Samenvatting Moleculaire Biologie Deeltoets 2 Leerdoelen Uitgewerkt

Leerdoelen MolBio Deeltoets 2
H9. Cel signalering
De studenten kunnen aangeven hoe cellen kunnen communiceren en hoe zij een respons
geven op bepaalde signalen.
• Cellen kunnen communiceren met andere cellen en reageren op de signalen die ze
van andere cellen en hun omgeving krijgen
• Signalen zijn meestal chemische verbindingen
• Identieke mechanismen voor cel-communicatie bij verschillende soorten en bij
verschillende processen

Evolutie van cel signalering
Communicatie bij bacteriën:
• Populatiedichtheid
• Quorum sensing: genexpressie aanpassen op populatiedichtheid
• Nutriënten beschikbaarheid

Communicatie bij eencellige eukaryote
• Gist
• Haploid a en alfa
• Mating factors (korte stukjes peptite)
• Vanuit 1-cellige ge-evolueerd naar signalering in meercellige

Verschillende vormen van cel communicatie:
 Cell-oppervlak communicatie
o GPCR’s (G protein-coupled receptors) (blz220)
o RTKs (Receptor tyrosine kinases) (blz221)
o Ligand-gated ion channels (blz222)

De studenten weten dat communicatie tussen cellen op lokale afstand kan plaatsvinden,
maar ook over grote afstanden (via bijvoorbeeld groeifactoren en hormonen).
Communicatie door direct contact
• Cell junctions
o Gap junctions (dierlijke cellen)
o Plasmodesmata (plantencellen)
o Stoffen kunnen diffunderen door de kanaaltjes
 Cell-cell herkenning
o Moleculen op de oppervlakte van cellen binden aan elkaar
o Signaal wordt doorgegeven aan de binnenkant van de cel
Communicatie door uitgescheiden moleculen
• Lokaal
o paracrien: een lokale regulator uitscheiden en dat bind aan cellen in de buurt
(ook autocrien: signaleert zichzelf)
o Synaptisch
• Lange afstand
o Endocrien
o Signaalstof is hormoon

1

,Studenten kunnen de drie stadia van cel signalering aangeven (receptie, transductie en
respons).
3 stappen van cel signalering
Signaal bereikt de cel, 3 stappen die leiden tot reactie in cel
 Ontvangst (receptie)
 Transductie (doorgeven) (door relay molecules)
 Respons

Studenten kunnen aangeven dat een signaal molecuul bindt aan een specifiek
receptoreiwit wat leidt tot een conformatie verandering in de receptor.
Receptoren
 Binding signaal molecuul (ligand) en receptor is zeer specifiek
 Receptor veranderd van conformatie (vormverandering) na binden ligand
 Meestal receptoren in plasmamembraan

Studenten weten het verschil tussen een hydrofoob signaal molecuul en hydrofiel signaal
molecuul.
Meeste signaalsystemen werken via membraan-verankerde receptoren omdat liganden
meestal hydrofiel zijn en dus de celmembraan niet kunnendoorkruisen.
Er zijn echter sommige uitzonderingen van signaal moleculen die wel hydrofoob zijn en dus
de celmembraan kunnen doorkruisen en vervolgens binden met intracellulaire receptoren:
 NO (klein genoeg)
 Steroïdhormonen (lipofiele hormonen)
 Thyroid hormonen

Studenten weten dat een hydrofoob signaal molecuul bindt aan een receptor in
cytoplasma en dat deze receptor een transcriptie factor kan zijn of een enzym.
Hydrofoob signaal moleculen kunnen het membraan doorkruisen en vervolgens binden met
intracellulaire receptoren. Deze intracellulaire receptoren kunnen transcriptie factoren (een
eiwit dat bindt aan een promotor van een gen) en enzymen zijn.

Studenten kunnen uitleggen dat sommige cellen dezelfde receptoreiwitten hebben, maar
dat verschillende eiwitten tot verschillende responses leiden (verschillende paden kunnen
dezelfde moleculen gebruiken).
Tyrosine kinase receptoren (RTK)
 De receptor is een kinase
 1 receptor kan meerdere routes in de cel aanzetten (GPCR maar 1)
 Veel groeifactoren werken via deze receptoren
 Betrokken bij kanker (als ze functioneren zonder signaalmoleculen)
Werking RTK
 Systeem bestaat uit 2 receptoren
 Dimerization: Ligand bindt, brengt 2 receptoren samen en vormt zo een dimeer
 Dimerization activeert de tyrosine kinase regio van elk monomeer.
 Elk tyrosine kinase voegt een fosfaat van ATP-molecuul toe aan een tyrosine die aan
de staart van het andere monomeer zit: cross-fosforylatie
 Gefosforyleerde receptoren binden relay molecule die het signaal doorgeven
Boek blz 221

