Medieret transport, endo/exocytose, signalering, second messenger kaskader

hvad gør de hydrofile signalstoffer for at passere mebranen?

de binder til en receptor der sidder i membranen

hvad gør de fedtopløselige signalstoffer for at passere membranen?

diffundere direktre gennem membranen og binder til intracellulære receptorer i cytosol eller cellekern

hvad gør ligandbinding?

udløser konformationsændring i receptorproteinet som aktiverer det. der igangsættes en kæde af intracellulære begivenheder - signaltranduktion, som fører til cellens respons

beskriv endocytose

er en receptormedieret clathrin vej:

En ligand binder til sin specifikke receptor på celleoverfladen → receptoren rekrutterer clathrin på indersiden af membranen.

• Clathrin samles under membranen → membranen begynder at bøje indad og danner en clathrin-belagt grube.

• Gruben afsnøres → der dannes en clathrin-belagt vesikel inde i cellen.

  • Liganden befinder sig nu inde i vesiklen, mens receptoren sidder i vesiklens membran med liganden bundet til sig.

• Vesiklen fusionerer derefter med et tidligt endosom.

  • Det sure miljø i endosomet får liganden til at slippe receptoren.

  • Liganden ligger nu frit inde i endosomet, mens receptoren fortsat sidder i membranen.

hvad sker der med receptoren efter den bliver sluppet?

Herefter kan receptoren enten:

• sendes tilbage til cellemembranen → genbruges.

• eller sorteres videre sammen med liganden til lysosomet → nedbrydes enzymatisk.

hvad sker der ven pinocytose?

Pinocytose er en uspecifik form for endocytose → cellen optager væske, vand og opløste stoffer fra det ekstracellulære rum.

• Der kræves altså ikke, at et bestemt stof først binder til en receptor.

• Det er en slags “bulk-optagelse”, hvor cellen tager en portion af den omgivende væske ind.

beskriv vesikelcyklussen ved en synapse

• 
  

• Vesiklen er fyldt med neurotransmitter og bevæger sig hen til den aktive zone i den præsynaptiske terminal.

• Vesiklen dockes og “primes” ved hjælp af SNARE-proteiner.

  • Docking = vesiklen placeres helt tæt på cellemembranen.

  • Priming = vesiklen gøres klar til hurtigt at fusionere med membranen.

• Når et aktionspotentiale når den præsynaptiske terminal, åbnes spændingsafhængige Ca²⁺-kanaler → Ca²⁺ strømmer ind.

• Ca²⁺ udløser exocytose → vesiklens membran fusionerer med plasmamembranen → neurotransmitteren frigives ud i den synaptiske kløft.

• Nu er vesiklens membran blevet en del af plasmamembranen. Den skal derfor hentes tilbage, så nervecellen ikke hele tiden får mere og mere membran.

• Membranen tages ind igen ved clathrin-medieret endocytose. Clathrin hjælper membranen med at bukke indad og danne en ny vesikel.

• Dynamin “klipper” den nye vesikel fri fra plasmamembranen.

• Clathrinlaget fjernes igen → vesiklen kommer ind i en genbrugspulje.

• Vesiklen kan nu fyldes med neurotransmitter igen → dockes og primes på ny → klar til endnu en omgang.

Hvordan kan cellen regulere, hvor følsom den er over for et signalstof

• ved at ændre antallet af receptorer på celleoverfladen.

• Nedregulering sker ved langvarigt høje koncentrationer af et signalmolekyle → cellen reducerer antallet af receptorer på overfladen.

  • Signalmolekylet binder til receptoren → signalmolekyle-receptor-komplekset optages ved endocytose.

  • Receptoren kan derefter enten nedbrydes i lysosomet eller opbevares inde i cellen til senere brug.

  • Færre receptorer på celleoverfladen → cellen reagerer mindre på signalstoffet → desensibilisering.

• Opregulering sker ved langvarigt lave koncentrationer af signalmolekylet → cellen øger antallet af receptorer på overfladen.

  • Cellen kan have receptorer liggende klar i intracellulære vesikler.

  • Vesiklerne fusionerer med cellemembranen ved exocytose → receptorerne indsættes i cellemembranen.

  • Derfor behøver cellen ikke nødvendigvis først at danne helt nye receptorer.

  • Flere receptorer → cellen bliver mere følsom over for signalstoffet → kan føre til hypersensitivitet.

Hvordan kan signalering hurtigt øge antallet af transportproteiner i cellemembranen?

• Insulin binder til insulinreceptoren, som er en receptor-tyrosinkinase → receptorens kinaseaktivitet aktiveres.

