Cellulaire receptorbinding

          Laatste bijwerking : 2021.11.19

 

 

Veel stoffen (endogene zoals hormonen maar ook exogene zoals geur- en smaakstoffen ...)  zijn biochemische boodschappers die in het lichaam informatie doorgeven :

 

1. • hormonen brengen geen wijzigingen aan in het intrinsiek celmetabolisme, maar veranderen wel de snelheid waarmee intracellulaire biochemische reacties plaatsvinden of activeren de in de cel aanwezige maar niet werkzame processen via activatie (fosforylatie) van inactieve enzymen.

 

1. 1. • het hormoon reageert hierbij als eerste boodschapper en gebruikt intracellulair één of meerdere tweede boodschappers. De meest voorkomende stof die voor interne berichten wordt gebruikt is het cyclisch AMP (cAMP).

      • • insuline echter gebruikt voor de interne berichtgeving het IP3/DAG (zie verder).

 

1. 1. • hormonale stoornissen ontstaan doordat een bepaald hormoon de signaalvorming van andere hormonen in de weg zit.

 

Een belangrijk gedeelte van de communicatie tussen onze verschillende organen verloopt via receptoren waarop G-proteïnen gebonden zitten. Na de ontvangst van een specifiek signaal, wijzigen zij hun conformatie, activeren biochemische signalen binnen in de cel, en starten een gepaste metabole reactie op. Kortom, zij werken zoals schakelstations tussen 2 kringen. Deze receptoren liggen ingebed in de celmembraan, bestaande uit 2 vetlagen, en de manier waarop elke receptor interageert met zijn omgeving, speelt zeker een essentiële rol in het uitoefenen van haar activiteit. De samenstelling van de vetlagen kan variëren tussen cellen van verschillende organen. Dit is waarschijnlijk belangrijk want bepaalde vettypes zouden de receptor kunnen activeren, anderen haar desactiveren...

 

1. • geurstoffen bv. binden met de celreceptor welke vervolgens in de cel een onderdeel losmaakt van een eiwit (G-proteïne) dat aan de receptor gekoppeld is ; via een enzym en een ander eiwit leidt dat tot de opening van ionenkanalen in het celmembraan. Het ladingsverschil dat zo ontstaat, gaat als een elektrische prikkel over de celwand naar het reukcentrum in de hersenen. In direct contact met het limbisch systeem, dat nauw met emoties, stemmingen en geheugen samenhangt, wordt het daar in een geurpatroon verwerkt. Dat patroon wordt uiteindelijk aan andere delen van de hersenen doorgegeven.

   • andere voorbeelden : dit mechanisme draagt bij tot

   • • de versnelling van het hartritme bij gevaar,

     • de zenuwinflux wanneer plots licht invalt, wat ons toelaat te zien.

 

Lichaamsvreemde stoffen (farmaca) maar ook voedingsstoffen (aminozuren ...) kunnen binden met de receptoreiwitten aan de buitenkant van de cel. Transporteiwitten kunnen verder deze stoffen naar binnen transporteren. Transceptoren kunnen beide : voedsel waarnemen, binden en transporteren VIB, KULeuven 01/2009 www.vib.be .

Overzicht inhoud :

Intracellulaire receptorbinding

 

Extracellulaire receptorbinding

 

Het fosfo-inositide-cascadesysteem

 

Het adenylaatcyclase cascadesysteem

Inhoud :

           

Intracellulaire receptorbinding :  

 

Na hun doorgang door de celmembraan treedt binding op met een intracellulaire receptor : dit is het geval met thyroïd- en steroïdhormonen. Activatie van dergelijke receptoren resulteert in de expressie van een bepaald gen door transcriptie van een bepaald deel van het DNA en translatie van mRNA.

 

1. • bij steroïdhormonen bevinden de receptoren zich in het cytoplasma en dient het hormoon-receptor-complex naar de kern te diffunderen.

 

1. • bij thyroïdhormonen bevindt de receptor zich ter hoogte van de kern.

 

Dit transfertype van biochemische berichten maakt geen gebruik van een tweede boodschapper (zie verder).

 

           

Extracellulaire receptorbinding :     

 

= membraanreceptorbinding

 

In tegenstelling met de twee hierboven vermelde hormonen werken de meeste andere hormonen in op receptoren die zich t.h.v. de plasmamembraan bevinden. Elke ligand-receptor-interactie (= receptorproteïne t.h.v. de celmembraan, dat geactiveerd wordt door een ligandmolecule (hormoon...)) veroorzaakt via een extracellulaire stimulatie een intracellulaire signaalamplificatie : zij veroorzaken een cascade-effect van enzymatische reacties.

