Membranen. Kapitel 8. Bestandteile biologischer Membranen

Transkript

1 Membranen Kapitel 8 Bestandteile biologischer Membranen Membranproteine weiters: Kapitel 9 (Transport durch Membranen) Kapitel 10 (Signalübertragung, Rezeptoren)

2 Membranen Zellen und biologische Membranen Biologische Membranen Kernmembran Nucleolus Kern (Cyto-)plasma- Membran Golgi aussen: Cytoplasma-Membran Glattes ER Cytoskelett Rauhes ER Cytoplasma Lysosom Mitochondrium bestehen aus einer Lipiddoppelschicht. sind undurchlässig für polare Moleküle und für Ionen sind durchlässig für unpolare Moleküle sind verformbar sind (begrenzt) mechanisch widerstandsfähig sind nicht-kovalente, selbst-aggregierende Strukturen aus amphoteren Lipiden und Proteinen sind zweidimensionale Flüssigkeiten sind asymmetrisch stehen in Kontakt mit Cytoskelett innen: Kern-, Lysosomen-, ER-, Golgi-Membran Mitochondrien, (Chloroplasten)-Membranen

3 Membranen Fraktionierung von Zellorganellen Aufbrechen von Zellen: mechanische Homogenisation, Scherkräfte Kerne, Mitochondrien, Lysosomen, Golgi-Apparate, Fragmente der Cytoplasmamembran und des ER (Mikrosomen) Trennung der Organellen und Vesikel durch Zentrifugation (Ultrazentrifugation) Dichtegradienten- Zentrifugation (isopyknische Z.) Dichtegradient erzeugt durch: CsCl 2 für DNA oder Viren, Saccharose, Polymere (Percoll, Ficoll) für Organellen ρ = 1.0 ρ = 1.6 ρ = 1.2 ρ = 1.3 Erkennung der Vesikel mittels Organellenmarker (Kerne DNA- Polymerase; Mitochondrien Monoaminoxidase u. Cytochrom c; ER Cytochrom-B5-Reduktase; Golgi Glykosyltransferasen; Lysosomen saure Phosphatase) (nur Prinzip ist hier wichtig)

4 W.h. Membranen Lipide Allgemein: Wasserunlösliche, hydrophobe, lipophile Substanzen insbes. Triacylglyceride, Wachse aber auch Membranlipide Wichtiger Bestandteil: Fettsäuren, (s. org. Ch.) In Membranen häufig: Myristinsäure 14:0 Palmitinsäure 16:0 Stearinsäure 18:0 Triacylglycerid Palmitoleinsäure 16:1 9 Ölsäure 18:1 9 Linolsäure 18:2 9,12 Linolensäure normal: cis-doppelbindungen Arachidonsäure 20:4 5,8,11,14 18:3 9,12,15

5 Membranen Einschub: Derivate von Fettsäuren Aus freier Arachidonsäure und anderen polyungesättigten FS entstehen: Prostaglandine, Leukotriene, Thromboxane -> Gewebehormone Sehr kurze Halbwertszeit Lokale Wirkung Gewebespezifisch unterschiedliche Wirkung PG z.b. bei Entzündungsreaktionen PG Synthese v.a. durch Cyclooxygenase(n) (COX) Hemmer: Aspirin, Diclofenac, Iboprufen

6 Membranen Membranlipide - Glycerophospholipide Glycerophospholipid - Sphingolipide (Sphingomyeline, Cerebroside, Glykosphingolipide) Sphingomyelin - Cholesterin Cholesterin Glykosphingolipid

7 Membranen Glycerophospholipide bestehen aus Phosphatidat und Alkohol Phosphoglycerin + 2 FS Glycerin- 3-Phosphat Fettsäuren Glycerophospholipid = Phosphatidat (Diacylglycerin-3-phosphat) Alkohole: häufig Cholin oder Ethanolamin auch: Serin, Inosit, Glyzerin (kann ein zweites Phosphaditat tragen)

