Acetylcholin: acetum = Essig, χολή = Galle (Cholin 1849 in Schweinegalle entdeckt)
Die
Kommunikation zwischen Zellen kann über
Signalstoff-Rezeptor-Interaktion (Sender-Empfänger-Prinzip) oder
direkte Schaltstellen (z.B. gap junctions)
erfolgen. Letztere erlauben Stromflüsse zwischen Zellen (Übertragung
von Aktionspotentialen, z.B. im Herzmuskel) und interzellulären Austausch von
Molekülen. Rezeptoren in der Zellmembran oder im Zellinneren sind Moleküle, die Information aus dem extrazellulären Raum aufnehmen, indem sie Signalstoffe binden und zelluläre Sekundärprozesse auslösen. Je nach Funktionstyp unterscheidet man u.a. -- Direkt enzymatisch aktive Rezeptoren, sie dimerisieren nach Bindung ihres Bindungspartners (Insulin, ANF..) und haben an der Zellinnenseite Enzymfunktion (Tyrosinkinase, Guanylatzyklase). Das kann Transkriptionsvorgänge, eventuell auch Zellteilung bewirken -- Ionotrope Rezeptoren, z.B. für Neurotransmitter - 4 oder 5 Proteine bilden zusammen einen Ionenkanal, dessen Permeabilität ligandenabhängig ist -- Metabotrope Rezeptoren sind sehr häufig (~80% aller transmembranalen Signalmeldungen): Es sind G-Protein-gekoppelte (GTP-bindende) Rezeptoren, die auf verschiedenste Reize reagieren (Geruchsstoffe, Licht, Transmitter, Aminosäuren, Proteohormone..) -- Nukleäre Rezeptoren sind intrazellulär, binden nach Anlagerung ihrer Hormone (Steroide, Schilddrüsenhormone) an hormone response elements der Zielgene oder andere Transkriptionsfaktoren, und können viele Gene gleichzeitig beeinflussen. |
Rezeptortypen Nach Rang & Dale's Pharmacology, 9th ed. 2020 (Elsevier) |
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Ligandengesteuerter Ionenkanal (ionotroper oder Typ-1- Rezeptor) |
G-Protein-gekoppelt (metabotroper oder Typ-2- Rezeptor) |
Enzym: Rezeptorkinase (Typ-3- Rezeptor) |
Nukleärer Rezeptor (Typ-4- Rezeptor) |
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wo? |
Membran |
Membran |
Membran |
intrazellulär |
Effektor |
Ionenkanal |
Kanal oder Enzym |
Proteinkinase |
Gentranskription |
Kopplung |
direkt |
G-Protein oder Arrestin |
direkt |
über DNA |
Beispiele: Rezeptoren für |
Acetylcholin (nikotinisch) GABAA |
Acetylcholin (muskarinisch) Acetylcholinrezeptor Katecholamine |
Insulin Wachstumsfaktoren Zytokine |
Steroide |
Struktur |
Untereinheiten um zentrale Pore (oligomer) Rezeptordomäne extrazellulär |
Heptahelikal, mono- oder oligomer, G-Protein-Kopplung intrazellulär Rezeptordomäne extrazellulär |
Einfach transmembranal, Kinasedomäne intrazellulär Rezeptordomäne extrazellulär |
Monomer, mit Rezeptor- und DNA-bindender Domäne |
Drei Hauptklassen metabotroper Rezeptoren Nach Rang & Dale's Pharmacology, 9th ed. 2020 |
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Klasse |
Rezeptoren |
Strukturelle Merkmale |
A: Rhodopsin- Familie |
Größte Gruppe, Rezeptoren für die meisten Amin-Neurotransmitter, viele Neuropeptide, Purine, Prostanoide, Glucagon, Calcitonin |
Kurzer N-terminaler extrazellulärer Anteil, Ligand bindet an Transmembranhelices (Amine) oder extrazelluläre Schleifen (Peptide) |
B: Sekretin- / Glukagonrezeptor- Familie |
Peptidhormonrezeptoren (Sekretin, Glucagon, Calcitonin etc) |
Ligandenbindende Domäne auf extrazellulärer Zwischensequenz |
