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37. DAS CYTOSKELETT I: MIKROFILAMENTE (Molekulare Zellbiologie: Seiten 813-838, 847-852)
Cytoskelett Funktionen:- bestimmt die Zellgestalt
- ermöglicht aktive Zellbewegung - Transport von Organellen - ermöglicht Zellteilung
G-Actin → Keimbildung → Verlängerung von F-Actin Plus-Ende und Minus-Ende dynamische Instabilität (“Tretmühle-Mechanismus”, Abb. 37.2)
Wachstum bei dem Plus-Ende – Depolymerisation bei dem Minus-Ende Actin • ATP-Komplexe binden sich an das Plus-Ende → ATP-Hydrolyse → Actin • ADP-Komplexe werden am Minus-Ende freigesetzt
Inhibitoren der Funktion von Mikrofilamenten (Cytochalasin, Phalloidin)
Abbildung 37.1. Der Mechanismus der Actinpolymerisation
Abbildung 37.2 Der “Tretmühle-Mechanismus” der Bildung von Mikrofilamenten.
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Myosine = Actin-aktivierte ATPasen Motorproteine Myosin II (Abb. 37.3)
2 schwere + 4 leichte Ketten ATP-Hydrolyse → Myosin bewegt sich zum Plus-Ende vom Mikrofilament z.B. Muskelkontraktion (Gleitfasermodell sliding filament model, Abb. 37.4.)
Myosin I vesikulärer Transport entlang Microfilamenten (Abb. 37.5.)
Abbildung 37.3. Die Struktur von Myosin II.
Abbildung 37.4. Das Modell der Funktion von Myosin.
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Abbildung 37.5. Der vesikuläre Transport entlang Mikrofilamenten.
Organisation von Mikrofilamenten Actinbündel (Abb. 37.6.)
parallele Mikrofilamente werden mit actinbindenden Proteinen (z.B. Fimbrin, α-Actinin usw.) zusammengehalten z.B. Stressfasern, Microvilli
Actinnetzwerk flexible quervernetzende Proteine (z.B. Filamin) z.B. corticales Netzwerk
Abbildung 37.6. Die Struktur von Actinbündel (A) und Actinnetzwerk (B).
Zellmembran-Mikrofilament-Verbindung z.B. Adhäsionsplaque, Gürteldesmosomen Duchenne-Muskeldystrophie
X-chromosomal rezessiver Erbgang Abwesenheit von Dystrophin → progressive Muskeldegeneration → Tod Dystrophin - verankert die Mikrofilamente zu der Zellmembran (Abb. 37.7.) spezielle actinhaltige Strukturen
Epidermolysis bullosa simplex Mutation von den Cytokeratingenen
familiäre Kardiomyopathie Mutation von den Desmingenen
amyotrophische Lateralsklerose (Lou Gehrig-Krankheit) Ätiologie: multiple genetische Faktoren und Umweltfaktoren
kann durch Mutation von Neurofilamentgenen verursacht werden → Aggregate von Neurofilamenten in Motoneuronen → progressiver Verlust von Motoneuronen → Muskelatrophie, Paralyse
Abbildung 38.1 Die Struktur von Intermediärfilamenten.
ATP-getriebene Pumpen hydrolysieren ATP Ionpumpen der Klasse P (P-Typ ATPase)
werden phosphoryliert im Verlauf des Transportprozesses z.B. Na+K+ ATPase (Na+-K+-Pumpe), (Fig. 41.3.)
α2β2 Tetramer Bindung von 3Na+-Ionen → Phosphorylierung → Auswärtstransport von Na+ Ionen → Bindung von 2K+→ Dephosphorylierung → Einwärtstransport von K+ Ca++ ATPase
unterstützen niedrige Ca++ Konzentration in Cytosol
Figure 41.3 Mechanismus der Aktion der Na+-K+-Pumpe.
Ionpumpen der Klasse V (V-Typ ATPase) Protonpumpen (z.B. Lysosomen, Endosomen)
Ionpumpen der Klasse F (F-Typ ATPase) F0F1-Komplex (z.B. in Mitochondrien) funktioniert als ATP-Synthase
ABC-Proteine z.B. Multidrugtransportproteine (MDR) (Fig. 41.4.)
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Figure 41.4. Die Struktur des Multidrug-Transportproteins. Ion-dependent transporters
Cotransporter aktiver Transport von eines Moleküls ist mit passiver Transport von eines Iones verbindet
z.B. Na+/Glucose Symportprotein Transport von Glucose durch Epithelzellen (Fig. 41.5.)
Figure 41.5. Transport von Glucose durch Darmepithelzellen.
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42. VERBINDUNGEN ZWISCHEN DIE ZELLMEMBRAN UND DIE EXRACELLULÄRE MATRIX
(kleine Alberts: 641-650 Lodish:1055-1072)
Extracelluläre Matrix Funktionen: - bildet ein Gerüst (scaffold) zwischen Zelle
- Morphogenese - bestimmt die Gestalt der Zellen - ist beteiligt an Signalübertragung - kann Genexpression beeinflussen
Proteine, welche in Membran-Matrix Verbindungen teilnehmen (Fig. 42.1.) - Kollagene - Proteoglykane - multiadhäsive Proteine - Integrine
Figure 42.1. Verbindungen zwischen die Zellmembran und extracelluläre Matrix. Kollagene fibrilläre Proteine tripelhelikale Struktur (Fig. 42.2.) enthalten hydroxylierte Aminosäuren
Figure 42.3. Die tripelhelikale Struktur von Kollagen fibers. werden synthetisiert am endoplasmatischen Reticulum → Translokation ins Lumen (lösliche Prokollagen) → Hydroxylierung, Glycosylierung → Tripelhelix → Golgi-Apparat → Exocytose →
Zelloberflächenproteoglykane (Fig. 42.5.) z.B. Syndecan
Fibroglycan
Figure 42.5 Zelloberflächenproteoglykane.
