Zelluläre Signalübertragung und Kommunikation
Zelluläre Signalübertragung ist der Prozess, durch den Zellen ihre Umgebung und einander wahrnehmen und darauf reagieren, indem sie extrazelluläre Signale in koordinierte Veränderungen des Zellverhaltens umwandeln.
Definition
Zelluläre Signalübertragung ist die Gesamtheit der Prozesse, durch die eine Zelle ein extrazelluläres Signal über Rezeptoren detektiert und es über intrazelluläre Signalwege weiterleitet, um eine spezifische Antwort zu erzeugen.
Scope
Dieser Bereich behandelt die allgemeinen Prinzipien der Signalübertragung, die Hauptklassen von Zelloberflächenrezeptoren, einschließlich G-Protein-gekoppelter Rezeptoren und Rezeptor-Tyrosinkinasen, die intrazellulären sekundären Botenstoffe und Kaskaden, die Signale weiterleiten, sowie die Art und Weise, wie Signalnetzwerke Informationen integrieren, verstärken und beenden.
Sub-topics
Core questions
- Wie wandeln Zellen ein extrazelluläres Signal in eine intrazelluläre Antwort um?
- Was unterscheidet die Hauptklassen von Zelloberflächenrezeptoren?
- Wie verstärken und verbreiten sekundäre Botenstoffe ein Signal innerhalb der Zelle?
- Wie werden Signalantworten spezifisch gemacht, verstärkt und dann abgeschaltet?
Key theories
- Signaltransduktion über Rezeptoren und sekundäre Botenstoffe
- Die Bindung eines extrazellulären Liganden an einen Rezeptor löst eine intrazelluläre Weiterleitung aus, die oft G-Proteine oder Kinasen und diffundierbare sekundäre Botenstoffe involviert, welche das Signal verstärken und an Effektoren verteilen.
Mechanisms
Ein Signalmolekül bindet an einen spezifischen Rezeptor und verändert dessen Aktivität. Zelloberflächenrezeptoren umfassen G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, die heterotrimere G-Proteine aktivieren, und Rezeptor-Tyrosinkinasen, die dimerisieren und autophosphorylieren, um Signalproteine zu rekrutieren. Nachgeschaltet diffundieren sekundäre Botenstoffe wie cyclisches AMP, Kalziumionen und lipidbasierte Moleküle und aktivieren Kinasen und andere Effektoren, wodurch Kaskaden entstehen, die das Signal verstärken. Rückkopplung, GTPase-Zyklus und Phosphatasen prägen die Spezifität und Beendigung des Signals.
Clinical relevance
Die Signalübertragung erklärt, wie Zellen Wachstum, Stoffwechsel, Bewegung und Genexpression koordinieren, und liefert den konzeptionellen Rahmen für das Verständnis von Entwicklung und zellulärer Regulation. Die hier gegebene Darstellung ist deskriptiv und nicht präskriptiv.
History
Sutherlands Entdeckung des cyclischen AMP führte das Konzept des sekundären Botenstoffes ein; Rodbell und Gilman etablierten G-Proteine als Transducer zwischen Rezeptoren und Effektoren, und Lefkowitz' Arbeit zur Rezeptorstruktur und -regulation klärte die Funktionsweise von Zelloberflächenrezeptoren, wodurch die moderne Karte der Signaltransduktion entstand.
Key figures
- Alfred Gilman
- Martin Rodbell
- Earl Sutherland
- Robert Lefkowitz
Related topics
Seminal works
- gilman1987
- alberts2014
Frequently asked questions
- Was ist ein sekundärer Botenstoff?
- Ein sekundärer Botenstoff ist ein kleines intrazelluläres Molekül, wie cyclisches AMP oder Kalzium, das bei Aktivierung eines Rezeptors produziert oder freigesetzt wird und das Signal innerhalb der Zelle weiterleitet und verstärkt.
- Warum verstärken Signalwege Signale?
- Jede aktive Komponente kann viele nachgeschaltete Moleküle aktivieren, sodass eine kleine Anzahl gebundener Rezeptoren durch eine Kaskade von Schritten eine große zelluläre Antwort auslösen kann.