 

 

1. • De eerste boodschapper bindt extracellulair aan een specifieke receptor op de celmembraan van een bv. levercel : net als dominostenen activeert de door het hormoon geactiveerde receptor intracellulair een ander eiwit, de tweede boodschapper (tyrosinekinases, G-proteïnen) die weer een ander eiwit (resp. groeifactorreceptoren, cytokinereceptoren en adenylaatcyclase, fosfolipase C) activeert ..., totdat het enzym dat bv. glycogeen hydrolyseert wordt geactiveerd of geïnactiveerd.

 

Noot : G-eiwit = GTP-bindend eiwit door uitwisseling van GDP (Guanosine DiFosfaat) naar GTP (Guanosine TriFosfaat).

 

Adrenaline kan, bv. bij stress, de levercellen stimuleren om het opgeslagen glycogeen te hydrolyseren tot glucose, welke dan vrij komt in het bloed. (zie verder : het adenylaatcyclase cascadesysteem).

 

 

1. • De intracellulaire tweede boodschapper produceert de finale effecten van de eerste boodschapper (hormonen) op :

 

1. 1. • de metabolische enzymactiviteit

      • • activatie of

        • inhibitie van de enzymactiviteit

      • de proteïnesynthese

      • • eiwitten

        • enzymen

        • celgroei

      • het membraantransport (bv. Ca-input)

      • het cellulair transport

      • expressie van genen : DNA- en RNA-synthese

      • • celgroei

        • celdifferentiatie.

 

 

Zie ook : "De hormonale sturing van metabolisatie-processen".

Zie ook : "Regulatie van de vetzuurstofwisseling".

Zie ook : "Regulatie van de suikerstofwisseling".

 

 

Noot :

1. 1. • ligand : is een chemische boodschapperstof die op een receptor bindt, die gekoppeld is aan proteïne G : bv. adrenaline (deze stof komt dus zelf de cel niet binnen!)

 

1. 1. • G-proteïnen worden gevormd door GTP-bindende signaaltransductie-eiwitten ter hoogte van de plasmamembraan die resulteren in de vorming van een tweede boodschapper (GTP is een guanineanaloog van ATP).

 

1. 1. • cAMP (cyclisch adenosine monofosfaat, een tweede boodschapper, voert de boodschap van de extra-cellulaire eerste boodschapperstof intracellulair uit) : de werking van cAMP in de cel wordt weerspiegeld in de transformatie van inactieve fosfokinasen in actieve enzymen. cAMP wordt afgebroken tot AMP via een fosfodiësterase (geactiveerd door calciumionen en geremd door cafeïne (koffie), F (thee), Hg (vis) en theofylline).

 

1. 1. • proteïnekinase : een proteïnekinase bestaat uit 2 delen : een regulator en een katalysator ; wanneer beide delen samen zijn is het proteïnekinase niet actief.

      • • cAMP scheidt beide delen, waarna het katalysatorgedeelte een fosforylatie stimuleert van de inactieve metabole enzymen,

        • de gefosforyleerde en dus actieve enzymen kunnen nu deelnemen aan de nodige biochemische reacties (stimulatie of inhibitie).

 

           

 

Het fosfo-inositide-cascadesysteem :

 

In het fosfo-inositide-cascadesysteem is een hormoon (bv. insuline) de eerste boodschapper. Deze stof bindt zich op het oppervlak van de cel en beïnvloedt metabole processen in de cel, via het fosfolipase C, van twee bemiddelende tweede boodschappers, die de signalen doorgeven aan een enzymsysteem en de calciumreserves : het Inositol 1.4.5-trifosfaat (IP3) en het resterend molecule Diacylglycerol (DAG)  (zie ook "Inositol").

 

De volgende effecten worden door de fosfo-inositide-cascade bemiddeld :

1. 1. 1. • insuline secretie door de bètacellen in de pancreas

         • histamine secretie in de mastcellen

         • serotonine afgifte door de bloedplaatjes

         • aggregatie van de bloedplaatjes

         • adrenaline secretie door de chromaffinecellen (bijnier)

         • contractie van de gladde spieren

         • ...

 

           

 

Het adenylaatcyclase cascadesysteem :

 

In het adenylaatcyclase cascadesysteem, bindt een hormoon (bv. adrenaline/noradrenaline) op de bèta- of alfa-adrenerge membraanreceptoren van de cel, waarbij bètabinding leidt tot stimulering en alfabinding tot inhibitie.