• Insulinreceptoren fosforylerer IRS (insulinreceptorsubstrat).

• Fosforyleret IRS aktiverer PI3K → PI3K omdanner PIP2 til PIP3 i cellemembranen.

• PIP3 aktiverer PDK1 → PDK1 fosforylerer og aktiverer AKT (proteinkinase B).

• Aktiveret AKT udløser translokation af GLUT4-holdige vesikler:

  • Vesiklerne bevæger sig fra deres intracellulære lager mod plasmamembranen.

  • Vesiklerne fusionerer med plasmamembranen → GLUT4 indsættes i membranen.

Så hvad gør det at der er flere GLUT4-transportører i membranen?

mere glukose kan transporteres fra blodet ind i cellen ved faciliteret diffusion.

• Dette sker især i muskel- og fedtvæv.

• Resultatet er øget glukoseoptagelse → bidrager til at sænke blodsukkeret.

hvilke ruter gennem epitel findes og beskriv dem

transcellulære vej: Her passerer stoffet gennem den apikale membran og ud gennem den basolaterale membran

paracellullære vej: stoffet passere mellem epitelcellerne, gennem tight junctions

beskriv aktiv natriumtransport gennem en epitelcelle

• Først diffunderer Na⁺ passivt ind gennem den apikale Na⁺-kanal. Det sker med den elektrokemiske gradient. Det betyder, at Na⁺ både bevæger sig pga. sin koncentrationsforskel og den elektriske forskel over membranen. Derfor kræver denne del ikke ATP.

• Når Na⁺ er kommet ind i epitelcellen, bliver det derefter transporteret ud på blodsiden af Na⁺/K⁺-ATPasen, som sidder i den basolaterale membran.

• Na⁺/K⁺-ATPasen bruger ATP og transporterer:
  3 Na⁺ ud af cellen og 2 K⁺ ind i cellen.

• Her transporteres Na⁺ aktivt mod sin gradient. Det er derfor, der skal bruges ATP.

Så sliden viser egentlig:

Na⁺ → passivt ind i epitelcellen med sin elektrokemiske gradient → Na⁺/K⁺-ATPase → aktivt ud på blodsiden mod gradienten.

beskriv et eksempel med sekundær aktiv transport med na+

Na⁺/K⁺-pumpen har sørget for, at der er lav Na⁺-koncentration inde i cellen. Derfor vil Na⁺ gerne strømme ind i cellen med sin gradient.

• Na⁺ får lov til at strømme ind gennem en sekundær aktiv transportør. Men transportøren tager samtidig stoffet X med ind.

• X bliver transporteret mod sin egen gradient, altså fx fra lav → høj koncentration. Det kræver energi.

• Energien kommer ikke direkte fra ATP. Den kommer fra Na⁺, der bevæger sig med sin gradient. Derfor kaldes det sekundær aktiv transport.

• Der kan derfor ophobes rigtig meget X inde i cellen – faktisk mere end både i lumen og på blodsiden.

• På blodsiden kan X derefter bevæge sig ud af cellen ved faciliteret diffusion, fordi der nu er mere X inde i cellen end udenfor.

hvordan transporteres vand så?

• Der findes ikke en egentlig “vandpumpe” → vand transporteres ved osmose.

• Na⁺ og andre opløste stoffer transporteres fra lumen → gennem epitelcellen → ud i det interstitielle rum på blodsiden.

• Det betyder, at der kommer en højere koncentration af opløste stoffer på blodsiden → der dannes en osmotisk gradient.

• Vand følger derfor efter mod området med højere koncentration af opløste stoffer.

• Vand kan bevæge sig på to måder:

  • Paracellulært → mellem epitelcellerne gennem tight junctions.

  • Transcellulært → gennem selve epitelcellen, ofte via aquaporiner.

• Det kaldes solute-coupled water transport → transport af opløste stoffer skaber den osmotiske gradient, som får vand til at følge med.

hvad er celle-specifitet?

• forskellige celletyper kan reagere forskelligt på det samme signalstof.

• Et signalstof frigives og når frem til celle A, B og C → alle tre celler udsættes altså for det samme signalstof.

• Kun celle A har den specifikke receptor, som signalstoffet kan binde til → derfor reagerer kun celle A.

  • Celle B og C har andre receptorer → signalstoffet kan ikke binde → intet respons.

• Det kaldes selektiv ekspression → forskellige celletyper udtrykker forskellige receptorer.