Multiadhäsive Proteine bindet sich mit Zelloberflächerezeptoren, Kollagene, Proteoglykane z.B. Laminin in Basallamina
Fibronectin in Bindegewebe Integrine (Fig. 42.6.) Transmembranproteine Rezeptorproteine αβ Heterodimere
sind stark/hoch gewebespezifisch binden sich zu den Aktinfilamente (Fokalkontakte) binden sich zu den intermediäre Filamente (Hemidesmosome) abnormale Integrine
in: Tumore Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD)
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Figure 42.6 Verbindungen der Integrine mit Bestandteile der extrazelluläre Matrix und des
Cytoskeletts.
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43. SIGNALÜBERTRAGUNG I: SIGNALMOLEKÜLE UND IHRE REZEPTOREN
(Molekulare Zellbiologie: Seiten 917-922,429)
Phasen der Signalübertragung (Signaltransduktion) interzelluläre und intrazelluläre Signalisierung signalgenerierende Zelle → Ligand → Zielzelle → intrazelluläre Signalisierung →
biologische Antwort Die Typen der chemischen Signalisierung (Abb. 43.1.) endocrine Signalisierung
Ligand: Hormon Der Blutstrom ist beteiligt
parakrine Signalisierung Ligand: lokale chemische Mediatoren
juxtakrine Signalisierung Ligand: Zelloberflächenprotein direkte Kontakt zwischen Zellen
autokrine Signalisierung die sekretorische und die Zielzelle ist die selbe z.B. manche Tumorzellen
intrakrine Signalisierung der Ligand und der receptor sint beide intrazellulär (Orphan-rezeptoren, verwaiste
Rezeptoren) gehören zur Steroidrezeptorfamilie funktionieren als ligandaktivierte Transkriptionsfaktoren regulieren Gene von Triglycerid-, Gallensäuren- und Xenobiotika-Stoffwechsel
Abbildung 43.1. Die Arten der chemischen Signalisierung: A. endokrine; B. parakrine; C. juxtakrine; D. autokrine; E. intrakrine Signalisierung.
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Typen der Rezeptoren (Abb. 43.2.) intrazelluläre Rezeptoren
z.B. Tyrosin-Proteinkinase-Rezeptoren = Rezeptor-Tyrosin-Kinasen - Tyrosin-Kinase-gekoppelte Rezeptoren G-proteine GDP-bindender (inaktiver) und GTP-bindender (aktiver) Zustand heterotrimere G-Proteine
αβγ Untereinheiten Signalisierung durch heterotrimere G-Proteine (Abb. 44.2.)
Der Ligand bindet sich zu den Rezeptor → GDP/GTP Austausch auf der α-Untereinheit → α•GTP dissoziiert von βγ → stimuliert Effektorproteine → Hydrolyse von GTP durch GTPase der α-Untereinheit → α•GDP bindet sich zu den βγ-Dimer G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
heptahelikale Proteine
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Abbildung 44.2. Der Aktivations-Inaktivationszyklus von heterotrimeren G-Proteinen. (A. inaktiver
Zustand; B. Rezeptorstimulierung → Guaninnucleotidaustausch; C. α dissoziiert von βγ; D. Effektoraktivierung; E. GTP-Hydrolyse).
Der cAMP-Weg (Abb. 44.3.) z.B. β-adrenerger-Rezeptor-mediierte(vermittelte) Signalisierung
Bindung von Adrenalin → G-Protein → Adenylat-Cyclase → cAMP von ATP → (inaktiviert zu AMP durch cAMP- Phosphodiesterase) → Aktivierung von Proteinkinase A durch cAMP → Serin-/Threonin-Phosphorylierung von Zielproteine (z.B. Enzyme,
Membranproteine, Transkriptionsfaktoren) CREB = cAMP response element binding protein Gs- und Gi-Proteine
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Abbildung 44.3. Der cAMP-Signalweg. Der Inositol-Phospholipid-Weg (Abb. 44.4., Abb. 44.5.) z.B. Acetylcholin im exokrinen Pankreas
Bindung zu Rezeptor → Gq-Protein → Phospholipase C → Hydrolyse von Phosphatidylinositol-bisphosphat (PIP2) zu Diacylglycerin (DAG) und Inosit-
trisphosphat (IP3) DAG → Proteinkinase C → ZielProteine
JNK-Weg (Abb. 46.1.) = c-Jun N-terminale Kinase JNK phosphoryliert c-Jun im AP-1 Komplex
Abbildung 46. MAPK Signalübertragungswege in Säugetierzellen. (Nur die Namen der wichtigsten
Komponenten sind hier gezeigt.)
NFκB-Weg (Abb. 46.2.) Transkriptionsfaktorfamilie Sequestriert (zurückgezogen, abgeschlossen) im Cytoplasma durch IκB Stress → IκB-Kinase → Phosphorylierung und Abbau von IκB → NFκB-Translokation
in den Zellkern → Genaktivierung
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Cytokin-Signalisierung Cytokinfamilie
polypeptide Liganden z.B. Interferone, Interleukine, Erythropoetin, Somatotropin (growth hormone), Prolactin
Der Mechanismus der Signalisierung (Abb. 46.3.) Ligandenbindung → Rezeptordimerisierung → Bindung von cytosolischer (non-)nicht-
Rezeptor-Tyrosin-Kinase (z.B. JAK = Janus-Kinase) → JAK-Phosphorylierung → Bindung von SH2- enthaltenden STAT-Proteinen (= Signaltransduktor und Aktivator der Transkription)→
STAT dimer → Translokation in den Zellkern → Induktion der Zielgene