2

,Studenten weten wat een G-eiwit-gekoppelde receptor is, en kennen de route van
signalering van dit systeem.
G-eiwit gekoppelde receptoren (GPCR)
 Zeer veel verschillende GPCR’s +800
 Betrokken bij vele processen (bijv geur, gevoel, zicht etc)
 60% van medicijnen grijpen aan op een GPCR
 7 transmembraan a-helices
 G-Eiwit is een eiwit dat het energierijke GTP-molecuul bindt
 G-eiwit zit vast aan het membraan aan de cytoplasmatische kant, maar kan zich wel
bewegen
 G-eiwit werkt als een moleculaire schakelaar dat of aan of uit staat.
o Inactief: GDP gebonden aan het G-eiwit
o Actief: GTP gebonden aan het G-eiwit
 G-eiwit werkt samen met een enzym

Werking GPCR
 Een signaalmolecuul bindt aan de extracellulaire kant van het GPCR
 De receptor is geactiveerd en veranderd van vorm.
 De cytoplasmatische kant van het GPCR bindt met een inactief G-eiwit.
 Het G-eiwit vervangt het GDP voor een GTP waardoor het G-eiwit geactiveerd is.
 Het geactiveerde G-eiwit laat los van het GPCR, diffuseert over het membraan en
bindt aan een enzym. Het enzym wordt hierdoor geactiveerd.
 Als het enzym geactiveerd is kan het zorgen voor een cellular respons
 De veranderingen in het enzym en G-eiwit zijn tijdelijk
 G-eiwit werkt ook als GTPase
 Het G-eiwit: hydrolyseert het gebonden GTP tot GDP en Pi
 Het G-eiwit verlaat het enzym en komt weer in zijn inactieve status
Boek Blz 220

Extra info:
Moleculaire schakelaars
Schakelaar 1: G-eiwit
 Uit: GDP gebonden
 Aanzetten: GDP loslaten, GTP binden (door GEF: Guanine Exchange Factor)
 Aan: GTP gebonden
 Uitzetten: GTP-hydrolyse naar GDP + Pi (door G-eiwit zelf na verloop van tijd)
Schakelaar 2: fosforylering
 Uit: ongefosforyleerdt
 Aanzetten: fosfaat overgedragen van ATP naar eiwit (+ADP) (door Kinase)
 Aan: Fosfaat (P) gebonden
 Uitzetten: fosfaat verwijderd (door fosfatase)




Studenten kunnen aangeven hoe een G-eiwit geactiveerd en geïnactiveerd wordt.

3

, Schakelaar: G-eiwit
 Uit: GDP gebonden
 Aanzetten: GDP loslaten, GTP binden (door GEF: Guanine Exchange Factor)
 Aan: GTP gebonden
 Uitzetten: GTP-hydrolyse van GTP naar GDP + Pi (door G-eiwit zelf na verloop van
tijd)

Studenten weet wat het enzym Guanosine exchange factor en de GTPase doen.
Een GTPase: is een enzym dat GTP kan hydrolyseren tot GDP en Pi
Guanosine exchange factor (GEF): stimuleert het loslaten van GDP zodat GTP kan binden.
Het vervangt dus het GDP voor GTP

Studenten kennen de signaaltransductie route die leidt tot verhoging van cAMP in de cel.
cAMP kan verhoogd worden door adenylyl cyclase die geactiveerd kan worden door
Epinepherine

Epinepherine (adrenaline)
 Bindt aan GPCR
 G-eiwit wordt geactiveerd en activeert vervolgens adenylyl cyclase
 Adenylyl cyclase zet ATP om in cAMP
 cAMP dient vervolgens als een 2nd messenger en kan dus andere eiwitten activeren
 PKA (protein kinase A)
 Respons
Cyclisch AMP (cyclisch adenosine monophosphate)
 Cyclisch AMP (cAMP) veel gebruikte second messenger
 Geproduceerd door adenylyl cyclase
 Afgebroken door phosphodiesterase
 cGMP ook second messenger > spier relaxed
Boek blz 226

Studenten kennen de signaaltransductie route die leidt tot verhoging van de Ca 2+
concentratie in de cel.
Ca2+ concentratie kan verhoogd worden door activatie van phospholipase C die geactiveerd
kan worden door een G-eiwit
Phospholipase C (PLC)
 Signaal molecuul bindt aan GPCR en activeert hiermee een G-eiwit
 Het G-eiwit activeert Phospholipase C
 Phospholipase C deelt PIP2 (plasmamembraan fosfolipide) in DAG en IP3
 DAG functioneert als 2nd messengerd voor andere pathways
 IP3 bindt aan IP3-gated calcium kanaal in het ER-membraan waardoor het kanaal
opent.
 Ca2+ vloeit uit het ER (met concentratie gradiënt mee). Wat zorgt voor een toename
van het Ca2+ level in het cytosol.
 De Ca2+ ionen activeren de volgende eiwitten voor signaal pathways
Boek blz227
Ca2+ als second messenger
 Veel gebruikte 2nd messenger

4