Practice exam cell biology
GPCR
1. Why is the maximum level of calcium always reached during a calcium oscillation and how
is the frequency of calcium oscillations regulated?
Waarom is de calcium concentratie gedurende een oscillatie altijd maximaal en hoe wordt
de oscillatie frequentie gemoduleerd?
The GαQ pathway is activated. Phospholipace C (PLC) cleaves
phospholipidphosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) into diacyl glycerol (DAG) and
inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3). IP3 in turn activates an IP3-Gated Ca2+ channel on the ER.
This releases Ca2+ from the ER lumen into the cytosol.
Next, local calcium sensitive calcium channels(CSCC) on the ER open in response to this
increasing Ca2+ gradient. This is also called the Calcium Induced Calcium Release (CICR)
and is a form of positive feedback. This ensures that other local calcium channels also open
on the ER, further increasing the cytosolic Ca2+ level.
The modulation of this signal happens in two ways. 1), the CsCCs and the IP3-Gated Ca2+
channels are inhibited by high cytosolic Ca2+ levels, this negative feedback however ends
when the cytosolic Ca2+ drops below a certain threshold. 2), there are calcium ATPases
present which can store Ca2+ back into the ER lumen.
Calcium heeft een Gq eiwit nodig. Hier hebben we geen adenylyl cyclase maar PLC
(Phospholipase C). PLC zet PIP2 om in IP3 en DAG. IP3 gaat via het cytosol naar het ER. Hij
bindt aan de ER en zorgt ervoor dat het calcium kanaal open gaat. IP3 maakt het kanaal
open waardoor de calcium uit de ER vrijkomt in het cytosol. Er is nog een calcium gevoelige
calcium kanaal. Met het proces calcium induces calcium release, maximaliseer je de calcium
concentratie. Dus hierdoor is er altijd een maximum concentratie calcium. Het is dus een
positief feedback mechanisme. Als er calcium wordt vrijgelaten, dan betekent dat dus dat al
het calcium wordt vrijgelaten. In het begin van de piek is het dus IP3 gemedieerd en daarna
is het dus calcium gemedieerd. Het terug voeren van calcium naar de ER wordt gereguleerd
door middel van calcium ATPase. Het calcium gaat dan weer terug. Als je dus de IP3
concentratie opvoert (dit wordt opgang gebracht door de binding van het ligand), dan gaat
die frequentie van die piekjes omhoog (want door IP3 wordt de reactie opgang gebracht).
2. What are five generic properties of signal transduction pathways?
Wat zijn de vijf generieke eigenschappen van signaal transductie pathways?
Specificity, a pathway is usually only responsive to certain signals. It can only be activated
by these specific ligands/signals
Amplification, an initial signal gets amplificated throughout the pathway (e.g. 1 epinephrine
molecule activates a GPCR, 10 GαS molecules are activated, these activate 200 cyclic AMP
molecules… etc.
Modularity, signal molecules can aggregate together to form a module, enabling them to
influence several pathways at once.
Desensitisation / Adaptation, there is usually a negative feedback which eventually removes
the signal, preventing an overactive pathway. You need to supply extra energy to keep the
pathway active.
Integration, several pathways/signals can strengthen each other’s signal.
Voor de signaal transductie zijn verschillende dingen van belang. Specificiteit, het
signaalmolecuul past precies op de binding site van de complementaire receptor, andere
signaalmoleculen passen niet. Amplificatie, wanneer enzymen andere enzymen activeren,
het aantal geactiveerde moleculen gaat geometrisch omhoog in een enzym cascade. Dus dit
wil zeggen dat er steeds meer moleculen worden geamplificeerd en dit leidt tot een cascade.
Modularity, de signaleringsroute bestaat uit verschillende modules; eiwitten met een
,multivalente affiniteit voor diverse signalering complexen van verwisselbare onderdelen.
Fosforylatie zorgt voor omkeerbare punten van interactie. Desensitization/Adaptation, de
receptor activatie triggert een feedback circuit dat een receptor uitzet of de receptor uit het
celoppervlak verwijdert. Er is altijd sprake van een feedbackmechanisme. Bijvoorbeeld zo
een GPCR in je neus neemt een bepaalde geur op. In het begin (als je bijvoorbeeld een
ruimte binnenkomt) dan ruik je die geur heel sterk, daarna wordt die geur minder omdat het
signaal naar beneden gaat (de geur is wel nog even sterk, alleen je neemt hem minder sterk
waar, je went er dus aan). Integration, als twee signalen een tegenovergesteld effect
hebben op een metabolische karakteristiek, bijvoorbeeld de concentratie van de second
messenger X en de membraan potentiaal Vm. De regelgevende uitkomst resulteert in een
samenkomende uitkomst van beide receptoren (dus wat er netto overblijft).