• Selv hvis to celler har receptor for det samme signalstof, kan deres respons også være forskelligt → fordi de kan have forskellige intracellulære signaleringskaskader.

hvordan kommer der en respons fra fedtopløselige signalstoffer?

• de kan derfor diffundere direkte gennem plasmamembranen.

• Inde i cellen binder signalstoffet til en intracellulær receptor:

  • Receptoren kan befinde sig i cytosolen eller direkte i cellekernen.

• Liganden binder receptoren → receptoren ændrer form (konformationsændring) → receptoren aktiveres.

• Den aktiverede receptor påvirker gentranskriptionen → bestemte gener bliver aktiveret eller hæmmet.

  • Receptoren fungerer selv som eller aktiverer en transkriptionsfaktor.

  • Ændret transkription → ændret proteinsyntese → cellulært respons.

hvordan er hastigheden af signalveje med fedopløselige signalstoffer

• Responsen er langsom, fordi cellen først skal ændre transkriptionen og danne nye proteiner.

• Til gengæld er effekten ofte mere langvarig.

hvad er first og second messengere og hvad gør de?

First messenger = det signalstof, der kommer udefra og binder til receptoren på cellemembranen.

• Når first messenger binder til receptoren → receptoren aktiverer et intracellulært signalsystem.

• Dette kan føre til dannelse/frigivelse af second messengers inde i cellen.

• Second messenger fører signalet videre inde i cellen → aktiverer efterfølgende processer og skaber et cellulært respons.

hvordan kan second messengers give signalforstærkning (amplifikation)

Én aktiveret receptor kan sætte en kaskade i gang → der kan dannes mange second messenger-molekyler → stort respons fra et lille oprindeligt signal.

beskriv JAK2 aktivering

1. EPO binder til EPO-receptoren på cellemembranen.

   • Receptoren ændrer form.

   • Det får to JAK2-proteiner, som allerede sidder på indersiden af receptoren, tæt på hinanden.

1. JAK2 aktiverer hinanden.

   • JAK2 er en kinase = et enzym, der kan sætte fosfatgrupper på proteiner.

   • De to JAK2 fosforylerer hinanden på tyrosiner.

   • Det kaldes autofosforylering.

2. Nu kan STAT5 komme hen og binde.

   • De fosforylerede områder fungerer som “dockingsteder”.

   • STAT5 binder der.

3. JAK2 fosforylerer STAT5.

   • Altså: JAK2 sætter en fosfatgruppe på STAT5 → STAT5 aktiveres.

4. To aktiverede STAT5 går sammen.

   • STAT5 + STAT5 → STAT5-dimer.

5. STAT5-dimeren går ind i cellekernen.

   • Her binder den til bestemte områder på DNA.

   • Dermed fungerer STAT5 som en transkriptionsfaktor → bestemte gener bliver transskriberet.

6. De aktiverede gener bidrager bl.a. til erytropoiese = dannelse af røde blodlegemer.

   

hvad er G-protein-koblede receptorer (GPCR)

receptorer af syv transmembrane alfa-helixer der krydser membranen frem og tilbage

på receptorens intracellulære side er der koblet et heterodimert G-protein bestående af tre subunits: alfa, beta og gamma

hvordan foregår signaleringen med GPCR

Selve signaleringen foregår sådan:

1. En first messenger, fx et hormon eller en neurotransmitter, binder til GPCR på ydersiden af cellen.

2. GPCR ændrer form → denne formændring aktiverer G-proteinet på indersiden af cellen.

3. Det aktiverede G-protein påvirker så et effektorprotein. Det kan fx være:

   • en ionkanal → ændrer iontransport og dermed evt. membranpotentialet

   • et enzym → danner en second messenger inde i cellen.

beskriv ligandbinding til GPCR ift GDP og GTP

• 
  

• Når G-proteinet er inaktivt, har α-delen (Gsα) GDP bundet til sig.

• En ligand binder til GPCR → receptoren ændrer form → får Gsα til at slippe GDP og i stedet binde GTP.

• Når GTP binder, bliver Gsα aktiv.

  • Gsα-GTP løsriver sig fra βγ-delen.

• Den aktive Gsα-GTP bevæger sig hen til enzymet adenylylcyklase i cellemembranen og aktiverer det.

• Adenylylcyklase omdanner ATP → cAMP.

• cAMP er en second messenger.

  • Liganden udenfor cellen var first messenger.

  • cAMP bringer altså signalet videre inde i cellen og kan aktivere det videre cellulære respons.

hvordan stoppes cAMP igen?

Enzymet fosfodiesterase (PDE) nedbryder derefter cAMP → AMP.