 

Deze membraanreceptoren interageren met membraangebonden GTP-binding-regulatie-eiwitten (G-proteïnen), welke de activiteit van het adenylaatcyclase moduleren. Hierbij kan activatie optreden van het adenylaatcyclase welke de conversie van ATP naar de intracellulaire tweede boodschapper cAMP stimuleert of remt :

 

 

De CASCADE :

 

Elke receptormolecule geactiveerd door één ligand zal op zijn beurt vele G-proteïnen moleculen activeren :

 

1. 1. • elk van deze G-proteïnen activeert een adenylaatcyclase, een calcium-afhankelijk enzym uit de inwendige lipidenlaag van de celmembraan,

 

1. 1. 1. • elk van deze adenylaatcyclasen zorgt voor de vorming van vele moleculen cAMP uit ATP,

 

1. 1. 1. 1. • iedere molecule cAMP activeert als tweede boodschapper een molecule proteïnekinase (PKA),

 

1. 1. 1. 1. 1. • elke proteïnekinase fosforileert vele kopieën van een bepaald enzym, waardoor zij geactiveerd of geïnactiveerd worden,

 

1. 1. 1. 1. 1. 1. • elk bepaald enzym komt tussenbeide in de aanmaak van specifieke moleculen zoals de aanmaak van glucose uit glycogeen.

 

1. 1. 1. • het cAMP wordt binnen de cel ook weer afgebroken tot AMP door het enzym cAMP fosfodiësterase.

 

(uitgegeven energie : 1 ATP)

 

De volgende hormonen gebruiken de adenylaatcyclasecascade met cAMP als second messenger :

 

1. 1. • glucagon (pancreas) : glycogenolyse in de levercellen

 

--->   Activatie door het GTP via het inositol-afhankelijke GTPase,

 

--->   Activatie van het adenylaatcyclase cascadesysteem dat ATP  --->  via het inositol afhankelijke fosfodiësterase ---> cAMP nodig voor de

 

--->   Omzetting van glycogeen naar glucose.

 

Doordat de cel de productie van het remmend hormoon (bv. insuline) kan variëren, kan hij dus de productie van cAMP controleren. De cel kan dus de concentratie van cAMP in het cytoplasma bepalen. Doordat de productie van glucose afhankelijk is van de concentratie cAMP, kan de cel dus ook het glucosegehalte van het bloed bepalen. Hoe meer adrenaline beschikbaar is hoe meer glucose er in het bloed kan komen.

 

1. 1. • calcitonine (schildklierhormonen)

      • parathormoon (bijschildklier), Ca-metabolisme : in de hypofysevoorkwab : activeert de productie van T3 en T4

      • gonadotrofinen (tijdens de zwangerschap)

      • corticotrofine (ACTH hypofyse, stimulatie bijnieren tot productie van hormonen)

      • epinefrine (adrenaline) uit bijnierschors

      • norepinefrine (noradrenaline)

      • FSH in hypofyse (Follikel-Stimulerend Hormoon)

      • LH in hypofyse (Luteïniserend Hormoon)

      • MSH in hypofyse (Melanocyt-Stimulerend Hormoon) : directe invloed op de pigmentatie...

      • TSH in hypofyse (Thyroïd-Stimulerend Hormoon)

      • vasopressine (antidiuretisch hormoon) in hypofyse

      • lipotropine

      • secretine in de darm voor de vrijstelling van bicarbonaat door de pancreas (zie Zuur-base evenwicht, regulatie)

 

Werkingsgebieden van proteïnekinase C :

1. 1. • fosforylatie van glycogeensynthase (stopt de glycogeensynthese)

      • controle celdeling en celproliferatie

      • activatie van de uitwisseling Na⁺/H⁺ (controle intracellulaire pH)

      • stijging van de transcriptie van specifieke genen

      • fosforylatie van het aminozuur tyrosine

      • betrokken bij de vrijstelling van TSH (Thyroïd-Stimulerend Hormoon)

 

 

            

 

 

De lezer dient steeds in acht te houden dat de beschreven curatieve eigenschappen in geen enkel geval het medisch advies vervangen, welke steeds onmisbaar is bij het stellen van een diagnose en bij bepaling van de ernst van de aandoening. Wel wordt de gebruiker gestimuleerd beslissingen met betrekking tot zijn gezondheid te nemen, op basis van eigen research, steeds in samenspraak met een professionele gezondheidswerker.

 

In alle gevallen valt het gebruik van dit programma enkel onder de controle, het beheer, de risico's en de verantwoordelijkheden van de gebruiker.