Zellbiologie 2 ZHAW HS14
Zellbiologie Alles
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Flashcards
Checkpoints des Zellzyklus
G1 (Zellgrösse, Nährstoffe, Wachstumsfaktoren)
G2 (Zellgrösse, chromosomenverdopplung komplett?)
M (alle chromosomen mit Spindelapparat verbunden?)
CdKs
Cyclin-Dependant-Protein-Kinases
Konstant während des Zellzyklus vorhanden
Phosphorylieren die Zielproteine spezifisch an Serin und Threoinin Reste
Bilden Komplexe mit Cyclinen (aktivität der CdKs wird durch Zykline gesteuert)
Cycline
regulieren Aktivität von CdKs
werden in jeder Zyklusrunde neu gebildet und wieder abgebaut.
Die Cyclinkonzentration spiellt eine wichtige Rolle bei der Zeitlichen bestimmung der Vorgänge des Zellzyklus
Kinasenaktivität
Kinasen bzw CdKs werden über die Komplexbildung mit den Cyklinen aktiviert.
Zusätlich wird ihre aktivität aber auch über Phosphorilierung sowie Dephosphorilierung an jeweils bestimmten Aminosäruen reguliert. (hemmung oder aktivierung möglich)
zudem sind auch inhibitoren bekannt, welche die Interaktion zwischen Cyclin und CdK verunmöglichen
Rb
Retinoblastom
Wird durch den G1-CdK Komplex phosphoryliert und ist ein Tumorsupressorprotein ( wenn es nicht phosphoriliert ist, wird der G1-Checkpoint nicht überschritten.)
Rb bindet an E2F so das dieses nicht frei vorliegt. wird Rb phosphoryliert kann bindung zweischen E2F und Rb nicht stattfinden --> E2F liegt frei vor und kann expression verschiedener gene veranlassen.
Mutation von pRb kann verhindert Bindung an E2F und erhöt Chance für Tumorbildung!
Restriktionspunkt
G1 Checkpoint = Restriktionspunkt
Weil sich an diesem Checkpoint entscheidet, ob die Zelle einen Weiteren Zellzyklus durchläuft oder aber in die G0-Phase wechselt. Ist der Restriktionspunkt überschritten muss der Gesamte Zellzyklus durchlaufen werden. (Point of no Return)
E2F
E2F ist ein Transkriptionsfaktor, welcher durch Rb gehemmt wird
Transkriptionsfaktoren lagern an DNA an und leiten die Expression verschiedener Gene ein.
E2F ist gehammt solang es an Rb gebunden. Während Zellzyklus wird Rb phosphoryliert und löst sich von E2F so dass verschiedenste Gene Exprimiert werden können.
E2F reguliert sich bei Freisetzung selbst hoch und regt auch die Produktion von Cyclin E an --> positiver Feedback Loop
Onkogen
Teile des Erbgutes einer Zelle, die den Übergang vom normalen Wachstumsverhalten der Zelle zu ungebremstem Tumorwachstum fördern
entstehen durch Veränderungen von Gensequenzen (Mutationen), die für das normale Zellwachstum, die Zellteilung und die Zelldifferenzierung eine Rolle spielen
Protoonkogene sind Vorstufen von Onkogenen und werden durch schädliche Einflüsse (ionisierende Strahlung, chemische Substanzen oder Viren) in die krebserzeugende Form verwandelt. Es sind heute mehr als 100 (Stand: 2004) Protoonkogene bekannt. Alle Zellzyklus-Kontrollgene sind potentielle Protoonkogene, da ihre Veränderung bzw. Dysfunktion den Verlust der Kontrolle über die Zellteilung bedeuten kann
Tumorsupressorgene
Gene die für Produkte codieren, welche Zellwachstum und Tumorbildung hemmen.
Prinzipielle alle gene welche: reperatur von DNA-Schäden, Chromosomenstabilität, oder Zellvermehrung kontrollieren.
Mutation welche zur Inaktivierung von Tumorsupressorgenen führt kann Tumorbildung zur Folge haben.
