Werkcollege 1 Signaaltransductie mechanismen
1. Vorming en afbraak van signaalmoleculen adrenaline (stress) en acetylcholine (rust)
Biosynthese van dopamine, adrenaline en noradrenaline (de catecholamines) start vanuit het
aromatische aminozuur tyrosine.
Tyrosine➔L-DOPA➔DA➔NA➔adrenaline.
- L- voor L-DOPA slaat op dat de structuur rondom het asymmetrische atoom van levodopa
overeenkomt met linksdraaiend glyceraldehyde – is het geval bij alle actieve aminozuren.
- Adrenerge receptoren zijn GPCRs – β adrenerge of α adrenerge
receptor
- Fysiologische respons op adrenaline is divers want kan zowel via
cAMP als via DAG & IP3, leidt tot activatie van verschillende kinases –
hangt dus af van welke enzymen aanwezig zijn in een cel. Is ook
belangrijk want moet zorgen voor snellere ademhaling (gladde
spieren vasodilatatie), verhogen bloeddruk (gladde spieren
vasoconstrictie)
Acetylcholine wordt gemaakt uit acetyl-CoA en choline – enzym dat dit afbreekt heet acetylcholine
esterase. Remmers van dit enzym hebben effect op meerdere (orgaan)systemen omdat…
- Er zijn 2 typen acetylcholine receptoren, muscarine en nicotine – 1 leidt tot snelle
verandering in membraanpotentiaal en het andere type leidt o.a. tot activering van PK-C.
Cholinerge receptoren zijn ionkanaal gekoppeld (in zenuwstelsel) of GPCR (tragere
effecten)
2. Prostaglandines
Verzamelnaam voor prostaglandines en leukotriënen =
eicosanoids. Synthese is hiernaast te zien en moet je
kennen (behalve de structuren).
- Prostaglandine is vetzuurhormoon
- Eicosanoidreceptoren zijn GPCRs – leiden in
sommige cellen tot een verhoging van cAMP
- NSAID (niet steroïd anti-inflammatory drugs) zoals
aspirine en ibu, steroïde vorm is cortisol
(corticosteroïden)
3. Ca2+ als signaal
Stevigheid van ons skelet ontlenen we aan calciumfosfaat – rol van Ca2+ in signaaltransductie hangt
samen met concentratiegradiënt over de plasmamembraan. Intracellulair is [Ca2+] in een niet
gestimuleerde cel circa 10^-7 M (dus 0,1 um).
- Extracellulair is het 10^-3 M
- Is dus een extreem hoge concentratiegradiënt (10^4)
Ca2+ speelt zowel een rol bij snelle (msec) communicatie zoals neurotransmissie, als bij langzamere
processen (sec-min) zoals secretie en geheugen (en ook bij nog tragere processen (uren) zoals bij de
regulering van genexpressie).
- Snelle influx van calciumionen in een cel hoort bij signaalroute met verandering van
membraan-potentiaal
- Tragere (sec-min) influx van calciumionen hoort bij signaalroute met indirecte opening van
Ca-kanaal via GPCR en IP3
ER is intracellulair calcium reservoir, heeft ook heel hoog calcium (zoals buiten de cel). GPCR kan dus
door de route die leidt tot IP3 zorgen dat de calciumkanalen van het ER opengaan.
,Ca2+ in een cel wordt herkend door calmoduline en het signaal wordt uitgezet door het weg te
pompen met calciumpomp in ER en plasmamembraan.
4. Receptoren voor signaalstoffen: neurocrien – endocrien
Neurocrien (bijvoorbeeld in de synaps) hebben de neurotransmitterreceptoren meestal een veel
geringere affiniteit tot de signaalstof dan de hormoonreceptoren in een endocrien systeem.
Doorgaans is de specificiteit van de receptoreiwitten voor (hormonale) signaalstoffen ook groter in
een endocrien dan in een neurocrien systeem het geval is voor neurotransmitters. Verklaar waarom
het voor de effectiviteit van de signaaltransmissie belangrijk is, dat zowel de affiniteit als de
specificiteit van de receptor voor de signaalstof hoog zijn in een endocrien regelsysteem en lager in
een neurocrien regelsysteem.
- Receptor met hoge affiniteit is de endocriene want de signaalstof zal in lagere
concentraties voorkomen
- Receptor met lagere affiniteit is neurocrien want er is veel signaalstof aanwezig en heeft
dus lagere affiniteit nodig
Selectiviteit is welke signaalmoleculen gebonden worden.
5. Signaal ➔ Ontvangst ➔ Transductie ➔ Reactie
Stel:
[S] = aantal soorten Signaalmoleculen (diverse peptidenhormonen, steroïden, neurotransmitters,
cytokines, groeifactoren, enz.)
[O] = aantal bijbehorende Ontvangers (receptoreiwitten in plasmamembraan of cytosol)
[T] = aantal wegen voor cellulaire signaalTransductie (G-eiwitten, cAMP, PK-A, PK-C, cGMP, Ca2+,
enz.)