• AMP fungerer ikke som den samme second messenger → cAMP-signalet ophører.

hvad gør Gi-koblede receptorer for cAMP og hvordan?

hæmmer den

• Når Gi er inaktivt, har α-delen (Giα) GDP bundet til sig.

  • Giα har høj affinitet for GDP → derfor har det en tendens til at blive i sin inaktive, GDP-bundne form.

• En ligand binder til GPCR → receptoren ændrer form → Giα frigiver GDP og binder GTP.

• GTP-binding aktiverer Giα → Giα-GTP adskilles fra βγ.

• Aktivt Giα hæmmer adenylylcyklase → der dannes mindre cAMP fra ATP → ↓ cAMP inde i cellen.

hvordan kan lave koncentrationer af en ligand udløse en stor effekt og eksempel?

Her handler det om amplifikation = signalforstærkning. Altså hvordan en meget lille mængde hormon uden for cellen kan skabe en meget stor effekt inde i cellen.

Det sker, fordi signalet bliver forstærket ved flere trin:

1. Ét hormon binder til én GPCR → receptoren aktiveres.

2. Den ene aktiverede receptor kan nå at aktivere flere G-proteiner efter hinanden.

   • Altså ikke kun ét G-protein.

3. Hvert aktiveret G-protein kan derefter aktivere/påvirke flere effektorproteiner, fx adenylylcyklase.

4. Så der dannes mange cAMP-molekyler.

beskriv Gq

Gq er den tredje vigtige type G-protein.

• Gq → påvirker ikke adenylylcyklase, men aktiverer i stedet fosfolipase C (PLC).

• En ligand binder til en Gq-koblet GPCR → Gq aktiveres → aktiverer PLC.

• PLC spalter membranlipidet PIP₂ → der dannes to second messengers:

  • DAG → bliver i cellemembranen → aktiverer proteinkinase C (PKC).

  • IP₃ → bevæger sig ud i cytosolen → får ER til at frigive Ca²⁺ til cytosolen.

• 
  

Hvordan kan flere forskellige signalstoffer kan bruge denne samme signalvej med Gq?

• Adrenalin via α₁-receptorer → Gq → PLC → DAG/IP₃.

• Vasopressin via V1-receptorer → bl.a. ↑ Ca²⁺ fra ER.

• Oxytocin → DAG/IP₃ → kontraktion af glat muskulatur, fx ved veer.

• Gastrin → DAG/IP₃ → stimulerer mavesyresekretion.

hvordan virker Ca+ som en effektiv second messenger?

en stigning i Ca²⁺ inde i cellen kan aktivere forskellige cellulære processer.

Normalt holdes koncentrationen af Ca²⁺ meget lav i cytosolen, ca. 100 nM.

• Der er meget mere Ca²⁺ uden for cellen og lagret inde i ER.

• Derfor findes der en stor Ca²⁺-gradient.Ca²⁺-pumper bruger aktiv transport til at holde Ca²⁺-koncentrationen lav i cytosolen → bl.a. ved at pumpe Ca²⁺ tilbage i ER eller ud af cellen.

• Når Ca²⁺-kanaler åbnes → selv en lille mængde Ca²⁺ ind i cytosolen giver en stor relativ stigning

hvordan virker Ca+ i glat muskulatur?

• Ca²⁺ binder til calmodulin → Ca²⁺-calmodulin aktiverer enzymet MLCK (myosin light chain kinase) → MLCK fosforylerer myosin → gør myosin klar til at deltage i kontraktion → glat muskulatur kontraherer.

hvordan bruges Ca+ til kroppens energiproduktion

• Ca²⁺ øger aktiviteten af pyruvatdehydrogenase (PDH).

  • PDH omdanner pyruvat fra glykolysen → acetyl-CoA.

  • Acetyl-CoA går derefter ind i Krebs’ cyklus → bidrager til dannelse af ATP.

• Det smarte er altså, at det samme Ca²⁺-signal, der får musklen til at kontrahere, samtidig øger energistofskiftet.

hvad er Eikosanoider

second messenger som er bioaktive lipider, der dannes ud fra arachidonsyre i cellemembranen.

beskriv en prostaglandiner

er en type Eikosanoid

• dannes fra cyclooxygenase-vejen

• Prostaglandin E₂ (PGE₂) spiller en vigtig rolle ved inflammation:

  • PGE₂ → vasodilatation → blodkarrene udvides → mere blod til området → rødme og varme.

  • PGE₂ → øget karpermeabilitet → væske kan lettere bevæge sig ud i vævet → hævelse.