MPF
Mitosis Promoting Factor (MPF) markiert den Checkpoint G2
Komplex aus CdK1/CyclinB (CdC2/CyclinB)
MPF muss vorhanden sein um G2-Checkpoint zu überlaufen und in Mitosephase einzutreten. Es muss aber nicht nur Komplex gebildet sondern der Komplex (CdK1/CyclinB) auch durch Posporylierungs und Dephosphorylierungsreaktionen aktiviert werden. Deshalb verspäteter aber Starker anstie von MPF aktivität im verhältnis zur CyclinB konzentration!
MPF-Aktivierung
1. CdK1 bindet an CyclinB
2. 2 Phosphatreste werden auf CdK1 übertragen einer aktivierend der andere Inhibitorisch
3. Phosphatase (cdc25) wird aktiviert und der Inhibitierende Phosphatrest entfernt --> MPF ist aktiv
4. Positives Feedback von aktiviertem MPF an cdc25 so das noch mehr MPF aktiviert wird!
Was Löst MPF aus?
Aktiviertes MPF löst durch Phosphorilierung von anderen Proteinen folgende Vorgänge aus:
1. Kondensation des Chromatins
2. Abbau der Zellkernmembran
3. Fragmentierung des Golgi und ERs
4. Formation des Spindelapparates
APC
Anaphase Promoting Comlex werden zu Ende des M-Checkpoints gebildet, wenn alle Chromosomen mit ihren Kinetochoren an jeweils einer Mitosespindel verbunden sind.
Solange noch freie Kinetochoren vorhanden werden diese die Ausbildung eines Proteinkomplexes fördern, welcher den Fortgang der Mitose hemmt und somit die APC bildung verhindert. Wenn alle Kinetochoren besetzt kann APC Aktiv werden was folgende Auswirkungen hat:
1. Proteine welche die Kinetochoren zusammenhalten werden gespalten, so dass die einzelnen Schwesterchromatiden voneinander getrennt werden können.
2. Cyclin B wird abgebaut und der Zyklus damit beendet.
First Messenger
Signal, dass von Aussen an die Zelle gelangt.
z.B durch andocken eines Liganden an einen Membranrezeptor.
Ist das Signal in die Zelle weitergereicht worden wird sich in der Zelle die Konzentration an "second messengern" verändern.
second Messenger
Veränderung der Konzentration von kleinen Molekülen im Zellplasma (second messenger) führt zur weiterleitung und einer vielfachen Verstärkung des Signals.
Wichtige second Messenger sind: cAMP, Calziumionen, IP3, DAG
7TM Rezeptoren = GPCR's
Rezeptoren mit 7 Transmembranhelices die ganz verschiedene Signale übertragen können.
Können Agonisten und Antagonisten binden:
Agonisten binden und führen zur Signalweiterleitung
Antagonisten binden, es wird aber kein Signal weitergegeben.
Heterotrimere G-Proteine
Bestehen aus drei Proteinuntereinheiten (alpha, beta und gamma)
Alpha bindet GTP und besitzt eine GTPase Aktivität (d.h. sie kann GTP zu GDP + P umsetzen und sich so selbst inaktivieren), im inaktiven Zustand ist GDP gebunden
Beta und Gamma zerfallen nicht weiter.
Beta vermittelt den austausch von GDP und GTP
Gamma ist für die Kopplung in der Zellmembran verantwortlich
Untereinheiten der G-Proteine und deren Wirkung
G(alpha S) : wandert zur Adenylat Cyclase führt zur erhöhung der cAMP konzentration
G(alpha I): erniedrigung der cAMP Konzentration innerhalb der Zelle
G(alpha q/11): Erhöht IP3 und DAG konzentration innerhalb der Zelle
G(Beta,Gamma) Aktiviert Kalium Kanäle
Ablauf Signalweiterleitung bei GPCR's
1. GPCR liegt inaktiv vor, alpha UE hat GDP gebunden, alpha UE und gamma UE sind miteinander verbunden.
2. Ligang bindet an Rezeptor und verursacht Konformationsänderung
3. Konformationsänderung übeträgt sich nach innen, wo alpha UE angelagert ist.
4. Alpha UE verliert affinität zu GDP und GDP löst sich von Alpha UE dafür bindet GTP an Alpha UE
5. Soblad GTP an Alpha verliert Alpha affinität zud anderen UEs und Rezeptor und Dissoziiert
6. Wenn Alpha UE nach einer Gewissen zeit GTP zu GDP hydrolisiert hat kehrt sie sie an der Freien Stellen des GPCR Rezeptors zurück.