3. Mention four types of second messengers from the GPCR pathways.
Benoem vier verschillende second messengers van de GPCR pathways.
Ca2+, inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3), diacyl glycerol (DAG), Cyclic adenosine
monophosphate (cAMP).
4. Describe the differences between homologous and heterologous desensitisation of
GCPRs.
Beschrijf het verschil tussen homologe en heterologe desensitisatie van GCPRs.
Homologous; only occupied receptors can be desensitised by GRK’s. Heterologous;
PKA/PKC can desensitise every receptor; occupied or not.
5. Write down the complete pathway that leads to activation of either PKA or PKC, starting
from the receptor.
Beschrijf de volledige routes dat leidt tot activatie van PKA of PKC, startende vanaf de
receptor.
Steps PKA.
Steps PKC.
, DAG activeert protein kinase C. PKC is inactief in het cytosol maar door binding van DAG
wordt hij actief (deze is aanwezig in de membraan). PKC wordt gebonden aan het
plasmamembraan (hij kan alleen actief worden als de C1 en C2 domeinen gebonden
worden aan de membraan). Door deze lokalisatie de conformatie van PKC verandert, wordt
het molecuul geactiveerd. PKC wordt gereguleerd door twee membraan-target modules,
namelijk calcium bindt aan C2 (hierdoor verandert hij van vorm en kan hij aan de membraan
aan PS binden) en doordat C1 aan DAG kan binden in de membraan. Nu is PKC een actief
molecuul. Synergism effect (dit is als PLC en calcium beiden signaleren; ze hebben dan een
grotere respons als ze samen worden gebruikt dan wanneer één van deze wordt gebruikt).
6. What are the 3 general models for GCPR receptor desensitisation? Explain the
GPCR
1. Why is the maximum level of calcium always reached during a calcium oscillation and how
is the frequency of calcium oscillations regulated?
Waarom is de calcium concentratie gedurende een oscillatie altijd maximaal en hoe wordt
de oscillatie frequentie gemoduleerd?
The GαQ pathway is activated. Phospholipace C (PLC) cleaves
phospholipidphosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) into diacyl glycerol (DAG) and
inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3). IP3 in turn activates an IP3-Gated Ca2+ channel on the ER.
This releases Ca2+ from the ER lumen into the cytosol.
Next, local calcium sensitive calcium channels(CSCC) on the ER open in response to this
increasing Ca2+ gradient. This is also called the Calcium Induced Calcium Release (CICR)
and is a form of positive feedback. This ensures that other local calcium channels also open
on the ER, further increasing the cytosolic Ca2+ level.
The modulation of this signal happens in two ways. 1), the CsCCs and the IP3-Gated Ca2+
channels are inhibited by high cytosolic Ca2+ levels, this negative feedback however ends
when the cytosolic Ca2+ drops below a certain threshold. 2), there are calcium ATPases
present which can store Ca2+ back into the ER lumen.
Calcium heeft een Gq eiwit nodig. Hier hebben we geen adenylyl cyclase maar PLC
(Phospholipase C). PLC zet PIP2 om in IP3 en DAG. IP3 gaat via het cytosol naar het ER. Hij
bindt aan de ER en zorgt ervoor dat het calcium kanaal open gaat. IP3 maakt het kanaal
open waardoor de calcium uit de ER vrijkomt in het cytosol. Er is nog een calcium gevoelige
calcium kanaal. Met het proces calcium induces calcium release, maximaliseer je de calcium
concentratie. Dus hierdoor is er altijd een maximum concentratie calcium. Het is dus een
positief feedback mechanisme. Als er calcium wordt vrijgelaten, dan betekent dat dus dat al
het calcium wordt vrijgelaten. In het begin van de piek is het dus IP3 gemedieerd en daarna
is het dus calcium gemedieerd. Het terug voeren van calcium naar de ER wordt gereguleerd
door middel van calcium ATPase. Het calcium gaat dan weer terug. Als je dus de IP3
concentratie opvoert (dit wordt opgang gebracht door de binding van het ligand), dan gaat
die frequentie van die piekjes omhoog (want door IP3 wordt de reactie opgang gebracht).
