SignalübertragungBearbeiten
Das Vorhandensein eines Hormons oder mehrerer Hormone löst im Rezeptor eine Reaktion aus, die eine Kaskade von Signalen in Gang setzt. Der Hormonrezeptor interagiert mit verschiedenen Molekülen, um eine Vielzahl von Veränderungen hervorzurufen, wie z. B. eine Zunahme oder Abnahme von Nährstoffquellen, Wachstum und anderen Stoffwechselfunktionen. Diese Signalwege sind komplexe Mechanismen, die durch Rückkopplungsschleifen vermittelt werden, in denen verschiedene Signale andere Signale aktivieren und hemmen. Wenn ein Signalweg mit der Zunahme der Produktion eines Nährstoffs endet, ist dieser Nährstoff ein Signal zurück zum Rezeptor, der als kompetitiver Hemmstoff wirkt, um eine weitere Produktion zu verhindern. Signalwege regulieren Zellen durch die Aktivierung oder Inaktivierung der Genexpression, den Transport von Metaboliten und die Kontrolle der Enzymaktivität, um das Wachstum und die Funktionen des Stoffwechsels zu steuern.
Intrazelluläre (nukleare Rezeptoren)Bearbeiten
Intrazelluläre und nukleare Rezeptoren sind ein direkter Weg für die Zelle, auf interne Veränderungen und Signale zu reagieren. Intrazelluläre Rezeptoren werden durch hydrophobe Liganden aktiviert, die die Zellmembran durchdringen. Alle Kernrezeptoren sind in ihrer Struktur sehr ähnlich und werden mit intrinsischer Transkriptionsaktivität beschrieben. Die intrinsische Transkriptionsaktivität umfasst die drei folgenden Bereiche: transkriptionsaktivierend, DNA-bindend und ligandenbindend. Diese Domänen und Liganden sind hydrophob und können durch die Membran wandern. Die Bewegung von Makromolekülen und Ligandenmolekülen in die Zelle ermöglicht ein komplexes Transportsystem der intrazellulären Signalübertragung durch verschiedene zelluläre Umgebungen, bis eine Reaktion ausgelöst wird. Kernrezeptoren sind eine besondere Klasse von intrazellulären Rezeptoren, die spezifisch die Bedürfnisse der Zelle zur Expression bestimmter Gene unterstützen. Kernrezeptoren binden oft direkt an die DNA, indem sie auf bestimmte DNA-Sequenzen abzielen, um die Transkription nahegelegener Gene zu exprimieren oder zu unterdrücken.
TransmembranrezeptorenBearbeiten
Die extrazelluläre Umgebung kann Veränderungen innerhalb der Zelle hervorrufen. Hormone oder andere extrazelluläre Signale können durch Bindung an membrangebundene Rezeptoren Veränderungen in der Zelle bewirken. Diese Interaktion ermöglicht es dem Hormonrezeptor, in der Zelle Botenstoffe zu produzieren, die die Reaktion unterstützen. Second messengers können auch gesendet werden, um mit intrazellulären Rezeptoren zu interagieren, um in das komplexe Signaltransportsystem einzutreten, das schließlich die zelluläre Funktion verändert.
G-Protein-gekoppelte Membranrezeptoren (GPCR) sind eine wichtige Klasse von Transmembranrezeptoren. Zu den Merkmalen der G-Proteine gehören die GDP/GTP-Bindung, die GTP-Hydrolyse und der Guanosin-Nukleotid-Austausch. Wenn ein Ligand an einen GPCR bindet, ändert der Rezeptor seine Konformation, wodurch die intrazellulären Schleifen zwischen den verschiedenen Membrandomänen des Rezeptors mit G-Proteinen interagieren. Diese Interaktion führt zum Austausch von GDP gegen GTP, was strukturelle Veränderungen innerhalb der Alpha-Untereinheit des G-Proteins auslöst. Durch diese Veränderungen wird die Interaktion der Alpha-Untereinheit mit dem Beta-Gamma-Komplex unterbrochen, was zu einer einzelnen Alpha-Untereinheit mit gebundenem GTP und einem Beta-Gamma-Dimer führt. Das GTP-alpha-Monomer interagiert mit einer Vielzahl von zellulären Zielen. Das Beta-Gamma-Dimer kann auch Enzyme innerhalb der Zellen stimulieren, z.B. die Adenylatzyklase, hat aber nicht so viele Ziele wie der GTP-Alpha-Komplex.
Unterstützung der GenexpressionBearbeiten
Hormonrezeptoren können als Transkriptionsfaktoren wirken, indem sie direkt mit der DNA interagieren oder mit Signalwegen zusammenwirken. Dieser Prozess wird durch Co-Regulatoren vermittelt. In Abwesenheit eines Liganden binden Rezeptormoleküle Corepressoren, um die Genexpression zu unterdrücken, indem sie Chromatin durch Histondeacetylatase verdichten. Wenn ein Ligand vorhanden ist, ändern die Kernrezeptoren ihre Konformation und rekrutieren verschiedene Koaktivatoren. Diese Moleküle arbeiten an der Umgestaltung des Chromatins. Hormonrezeptoren haben hochspezifische Motive, die mit Coregulator-Komplexen interagieren können. Dies ist der Mechanismus, durch den die Rezeptoren eine Regulierung der Genexpression in Abhängigkeit von der extrazellulären Umgebung und der unmittelbaren zellulären Zusammensetzung bewirken können. Steroidhormone und ihre Regulierung durch Rezeptoren sind die wirkungsvollsten Molekülinteraktionen bei der Unterstützung der Genexpression.
Probleme bei der Bindung von Kernrezeptoren infolge eines Mangels an Liganden oder Rezeptoren können drastische Auswirkungen auf die Zelle haben. Die Abhängigkeit vom Liganden ist der wichtigste Teil bei der Regulierung der Genexpression, so dass das Fehlen des Liganden drastische Auswirkungen auf diesen Prozess hat. Ein Beispiel: Östrogenmangel ist eine Ursache für Osteoporose, und die Unfähigkeit, eine ordnungsgemäße Signalkaskade zu durchlaufen, verhindert das Wachstum und die Stärkung der Knochen. Defizite in den durch nukleare Rezeptoren vermittelten Signalwegen spielen eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Krankheiten wie Osteoporose.