CHAPTER 15 Cell signaling and communication

1. CHAPTER 15 Cell signaling and communication

2. Cellsignalering • signal binds till (eller detekteras av) en receptor • Signaltransduktion inne i cellen • Cellulär respons Signalen kan vara • kemisk (en molekyl eller en jon, t.ex. ett hormon, en nutrient, koldioxid) • fysikalisk (t.ex. ljud, ljus, tryck) Receptorn kan finnas - i plasmamembranen - inne i cellen Olika celler har olika uppsättningar av receptorer och kan därför ta emot olika signaler.

3. figure 15-05.jpg 15.5 Figure 15.5

4. Signaler är centrala i allt levande. Med hjälp av signaler regleras t.ex. • genexpression • proteinaktivitet • metabolism  upprätthållande av cellens normala livsfunktioner  differentiering  celldelning  migration  programmerad celldöd ...

5. Intercellulär signalering • Indirekt m.hj.a. kemiska budbärare • autokrin signalering • parakrin signalering • endokrin signalering • Direkt • djurceller: gap junctions • växtceller: plasmodesmata

6. figure 15-01a.jpg 15.1 – Part 1 Figure 15.1 – Part 1

7. figure 15-01b.jpg Endokrin signalering 15.1 – Part 2 Figure 15.1 – Part 2

8. figure 15-18.jpg 15.18 Figure 15.18

9. figure 15-19.jpg 15.19 Figure 15.19

10. Signaltransduktion • Då en ligand binder till en receptor på cellens utsida, överförs signalen till insidan av cellen genom konformationsförändringar i receptorn. • Direkt signaltransduktion sker i cellmembranen. Receptormedierad aktivering av effektorn är tillräckligt för att framkalla en effekt. • Indirekt transduktion är mycket vanligare. Effektorn bildar sekundära budbärare, som för signalen vidare.

11. figure 15-10a.jpg 15.10 – Part 1 Figure 15.10 – Part 1

12. figure 15-10b.jpg 15.10 – Part 2 Figure 15.10 – Part 2

13. Bindning av ligand till receptor • Liganden binder reversibelt till receptorn • signalen upphör då ligandkoncentrationen minskar • Receptorns affinitet för liganden är specifik för varje receptor-ligand-par • detta påverkar hur stor koncentration av liganden som är effektiv

14. Inhibitorer • Kompetitiva inhibitorer binder till samma ställe som liganden. • Icke-kompetitiva (allosteriska) inhibitorer binder till ett annat ställe, men ändrar på receptorns konformation så att liganden inte kan binda. • Inhibitorer kan utnyttjas som verktyg i receptorforskning. • Många mediciner är inhibitorer.

15. Olika typer av receptorer Cytoplasmiska receptorer har opolära ligander. • t.ex. steroidreceptorer Transmembranreceptorer har polära ligander. • jonkanaler • kinasreceptorer • G-proteinkopplade receptorer

16. figure 15-06.jpg 15.6 Figure 15.6

17. figure 15-07.jpg 15.7 Figure 15.7

18. figure 15-08a.jpg 15.8 – Part 1 Figure 15.8 – Part 1

19. figure 15-08b.jpg 15.8 – Part 2 Figure 15.8 – Part 2

20. figure 15-08c.jpg 15.8 – Part 3 Figure 15.8 – Part 3

21. Sekundära budbärare-fungerar som kofaktorer eller allosteriska regulatorer

22. cAMP-signalering • En ligand binder till en G-proteinkopplad receptor • G-proteiner kan antingen aktivera eller inhibera adenylatcyklas • Adenylatcyklas katalyserar reaktionen ATP  cAMP • cAMP reglerar proteinkinasers och jonkanalers funktion genom att binda till dem och ändra deras konformation • cAMP reglerar gentranskription

23. figure 15-12.jpg 15.12 Figure 15.12

24. Inositoltrifosfat (IP3) och diacylglycerol (DAG) • Aktiverade G-proteinkopplade receptorer aktiverar fosfolipas C (PLC). • PLC hydrolyserar fosfolipiden fosfatidylinositoldifosfat (PIP2), som finns i cellmembranen. Det bildas IP3 och DAG. • IP3 frigör kalciumjoner från intracellulära förråd genom att öppna kalciumkanaler i endoplasmatiska nätverket. • DAG och Ca2+ tillsammans aktiverar proteinkinas C.

25. figure 15-13.jpg 15.13 Figure 15.13

26. Kalciumsignalering (1) • Kalciumjoner påverkar ett flertal processer i cellerna. • Ca2+ koncentrationen i cytoplasman är normalt ca 0,1 mikromol/l. • Koncentrationen utanför cellen är ca 1 mmol/l.  stor koncentrationsgradient

27. Kalciumsignalering (2) • Cellen måste aktivt pumpa ut Ca2+ för att hålla kalciumkoncentrationen i cytoplasman låg. Detta kräver mycket energi. • Cellen lagrar också Ca2+ i intracellulära förråd (ER, mitokondrier). • Olika signaler kan öppna kalciumkanaler i ER och cellmembranen  stora mängder Ca2+ flödar in. • Ca2+ kan binda till kalciumkanaler och öppna dem – positiv feedback.

28. Kalciumsignalering (3) • Kalciumjonerna påverkar aktiviteten hos flera olika proteiner, t.ex. • Proteinkinas C • kalmodulin • En ökning i intracellulärt kalcium aktiverar kalciumpumpar i cellmembranen, och en normal cellulär kalciumnivå återupprättas. Då är cellen igen mottaglig för en ny signal.

29. Kväveoxid (NO) • NO är en gas, och en mycket instabil molekyl i cellen. • Relativt nyupptäckt sekundär budbärare. • En ökning i intracellulärt Ca2+ aktiverar kväveoxidsyntas (NOS), som producerar NO. • NO stimulerar syntes av cGMP. • Känd effekt: relaxering av glatt muskulatur i blodkärlsväggar. Förklaring till varför nitroglycerin kan användas som medicin vid hjärtfel (blodflödet till hjärtat ökar).

30. figure 15-15.jpg 15.15 Figure 15.15

32. Kinaskaskader • En proteinkinaskaskad är en direkt signaltransduktion där ett stort antal kinaser aktiverar varandra sekventiellt. • Information från cellmembranen till kärnan • Fördelar: • amplifiering • Flera steg  flera regleringsmöjligheter. Olika celler kan reagera olika på samma signal beroende på vilka komponenter de har och i vilka proportioner

33. figure 15-11.jpg 15.11 Figure 15.11

34. Viktiga egenskaper hos signalkaskader • Snabb respons som amplifieras • Snabb återhämtning, så att cellen är mottaglig för en ny signal • G-proteiner deaktiveras av GTPaser • Ca2+ pumpas ut • NO bryts ner • cAMP hydrolyseras • IP3 och DAG metaboliseras • Fosforylerade proteiner defosforyleras av specifika enzym  Strikt kontroll !!!!

35. Effekter • Gentranskriptionen förändras • Membrankanaler öppnas • Enzymaktiviteter förändras  upprätthållande av cellens normala livsfunktioner  differentiering  celldelning  cellrörelser  syntes av cellprodukter, t.ex. hormoner  programmerad celldöd .....

36. figure 15-16a.jpg 15.16 – Part 1 Figure 15.16 – Part 1

37. figure 15-16b.jpg 15.16 – Part 2 Figure 15.16 – Part 2

38. figure 15-16c.jpg 15.16 – Part 3 Figure 15.16 – Part 3

39. figure 15-17.jpg 15.17 Figure 15.17