[R] = aantal soorten cellulaire Reacties o.i.v. het ontvangen signaal (bijvoorbeeld enzymactivering of
inductie, mitose of apoptose, vormverandering, secretie, enz.)
Beredeneer of:
[O] gelijk, groter of kleiner is dan [S]
[T] gelijk, groter of kleiner is dan [S]
[R] gelijk, groter of kleiner is dan [S]
- 1 hormoon vaak meerdere receptoren, dus meestal zal [S] kleiner zijn dan [O]. Er zijn veel
minder transductieroutes [T], meeste maken gebruik van maar een aantal. Aantal responsen
[R] is afhankelijk van celtype, in een celtype vaak meerdere eiwitten veranderen en is dus
groot.
6. G-eiwitten
GPCR activering van adenylaatcyclase – spreekt voor zich
- cAMP wordt afgebroken tot AMP met fosfodiesterases
WC3
Richting elektrische gradiënt
De evenwichtspotentiaal van de ionen zegt dus wat de
membraanpotentiaal is bij evenwicht. Als het
rustmembraanpotentiaal -84 mV is dan kunnen dus niet
alle ionen in evenwicht zijn. In dit geval zullen dus
positieve ionen (Na+, K+, Ca++) naar binnen stromen en
negatieve (Cl-) naar buiten (onafhankelijk van wat hun
evenwichtspotentiaal is).
, - In dit geval is een ion met een evenwichtspotentiaal dichtbij de membraanpotentiaal
belangrijk voor het behouden van de rustmembraanpotentiaal.
- Als evenwichtspotentiaal ver weg is dan is het niet goed in behouden van
rustmembraanpotentiaal
o Zegt ook iets over permeabiliteit van de ionen – doorlaatbaarheid van de ionkanalen
De actiepotentiaal
Kabeleigenschappen axon en impulsgeleiding
Depolarisatie van actief stukje membraan leidt ook tot depolarisatie van nabijgelegen stukje
inactief membraan – neurotransmitter opent ionkanaal en de ionen komen aan de binnenkant
van het membraan en openen zo de rest van de kanalen langs het membraan.
- Door myelineschede hoeven er minder kanalen open
- Octopus met dikke axonen zonder myelineschede; door een groter oppervlak is er
minder weerstand
WC4 Het autonome zenuwstelsel
Vraag 1 Globale opbouw zenuwstelsel
Zie figuur
1. Vorming en afbraak van signaalmoleculen adrenaline (stress) en acetylcholine (rust)
Biosynthese van dopamine, adrenaline en noradrenaline (de catecholamines) start vanuit het
aromatische aminozuur tyrosine.
Tyrosine➔L-DOPA➔DA➔NA➔adrenaline.
- L- voor L-DOPA slaat op dat de structuur rondom het asymmetrische atoom van levodopa
overeenkomt met linksdraaiend glyceraldehyde – is het geval bij alle actieve aminozuren.
- Adrenerge receptoren zijn GPCRs – β adrenerge of α adrenerge
receptor
- Fysiologische respons op adrenaline is divers want kan zowel via
cAMP als via DAG & IP3, leidt tot activatie van verschillende kinases –
hangt dus af van welke enzymen aanwezig zijn in een cel. Is ook
belangrijk want moet zorgen voor snellere ademhaling (gladde
spieren vasodilatatie), verhogen bloeddruk (gladde spieren
vasoconstrictie)
Acetylcholine wordt gemaakt uit acetyl-CoA en choline – enzym dat dit afbreekt heet acetylcholine
esterase. Remmers van dit enzym hebben effect op meerdere (orgaan)systemen omdat…
- Er zijn 2 typen acetylcholine receptoren, muscarine en nicotine – 1 leidt tot snelle
verandering in membraanpotentiaal en het andere type leidt o.a. tot activering van PK-C.
Cholinerge receptoren zijn ionkanaal gekoppeld (in zenuwstelsel) of GPCR (tragere
effecten)
2. Prostaglandines
Verzamelnaam voor prostaglandines en leukotriënen =
eicosanoids. Synthese is hiernaast te zien en moet je
kennen (behalve de structuren).
- Prostaglandine is vetzuurhormoon
- Eicosanoidreceptoren zijn GPCRs – leiden in
sommige cellen tot een verhoging van cAMP
- NSAID (niet steroïd anti-inflammatory drugs) zoals
aspirine en ibu, steroïde vorm is cortisol
(corticosteroïden)
3. Ca2+ als signaal
Stevigheid van ons skelet ontlenen we aan calciumfosfaat – rol van Ca2+ in signaaltransductie hangt
samen met concentratiegradiënt over de plasmamembraan. Intracellulair is [Ca2+] in een niet
gestimuleerde cel circa 10^-7 M (dus 0,1 um).