Aktivierte alpha Untereinheit
Die Aktivierte Alpha UE kann (je nach Art des G-Proteins) zur aktivierung von unterschiedlichen Second Messengern führen.
1. cAMP fürt dann zur Aktivierung der Phosphokinase A
2. DAG oder IP3 führen dann zur aktivierung der Phosphokinase C
Proteinkinase A
Wenn die Aktivierte Alpha UE (G(alphaS)) zur Adenylat-Cyclase (Membranprotein) wandert aktiviert sie diese.
Die Adenylat-Cyclase produziert pro gebundener Alpha UE mehrere 100-1000 cAMP (Second Messenger)
cAMP aktiviert darauf die Proteinkinase A
Proteinkinase A phosphoryliert spezifisch einzelne Serin und Threoininreste in Zielproteinen z.B. bei:
Glykogenstoffwechsel, Transkription, synaptischer Übertragung.
Proteinkinse C
Aktivierte Alpha UE (G(aplpha q)) interagiert mit dem Membranenzym Phospholipase C.
Die Phospholipase C spaltet nach ihrer aktivierung Phospholipide zwischen der Glycerin und der Phosphatgruppe und Produziert dabei IP3 und DAG.
IP3 veranlasst die freisetzung von Kalzium (Ca2+) wodurch zusammen mit DAG die Aktivität der Proteinkinase C gesteigert wird.
Phospholipase C
Enzym in der Zellmembran, welches Phospholipide spaltet und dadurch IP3 und DAG herstellt.
Organe des Hormonsystems
Zirbeldrüse, Hypophyse, Schilddrüse und Nebenschilddrüse, Thymus, Nebenniere, Pankreas, Ovar, Hoden
Neurosekretorische Hormone
werden von Nervenzellen, Neuronen gebildet und ausgeschüttet.
Meist kurzer weg zum Wirkungsort
Meist moleküle die Hypothalamus gebildet werden.
glanduläre Hormone
werden in Drüsen gebildet und in die Blutbahn abgegeben
Adenotrope Hormone kontrollieren andere Drüsen (ACTH)
Periphere Hormone wirken auf andere Organe (Cortisol, Insulin)
Aglanduläre Hormone
Werden in spezialisierten Einzelzellen gebildet.
Gelangen durch Diffusion im Zwischenraum zum Erfolgsorgan
bsp Gastrin
Peptid- und Proteohormone
werden durch Peptidbiosynthese aus aminosäuren hergestellt
prärproproteine werden ins ER geschleust, durch endoproteasen gespalten so das ein Prohormon entsteht
dieses wird erneut modifiziert und das als Peptidhormon ausgeschüttet.
Steroidhormon
werden teils im Cytosol und Teil in den Mitochondrien hergestellt. bestehen aus 21 oder weniger kohlenstoffatomen und werden aus cytosolischem cholesterin hergestellt.
wichtig sind vorallem hydroxylierungsreaktionen
Wirkmechanismus Steroidhormone
Gelangen über zwei wege ins Ziel: Diffusion (nur geringer Anteil), Bindung an Steroid-bindende Proteine und Interaktion mit Rezeptoren (grösster Anteil)
Steroidhormon-Bindungsprotein-Komplex für zur Expression bestimmter Gene unter Einwirkung von Transkriptionsfaktoren
Wirkmechanismus Peptidhormone
Können nicht durch Diuffusion in die Zelle gelangen. Deshalb andocken an Rezeptor auf der extrazellulären Seite.
Meistens andocken an GPCR receptoren, können aber auch rezeptroen mit Tyrosinkinase Aktivität sein. Dadruch veränderung der Konzentration von second messengern innerhalb der Zelle.
In Nervenzellen kann Interaktion mit Peptidhormonen zur veränderung der neuronalen Signalweiterleitung führen.
