Signaltransduktion
Eine Signaltransduktion in der Biologie ist ein zellulärer Mechanismus. Sie wandelt einen Reiz in eine Antwort in der Zelle um. In diesem Prozess gibt es zwei Stufen:
- Ein Signalmolekül heftet sich an ein Rezeptorprotein auf der Zellmembran.
- Ein zweiter Bote überträgt das Signal in die Zelle, und in der Zelle findet eine Veränderung statt.
Die Signaltransduktion beginnt also mit einem Signal an einen Zellrezeptor und endet mit einer Änderung der Zellfunktion. In beiden Schritten kann das Signal verstärkt werden. Ein Signalmolekül kann also viele Reaktionen auslösen.
Die Rezeptoren befinden sich in der Zellmembran, wobei ein Teil des Rezeptors außerhalb und ein Teil innerhalb der Zelle liegt. Das chemische Signal bindet an den äußeren Teil des Rezeptors und verändert seine Form. Dies bewirkt ein weiteres Signal innerhalb der Zelle. Einige chemische Botenstoffe, wie z.B. Testosteron, können die Zellmembran passieren und direkt an Rezeptoren im Zytoplasma oder Zellkern binden.
Manchmal gibt es eine Kaskade von Signalen innerhalb der Zelle. Bei jedem Schritt der Kaskade kann das Signal verstärkt werden, so dass ein kleines Signal zu einer großen Reaktion führen kann. Schliesslich bewirkt das Signal eine Veränderung in der Zelle, entweder in der Expression der DNA im Zellkern oder in der Aktivität von Enzymen im Zytoplasma.
Meist handelt es sich um geordnete Abfolgen biochemischer Reaktionen innerhalb der Zelle. Diese werden von Enzymen durchgeführt und über Botenstoffe miteinander verknüpft. So entsteht ein "Second Messenger Pathway". Diese Dinge geschehen meist schnell, manchmal sehr schnell. Sie können von Millisekunden (im Falle des Ionenflusses) bis zu Tagen für die Genexpression dauern.
Die Anzahl der Proteine und anderer Moleküle, die sich daran beteiligen, nimmt während des Prozesses zu. So entsteht eine "Signalkaskade" und ein relativ kleiner Reiz kann eine große Reaktion hervorrufen.
Bei Bakterien und anderen Einzellern schränken die Transduktionsprozesse einer Zelle die Anzahl der Möglichkeiten ein, wie sie auf ihre Umgebung reagieren kann. Bei mehrzelligen Organismen werden viele verschiedene Signaltransduktionsprozesse eingesetzt, um das Verhalten der einzelnen Zellen zu koordinieren. Auf diese Weise wird die Funktion des Gesamtorganismus organisiert. Je komplexer der Organismus ist, desto komplexer muss das Repertoire an Signaltransduktionsprozessen im Organismus sein.
Daher beruht die Erfassung der äußeren und inneren Umgebung auf zellulärer Ebene auf der Signaltransduktion. Viele Krankheitsprozesse wie Diabetes, Herzkrankheiten, Autoimmunität und Krebs entstehen durch Defekte in Signaltransduktionswegen. Dies unterstreicht die entscheidende Bedeutung der Signaltransduktion für Biologie und Medizin.
Diese Systeme der Kommunikation zwischen Zellen sind extrem alt und kommen in allen Metazoen vor.
Zeigt die gesamte Bandbreite der Signaltransduktionswege
Signaltransduktionswege
Externe Reaktionen und interne Reaktionen für die Signaltransduktion
Fragen und Antworten
F: Was ist Signaltransduktion?
A: Die Signaltransduktion ist ein zellulärer Mechanismus, der einen Reiz in eine Reaktion in der Zelle umwandelt.
F: Was sind die zwei Phasen der Signaltransduktion?
A: Die beiden Phasen der Signaltransduktion sind (1) die Bindung eines Signalmoleküls an ein Rezeptorprotein auf der Zellmembran und (2) die Weiterleitung des Signals durch einen zweiten Botenstoff in die Zelle, wodurch eine Veränderung in der Zelle bewirkt wird.
F: Wie können Signale während einer der beiden Phasen der Signaltransduktion verstärkt werden?
A: Signale können in beiden Phasen der Signalübertragung verstärkt werden, indem ein Signalmolekül viele Reaktionen auslöst.
F: Wo befinden sich die Rezeptoren in den Zellen?
A: Die Rezeptoren befinden sich in der Zellmembran, wobei sich ein Teil des Rezeptors außerhalb und ein Teil innerhalb der Zelle befindet.
F: Wie funktioniert die chemische Signalübertragung in den Zellen?
A: Chemische Signalübertragung funktioniert innerhalb der Zellen durch Bindung an Rezeptoren auf dem äußeren Teil der Membran, die ein anderes Signal innerhalb der Zelle auslösen. In einigen Fällen kann es innerhalb der Zelle eine Kaskade von Signalen geben, die kleine Signale zu großen Reaktionen verstärkt. Dies führt schließlich zu Veränderungen in der Genexpression oder der Enzymaktivität innerhalb der Zellen.
F: Wie laufen diese Prozesse in der Regel schnell ab?
A: Diese Prozesse laufen in der Regel schnell ab, da sie von Millisekunden (bei Ionenfluss) bis zu Tagen für die Genexpression dauern können.
F: Warum ist es wichtig zu verstehen, wie die Signaltransduktion funktioniert?
A: Es ist wichtig zu verstehen, wie die Signaltransduktion funktioniert, da viele Krankheiten wie Diabetes, Herzkrankheiten, Autoimmunität und Krebs auf Defekte in diesen Signalwegen zurückzuführen sind. Außerdem hilft das Verständnis dieser Systeme, das Verhalten zwischen einzelnen Zellen zu koordinieren, damit Organismen als Ganzes funktionieren können.
