Rezeptoren liegen als Monomere in der Membran vor.
- Growth Hormon bindet an Rezeptor, dadurch kommt es zur Dimerisierung.
- Die JAK-Kinase kann nun (durch die Nähe) die andere Kinase phosphorylieren = Autophosphorylierung.
- Die phosphorylierten Tyrosin-Reste des Rezeptors.
- STAT's werden dadurch aktiviert und binden an diese phosph. Tyrosin-Reste.
- JAK-Kinasen phosphorylieren die STATs.
- STATs und SH2-Domäne des Rezeptors lösen sich vom Rezeptor und dimerisieren.
- Sie gelangen in den Zellkern und binden dort an ein GH-response-Element (= Genregulationsproteine) im Zielgen.
- So wird die Gentranskription aktiviert.
Weshalb sind G-Protein-gekoppelte Rezeptoren in der Klinik wichtig?
Weil sie wichtige Zielproteine (Targets) für die Entwicklung von neuen Arzneistoffen sind. Es hat 950 GPCR-Gene im humanen Genom.
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
- Grundstruktur
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
- Aktivierung
A) Grundzustand: GPCR ohne Ligand mit GDP-beladenem G-Protein
B) Ligand bindet:
- Salzbrücke zwischen TM-Helizes 3 und 7 im GPCr geht auf
- GPCR wird flexibler und ändert Konformation
- Die zytoplasmatische Seite wirkt nun als Guanin-Nukleotid-Austauschfaktor (GEF)
C) Aktivierung von G-Proteinen
- Die Bindung von GTP destabilisiert das G-Protein und führt zur Dissoziation des heterotrimeren G-Proteins in G-alpha (enthält GTP) und G-beta/gamma - Untereinheiten.
- G-alpha und G-beta/gamma können mit Zielproteinen interagieren
- Aktivierung oder Deaktivierung von Regulationsmolekülen (Effektoren), die in der Produktion oder Freisetzung von Second messenger involviert sind = Signaltransduktion
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
- Deaktivierung
Die aktivierten G-Protein schalten sich selbst wieder ab. Die G-alpha-Untereinheit besitzt eine intrinsische GTPase-Aktivität, die GTP zu GDP und Pi hydrolysiert. Die GTP-Hydrolyse wird durch GTPase-aktivierene Proteine = GAP beschleunigt.
Die GDP-haltige inaktive G-alpha-Untereinheit kann nun freies G-beta/gamma binden = heterotrimes G-Protein = Grundzustand.
G-Protein-gekoppelter Rezeptor
- Aufbau der G-Proteine
Wieviele Gene für G-Protein-Untereinheiten gibt es? Wieviele Kombinationen sind dadurch möglich?
- 20 alpha
- 5 beta
- 12 gamma
1200 Kombinationen (die Spezifität wird durch die alpha-Untereinheit bestimmt - die Rolle von beta/gamma ist komplex)
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
- Was geschieht nach der Aktivierung von G-Proteinen?
Es folgen die zwei Hauptrouten der GPCR-Signaltransduktion:
- Aktivierung oder Inhibition der second messenger-Synthese: cAMP oder cGMP
- Synthese & Freisetzung von second messenger: IP3 oder Ca2+
Gewisse GPCRs können beide Routen gleichzeitig bedienen.
Die zyklischen Nukleotide und Ca2+ aktivieren daraufhin Effektoren (Regulationsmoleküle), z.B. Proteinkinasen oder Calmodulin = Signaltransduktion
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
- über G-alpha und G-beta/gamma vermittelte Signaltransduktion
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
- Desensitisierung und Resensitisierung
- Phosphorylierung (des C-Terminus des GPCR) durch GRK, PKA und PKC hemmt die Rezeptor-Kopplung zum G-Protein = schnelle Desensitisierung
- Beta-Arrestin bindet an den phosphoryliertes GPCR = Hemmung
- beta-Arrestin bindet an Clathrin und/oder AP-2 und bewirkt so die Internalisierung des GPCR
- internalisierter GPCR fusioniert mit Endosomen
- Phosphatase dephosphoryliert das GPCR, pH im Endosom ist tiefer - dadurch löst sich der Ligand
- GPCR ist resensitiviert und gelangt wieder an die Zelloberfläche
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