- Extracellulair is het 10^-3 M
- Is dus een extreem hoge concentratiegradiënt (10^4)
Ca2+ speelt zowel een rol bij snelle (msec) communicatie zoals neurotransmissie, als bij langzamere
processen (sec-min) zoals secretie en geheugen (en ook bij nog tragere processen (uren) zoals bij de
regulering van genexpressie).
- Snelle influx van calciumionen in een cel hoort bij signaalroute met verandering van
membraan-potentiaal
- Tragere (sec-min) influx van calciumionen hoort bij signaalroute met indirecte opening van
Ca-kanaal via GPCR en IP3
ER is intracellulair calcium reservoir, heeft ook heel hoog calcium (zoals buiten de cel). GPCR kan dus
door de route die leidt tot IP3 zorgen dat de calciumkanalen van het ER opengaan.
,Ca2+ in een cel wordt herkend door calmoduline en het signaal wordt uitgezet door het weg te
pompen met calciumpomp in ER en plasmamembraan.
4. Receptoren voor signaalstoffen: neurocrien – endocrien
Neurocrien (bijvoorbeeld in de synaps) hebben de neurotransmitterreceptoren meestal een veel
geringere affiniteit tot de signaalstof dan de hormoonreceptoren in een endocrien systeem.
Doorgaans is de specificiteit van de receptoreiwitten voor (hormonale) signaalstoffen ook groter in
een endocrien dan in een neurocrien systeem het geval is voor neurotransmitters. Verklaar waarom
het voor de effectiviteit van de signaaltransmissie belangrijk is, dat zowel de affiniteit als de
specificiteit van de receptor voor de signaalstof hoog zijn in een endocrien regelsysteem en lager in
een neurocrien regelsysteem.
- Receptor met hoge affiniteit is de endocriene want de signaalstof zal in lagere
concentraties voorkomen
- Receptor met lagere affiniteit is neurocrien want er is veel signaalstof aanwezig en heeft
dus lagere affiniteit nodig
Selectiviteit is welke signaalmoleculen gebonden worden.
5. Signaal ➔ Ontvangst ➔ Transductie ➔ Reactie
Stel:
[S] = aantal soorten Signaalmoleculen (diverse peptidenhormonen, steroïden, neurotransmitters,
cytokines, groeifactoren, enz.)
[O] = aantal bijbehorende Ontvangers (receptoreiwitten in plasmamembraan of cytosol)
[T] = aantal wegen voor cellulaire signaalTransductie (G-eiwitten, cAMP, PK-A, PK-C, cGMP, Ca2+,
enz.)
[R] = aantal soorten cellulaire Reacties o.i.v. het ontvangen signaal (bijvoorbeeld enzymactivering of
inductie, mitose of apoptose, vormverandering, secretie, enz.)
Beredeneer of:
[O] gelijk, groter of kleiner is dan [S]
[T] gelijk, groter of kleiner is dan [S]
[R] gelijk, groter of kleiner is dan [S]
- 1 hormoon vaak meerdere receptoren, dus meestal zal [S] kleiner zijn dan [O]. Er zijn veel
minder transductieroutes [T], meeste maken gebruik van maar een aantal. Aantal responsen
[R] is afhankelijk van celtype, in een celtype vaak meerdere eiwitten veranderen en is dus
groot.
6. G-eiwitten
GPCR activering van adenylaatcyclase – spreekt voor zich
- cAMP wordt afgebroken tot AMP met fosfodiesterases
WC3
Richting elektrische gradiënt
De evenwichtspotentiaal van de ionen zegt dus wat de
membraanpotentiaal is bij evenwicht. Als het
rustmembraanpotentiaal -84 mV is dan kunnen dus niet
alle ionen in evenwicht zijn. In dit geval zullen dus
positieve ionen (Na+, K+, Ca++) naar binnen stromen en
negatieve (Cl-) naar buiten (onafhankelijk van wat hun
evenwichtspotentiaal is).
, - In dit geval is een ion met een evenwichtspotentiaal dichtbij de membraanpotentiaal
belangrijk voor het behouden van de rustmembraanpotentiaal.
- Als evenwichtspotentiaal ver weg is dan is het niet goed in behouden van
rustmembraanpotentiaal
o Zegt ook iets over permeabiliteit van de ionen – doorlaatbaarheid van de ionkanalen
De actiepotentiaal
Kabeleigenschappen axon en impulsgeleiding
Depolarisatie van actief stukje membraan leidt ook tot depolarisatie van nabijgelegen stukje
inactief membraan – neurotransmitter opent ionkanaal en de ionen komen aan de binnenkant
van het membraan en openen zo de rest van de kanalen langs het membraan.
- Door myelineschede hoeven er minder kanalen open
- Octopus met dikke axonen zonder myelineschede; door een groter oppervlak is er
minder weerstand
WC4 Het autonome zenuwstelsel
Vraag 1 Globale opbouw zenuwstelsel
Zie figuur