2. What are five generic properties of signal transduction pathways?
Wat zijn de vijf generieke eigenschappen van signaal transductie pathways?
Specificity, a pathway is usually only responsive to certain signals. It can only be activated
by these specific ligands/signals
Amplification, an initial signal gets amplificated throughout the pathway (e.g. 1 epinephrine
molecule activates a GPCR, 10 GαS molecules are activated, these activate 200 cyclic AMP
molecules… etc.
Modularity, signal molecules can aggregate together to form a module, enabling them to
influence several pathways at once.
Desensitisation / Adaptation, there is usually a negative feedback which eventually removes
the signal, preventing an overactive pathway. You need to supply extra energy to keep the
pathway active.
Integration, several pathways/signals can strengthen each other’s signal.
Voor de signaal transductie zijn verschillende dingen van belang. Specificiteit, het
signaalmolecuul past precies op de binding site van de complementaire receptor, andere
signaalmoleculen passen niet. Amplificatie, wanneer enzymen andere enzymen activeren,
het aantal geactiveerde moleculen gaat geometrisch omhoog in een enzym cascade. Dus dit
wil zeggen dat er steeds meer moleculen worden geamplificeerd en dit leidt tot een cascade.
Modularity, de signaleringsroute bestaat uit verschillende modules; eiwitten met een
,multivalente affiniteit voor diverse signalering complexen van verwisselbare onderdelen.
Fosforylatie zorgt voor omkeerbare punten van interactie. Desensitization/Adaptation, de
receptor activatie triggert een feedback circuit dat een receptor uitzet of de receptor uit het
celoppervlak verwijdert. Er is altijd sprake van een feedbackmechanisme. Bijvoorbeeld zo
een GPCR in je neus neemt een bepaalde geur op. In het begin (als je bijvoorbeeld een
ruimte binnenkomt) dan ruik je die geur heel sterk, daarna wordt die geur minder omdat het
signaal naar beneden gaat (de geur is wel nog even sterk, alleen je neemt hem minder sterk
waar, je went er dus aan). Integration, als twee signalen een tegenovergesteld effect
hebben op een metabolische karakteristiek, bijvoorbeeld de concentratie van de second
messenger X en de membraan potentiaal Vm. De regelgevende uitkomst resulteert in een
samenkomende uitkomst van beide receptoren (dus wat er netto overblijft).
3. Mention four types of second messengers from the GPCR pathways.
Benoem vier verschillende second messengers van de GPCR pathways.
Ca2+, inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3), diacyl glycerol (DAG), Cyclic adenosine
monophosphate (cAMP).
4. Describe the differences between homologous and heterologous desensitisation of
GCPRs.
Beschrijf het verschil tussen homologe en heterologe desensitisatie van GCPRs.
Homologous; only occupied receptors can be desensitised by GRK’s. Heterologous;
PKA/PKC can desensitise every receptor; occupied or not.
5. Write down the complete pathway that leads to activation of either PKA or PKC, starting
from the receptor.
Beschrijf de volledige routes dat leidt tot activatie van PKA of PKC, startende vanaf de
receptor.
Steps PKA.
Steps PKC.
, DAG activeert protein kinase C. PKC is inactief in het cytosol maar door binding van DAG
wordt hij actief (deze is aanwezig in de membraan). PKC wordt gebonden aan het
plasmamembraan (hij kan alleen actief worden als de C1 en C2 domeinen gebonden
worden aan de membraan). Door deze lokalisatie de conformatie van PKC verandert, wordt
het molecuul geactiveerd. PKC wordt gereguleerd door twee membraan-target modules,
namelijk calcium bindt aan C2 (hierdoor verandert hij van vorm en kan hij aan de membraan
aan PS binden) en doordat C1 aan DAG kan binden in de membraan. Nu is PKC een actief
molecuul. Synergism effect (dit is als PLC en calcium beiden signaleren; ze hebben dan een
grotere respons als ze samen worden gebruikt dan wanneer één van deze wordt gebruikt).
6. What are the 3 general models for GCPR receptor desensitisation? Explain the