Hierarchie der Hormondrüsen
1. Hypothalamus
2. Hypophyse
3. Endokrines Organ
4. Erfolgszelle
Pankreas und Nebenschilddrüse Zirbeldrüse werden nicht über die Hypophyse reguliert.
Hypothalamus- Hypophysenachse (Gonadotrope Achse)
1. Hypothalamus produziert GnRH ( Gonadotropin-Releasing-Hormon, Gonadoliberin) ( Gonade = Geschlechtsdrüse/Geschlechtsorgan)
2. Hypophyse schütter FHS ( Folikel stimulierendes Hormon) und LH (luteinisierendes Hormon, Lutropin) aus.
3. LH und FHS regen in den Gonaden die Produktion von Testosteron (Mann) und Östrogen und Progesteron (Frau) an.
4. Progesteron und Keimdrüsenhormone haben negativen Feedback effekkt.
Hypothalamus- Hypophysenachse (Stressachse)
1. Hypothalamus schüttet CRH (Corticotrope Releasing Hormon) aus
2. CRH bewirkt die Auschüsstung von ACTH (adrenocorticotropes Hormon)
3. ACTH wirkt auf die Rinde der Nebennieren und bewirkt die Freisetzung folgender Steroidhormone:
Glucocorticoide (Kortisol)
Mineralcorticoide (Aldosteron)
Androgene (werden zu Testosteron umgewandelt)
4. Nebennierenmark ist Teil des sympathischen Nervensystems.
Stressorgan
Die Nebenniere ist das Organ, welches auf Stress reagiert.
Nebennierenrinde: Schüttet ACTH aus als Antwort auf Steroidhormone = antwort auf Langfristigen Stress
Nebennierenmark: unterliegt der Kontrolle des Vegetativen Nervensystem = antwort auf kurzzeitigen Stress (Adrenalin)
Nebennierenrinde schüttet aus:
1. Glucocortikoide (Kortisol)
2. Mineralcorticoide (Aldosteron)
3. Androgene (werden zu Testosteron umgewandelt)
Glucocortikoide
Glucocortikoide: Kortisol wirkt vorallem auf denn Stoffwechsel. Erhöt Zuckerneubildung, baut Fett ab, und erhöht abbau von Eiweiss. Zusätlich entzündungshemmend und unterdrückt das Immunsystem. Kortisol ist neben den Katecholaminen (Adrenalin und Noradrenalin) ein wichtiges Stresshormon. Es reagiert allerdings langsamer als die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin.
Mineralcorticoide
Aldosteron und andere Mineralokortikoide kümmern sich um den Salz- und Wasserhaushalt. Sie sorgen dafür, dass die Konzentrationen von Natrium und Kalium konstant gehalten werden. Sie bewirken, dass in der Niere und im Darm mehr Natrium ins Blut aufgenommen wird. Da Natrium Wasser bindet, steigt gleichzeitig das Blutvolumen. Der Körper kann so denn Blutdruck erhöhen
Androgene
Androgene sind Sexualhorone, die im Körper in das Geschlechtshormon Testosteron umgewandelt werden. Nur etwa 5% der Androgene beim Mann stammen aus der Nebennierenrinde, der Rest wird in den Hoden gebildet. Testosteron fördert das Wachstum und die Funktion von Penis und Hoden, es reguliert die Produktion von Spermien fördert die Körperbehaarung, steigert das Sexuelle verlangen und die Potenz und fördert den Muskelaufbau. Bei der Frau äussert sich ein Androgenüberschuss durch Akne und Anzeichen für eine Vermännlichung wie tiefe Stimme, Ausbleiben der Regel, und Vermännlichung der Körperproportionen.
Nebennierenmark
Gehört zum sympathischen Nervensystem.
Produziert Katecholamine: Adrenalin, Noradrenalin, und Dopamin
Diese Hormone werden in Körnchen im Bereich der Zellen (Granula) gespeichert um schnell ins Blut abgegeben werden zu können.
Wirkung von Katecholaminen: Stresshormone, steigern Blutdruck, erhöhen Herzfrequenz, erhöhen Blutzuckerspiegel, stigern Schweissekretion, stoppen Darmtätigkeit und erweitern die Atemwege.