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Intrazelluläre und membranständige Rezeptoren

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Steckbrief

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Zellen besitzen spezifische Rezeptoren, die Signale durch freigesetzte Hormone und Zytokine in die Zellen vermitteln und dort entsprechende Reaktionen auslösen. Die Art des Rezeptors hängt von der chemischen Struktur bzw. der Wasserlöslichkeit des extrazellulären Signalmoleküls ab. Man unterscheidet intrazelluläre und membranständige Rezeptoren.

Intrazelluläre Rezeptoren

Die intrazellulären Rezeptoren, die auch als Kernrezeptoren oder nucleäre Rezeptoren bezeichnet werden, befinden sich im Zytosol oder Zellkern der Zielzelle. Solche Rezeptoren binden lipophile Hormone, da diese die Zellmembran passieren und in die Zellen eindringen können. Nach der Bindung des Hormons, der Dimerisierung des Hormon-Rezeptor-Komplexes und der Diffusion in den Zellkern wirkt der Komplex als ligandenspezifischer Transkriptionsfaktor. Der Hormon-Rezeptor-Komplex bindet an regulatorische Sequenzen auf der DNA und induziert oder reprimiert auf diese Weise die Expression hormonsensitiver Gene.

Intrazelluläre Rezeptoren besitzen charakteristische Strukturelemente wie die DNA-Bindungs- und die Ligandenbindungsdomäne, die für ihre Funktion von Bedeutung sind.

Membranständige Rezeptoren

Über membranständige Hormonrezeptoren wirken in der Regel die folgenden Gruppen von hydrophilen Hormonen und auch Zytokine:

  • Aminosäurederivate: hydrophil (Ausnahme: Schilddrüsenhormone)

  • Peptidhormone: hydrophil

  • Fettsäurederivate: relativ lipophil

Bei den membranständigen Rezeptoren handelt es sich meist um Transmembranproteine, die die Zellmembran vollständig durchspannen. Das Hormon (First Messenger) bindet auf der Membranaußenseite an den Rezeptor, wodurch sich die Konformation des intrazellulären Abschnitts des Rezeptors ändert. Das führt, je nach Rezeptor, zur Öffnung von Ionenkanälen oder zur Aktivierung von Enzymen. Letztere bilden intrazelluläre Botenstoffe, die Second Messenger, die schließlich die Zellantwort hervorrufen.

Je nach Hormon gibt es verschiedene Rezeptoren und Second Messenger. Man unterscheidet drei Typen von membranständigen Rezeptoren:

  • ligandengesteuerte Ionenkanäle

  • G-protein-gekoppelte Rezeptoren

  • enzymgekoppelte Rezeptoren

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Membranständige und intrazelluläre Rezeptoren

Membranständige Rezeptoren sind meist Transmembranproteine. An sie binden extrazelluläre Signalstoffe, die die Zellmembran nicht passieren können. Die Bindung des Liganden an den Rezeptor führt zu einer Konformationsänderung der intrazellulären Rezeptordomäne. Diese wird aktiviert und aktiviert ihrerseits Effektormoleküle, die das Signal in die Zelle tragen.
Intrazelluläre Rezeptoren sind dagegen die Bindungspartner für lipophile Hormone, die die Zellmembran durchqueren können. In der Zelle binden diese Signalstoffe noch im Zytosol oder im Zellkern an ihren Rezeptor. Der Hormon-Rezeptor-Komplex fungiert als Transkriptionsfaktor und stimuliert nach Bindung an regulatorische Sequenzen auf der DNA die Transkription hormonsensitiver Gene.

(aus Rassow et al., Duale Reihe Biochemie, Thieme, 2012)

Einführung

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Um die Signale durch freigesetzte Hormone und Zytokine in die Zellen zu übertragen und dort entsprechende Reaktionen auszulösen, besitzen Zellen . So vielfältig wie die unterschiedlichen extrazellulären Signalmoleküle, die auch als bezeichnet werden, sind, so umfangreich ist auch die Zahl verschiedener Rezeptoren, an die diese Moleküle binden. In der Zelle werden die Informationen jedoch über eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Signaltransduktionswegen weitergeleitet und viele First Messenger aktivieren die gleichen intrazellulären Botenstoffe (). Die von den Liganden ausgelösten Reaktionen sind dennoch spezifisch, da die Zielzellen eine unterschiedliche Ausstattung mit Enzymen und anderen Proteinen aufweisen. Da die häufig miteinander vernetzt sind, hängt die ausgelöste Reaktion zudem von der Summe der beteiligten unterschiedlichen Signale ab. Bei diesen Reaktionen handelt es sich um metabolische und physiologische Antworten (Aktivierung bzw. Inaktivierung von Enzymen und Ionenkanälen) oder auch die Aktivierung bzw. Repression der Expression von Zielgenen.

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IP3/DAG-Kaskade

Nach der Hydrolyse von PIP2 verbleibt DAG in der Membran und aktiviert die PKC. Die PKC phosphoryliert Enzyme und ändert dadurch deren Aktivitätszustand. Die PKC wird durch DAG jedoch nur teilweise aktiviert, für eine vollständige Aktivierung ist Ca2+ erforderlich, dessen Freisetzung von IP3 stimuliert wird. IP3 diffundiert zum endoplasmatischen Retikulum (ER), bindet dort an Rezeptoren, die gleichzeitig Ca2+-Kanäle sind, und löst eine Ca2+-Freisetzung aus dem ER aus. Das Calcium aktiviert die PKC vollständig. DAG, Diacylglycerin; H, Hormon; PKC, Proteinkinase C; PIP2, Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat.

(aus Endspurt Biochemie 2, Thieme, 2013)

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Intrazelluläre und membranständige Rezeptoren

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zuletzt bearbeitet: 02.12.2019
Fachlicher Beirat: Prof. Dr. rer. nat. Jan Koolman, 02.12.2019
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