• PGE₂ bidrager dermed til de klassiske tegn på inflammation: rødme, varme og hævelse.

beskriv Thromboxaner

er en type Eikosanoid

• Thromboxaner dannes fra mellemproduktet prostaglandin H₂ (PGH₂) og spiller en vigtig rolle i hæmostasen.

• dannes fra cyclooxygenase-vejen

• Thromboxan binder til thromboxanreceptorer på trombocytter → trombocytterne aktiveres og begynder at aggregere, dvs. klumpe sig sammen.

• De aktiverede trombocytter frigiver samtidig yderligere eikosanoider.

  • Det kan aktivere endnu flere trombocytter → der opstår en selvforstærkende proces.

• Thromboxan fremmer derfor trombedannelse.

• Thromboxan medfører samtidig lokal vasokonstriktion → blodkarret trækker sig sammen, så blodgennemstrømningen i området mindskes

beskriv leukotrinerne

er en type Eikosanoid

• der dannes fra arachidonsyre.

• De dannes via lipoxygenase-vejen

• Leukotriener virker bl.a. som kemotaktiske stoffer → de hjælper med at tiltrække immunceller til et område med inflammation.

• Leukotriener binder til specifikke leukotrienreceptorer på immunceller → påvirker cellernes funktion og bevægelse → flere immunceller bevæger sig mod inflammationsområdet.

hvad gør NSAID’er?

• NSAID’er som ibuprofen hæmmer COX-enzymet → der dannes mindre prostaglandin og thromboxan.

• Mindre prostaglandin → mindre smerte og inflammation → derfor virker NSAID’er smertestillende og betændelseshæmmende.

• Mindre thromboxan → nedsat trombocytaggregation → trombocytternes funktion hæmmes.

hvorfor påvirkes leukotrinerne ikke af NSAID’er?

• Leukotriener påvirkes ikke, fordi de dannes via lipoxygenase-vejen og ikke COX.

kom med et eksempel hvor der ikke er behov for secon messengers eller G-proteiner

• Acetylcholin (ACh) frigives fra motoneuronets terminal → bevæger sig over den neuromuskulære synapse → binder til nikotinerge acetylcholinreceptorer (nAChR) på skeletmuskelfiberen.

• Den nikotinerge receptor er ionotropisk → receptoren er selv en ligandstyret ionkanal.

  • Der er altså ikke brug for G-proteiner eller second messengers.

• Når ACh binder → ionkanalen åbner direkte.

  • Na⁺ strømmer ind i muskelfiberen.

  • K⁺ strømmer ud.

  • Netto kommer der mere positiv ladning ind → membranen depolariseres.

• Depolariseringen sker meget hurtigt → derfor er denne receptor velegnet til hurtig og præcis aktivering af skeletmuskulatur.

før var der et eksempel med ACh. kom med et andet ift hjertet hvor samme signalstof virker forskelligt pga. receptoren

• Ved SA- og AV-knuden frigiver vagusnerven acetylcholin → binder til muskarinerge M2-receptorer.

• M2-receptoren er koblet til Gi-protein → Gi hæmmer adenylylcyklase → mindre cAMP.

• Resultatet bliver:

  • nedsat kronotropi → lavere hjertefrekvens.

  • nedsat dromotropi → langsommere impulsledning gennem AV-knuden.

• Atropin blokerer M2-receptoren → acetylcholin kan ikke sænke hjertefrekvensen → derfor kan atropin bruges til at øge pulsen ved bradykardi.

• Pointen: samme signalstof (acetylcholin) kan give forskellige effekter afhængigt af, hvilken receptor det binder til.

brug adrenalin til at forklare hvordan samme signalstof kan give forskellige eller modsatrettede effekter, fordi receptorerne er koblet til forskellige G-proteiner og signalveje.

• Adrenalin og noradrenalin kan binde til forskellige adrenerge receptorer → effekten afhænger af, hvilken receptortype der aktiveres.

• α1-receptor → koblet til Gq → aktiverer PLC → DAG + IP3 → kontraktion af glat muskulatur.

  • I blodkar → vasokonstriktion.

• α2-receptor → koblet til Gi → hæmmer adenylylcyklase → mindre cAMP.

  • Præsynaptisk hæmmer det yderligere frigivelse af transmitter → negativ feedback.

• β-receptor → koblet til Gs → aktiverer adenylylcyklase → mere cAMP.

  • I hjertet → øget kontraktionskraft.

  • I glat muskulatur → typisk relaksation.

  • I lever og muskel → stimulerer glykogenolyse.