C: Metabotrope Glutamatrezeptor- / Calciumsensor- Familie |
Kleine Gruppe; Metabotrope Glutamatrezeptoren, GABAB-Rezeptoren, Ca++-sensing receptors |
Langer extrazellulärer Anteil mit ligandenbindender Domäne |
Wichtigste G-Protein-Subtypen und ihre Funktion Nach Rang & Dale's Pharmacology, 9th ed. 2020 |
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Subtyp |
Effekte |
Gαs | Anregung der Adenylylcyclase (Bildung von cAMP) |
Gαi | Hemmung der Adenylylcyclase |
Gαo | vermutlich über βγ |
Gαq | Aktivierung von Phospholipace C (mehr IP3 / DAG), Freisetzung Ca++, Aktivierung Proteinkinase C |
Gα12/13 | Aktivierung von Rho-Kinase (ROCK1, Protein mit vielfachen Funktionen) |
Gβγ | Aktivierung von Kaliumkanälen Hemmung spannungsgesteuerter Calciumkanäle Aktivierung von GPCR-Kinasen Interaktion mit Adenylylcyclase / PLC |
Ankerverbindungen Nach Alberts et al, Molekularbiologie der Zelle, 6. Aufl. 2017 |
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Art |
Transmembranes Adhäsionsprotein |
Extrazellulärer Ligand |
Intrazelluläre Verbindung |
Intrazelluläre Adapterproteine |
Adhärente Verbindung |
Klassische Cadherine |
Cadherin auf Nachbarzelle |
Aktin- filamente |
Catenine (α, β), Vinculin u.a. |
Desmosomen |
Nichtklassische Cadherine |
Nichtklassische Cadherine auf Nachbarzelle |
Intermediär- filamente |
γ-Catenin, Vinculin u.a. |
Aktinverknüpfte Zell-Matrix- Verbindungen |
Integrin |
Extrazelluläre Matrixproteine |
Aktin- filamente |
Talin, Vinculin u.a. |
Hemi- desmosomen |
Integrin, Kollagen (Typ XVII) |
Extrazelluläre Matrixproteine | Intermediär- filamente |
Plektin u.a. |
Rezeptormoleküle in der Zellmembran reagieren auf Schlüsselreize und lösen zelluläre Reaktionen aus. Zellen beeinflussen einander
über Veränderungen des Membranpotentials oder der Konzentration
intrazellulärer Signalstoffe. Es gibt in der Zellmembran verankerte (extrazelluläre, transmembranale, intrazelluläre Domäne; Angrifspunkt für Proteo- / Peptidhormone, Neurotransmitter, Katecholamine; bewirken
Signalverstärkung und wirken rasch) und intrazelluläre Rezeptoren (für fettlösliche Hormone; wirken über Transkription und Translation) Rezeptoren werden nach verschiedenen Kriterien eingeteilt (Struktur, Position, Wirkungsmechanismus, Signalweg): Enzymatisch aktive Rezeptoren (z.B. Insulinrezeptor), Ionenkanäle (z.B. Glutamatrezeptor), G-Protein-gekoppelte (z.B. muskarinischer Rezeptor), nukleäre (z.B. Östrogenrezeptor). Die Bindung einen "agonistischen" Signalstoffs an einen Rezeptor führt zu Konformationsänderungen, die Ionen durch die Membran treten lassen, second messenger freisetzen, Enzyme aktivieren und/oder die Ablesung von Genen (in)aktivieren. Bindung eines Antagonisten blockiert den Rezeptorweg Interzelluläre Kontakte dienen der mechanischen Festigkeit und Anheftung (Desmosomen) sowie Verbindungen zwischen Zellen und extrazellulärer Matrix (Integrine etc); der Abdichtung (tight junctions: Permeabilität, Siebeffekt, selektive Diffusion, Erhaltung der Zellpolarität - apikal / basolateral: "Zaunfunktion"); oder der Verbindung der Zellinnenräume (gap junctions mit Connexonen: Elektrische Brücke, Stoff- und Informationsaustausch). Signalstoffe, Membranpotential, pH-Wert und Ca++-Konzentration beeinflussen die Durchlässigkeit von gap junctions |