8 Membranen Glycerophospholipide Fettsäure Fettsäure G l y c e r i n Phosphat Alkohol

9 Membranen Glycerophospholipide Alkohole in Glycerophospholipiden Produkte: Phosphatidylserin Phosphatidylethanolamin Phosphatidylcholin (Lezithin) Phosphatidylinosit Diphosphatidylglyzerin Lernhinweis: bis hierher, Formeln eher genau lernen; jene auf den nächsten Folien nicht so genau

10 W.h. Membranen Schmelzpunkt von Glycerophospholipiden C-C Bindungen in FS können temperaturabhängig in anti oder in gauge Konformation vorliegen. Grad der Unordnung Knickbildung leichter wenn a) FS kürzer b) (mehr) Doppelbindung(en) T m Temperatur

11 W.h. Membranen Schmelzpunkt und Art der Fettsäuren über T m unter T m Gesättigte FS können sich besser dicht packen als ungesättigte FS. Stearinsäure T m ( C) Di-14:0 Phosphadityl-Cholin 24 Di-16:0 Phosphadityl-Cholin 41 Di-18:0 Phosphadityl-Cholin 58 Di-22:0 Phosphadityl-Cholin 75 Di Phosphadityl-Cholin -22 Di-14:0 Phosphatidylethanolamin 51 Di-16:0 Phosphatidylethanolamin :0, Phosphatidylethanolamin 3 Ölsäure

12 Membranen Spaltung von Glycerophospholipide Phospholipase A 1 Fettsäure Fettsäure Phospholipase A 2 G l y c e r i n Phosphat Phospholipase D Alkohol Phospholipase C Phospholipase A 2 (PLA 2 ) ist Bestandteil tierischer Gifte (Biene, Kobra, Klapperschlange); Produkt Lysolezithin löst Membran auf. In Zellen verantwortlich für Freisetzung von Arachidonat. Phospholipase C (PLC) ist Membranprotein und spielt Rolle bei Signaltransduktion. PLC erzeugt Inosit-triphosphat (IP 3 ) und Diacylglycerin (DAG).

13 H H H 3 C (CH 3 C) 12 C C C C CH 2 OH H OH NH + 3 Sphingosin Membranen Sphingolipide hergestellt aus Sphingosin Sphingosin + Fettsäure = Ceramid Fettsäure Fettsäure Sphingomyelin 1) Ceramid + Phosphocholin (od. Phosphoethanolamin) = Sphingomyelin 2) Ceramid + Hexose = Cerebrosid (Glucocerebrosid, Galactocerebrosid) + Sulfate = Sulfatide 3) Ceramid + Oligosaccharide = Glykosphingolipid (GSL) negative Ladung der Zelloberfläche

14 Membranen Sphingolipide Glykosphingolipid (mit komplexem Oligosaccharid) Fettsäure Cerebrosid (mit Glc o. Gal)

15 Membranen Die Zuckerseite der Cytoplasmamembran Oligosaccharid auf Protein Cholesterin aussen Phospholipid Membran Cholesterin Periphere Membranproteine innen Integrale Membranproteine

16 Membranen Terpene / Cholesterin Hergestellt aus C 5 -Körper Isopren... Isoprenoide C5 über Mevalonatweg aus Acetyl-CoA Isopren Isopentenylpyrophosphat Monoterpene: 2 Isopren-Einheiten Sesquiterpene: 3 Isopren-Einheiten (Farnesol..) Menthol, Limonen, Citronellal, Geraniol, α-pinen (Duft des Waldes)... Diterpene: (4 Is.E.) Phytol (Chlorophyll), Gibberelinsäure, all-trans-retinol (Vit. A) Triterpene: Squalen (daraus Cholesterin, Steroidhormone) Tetraterpene: Lycopen (roter Farbstoff in Tomaten etc.), β-carotin (Karotte, Vit. A. Vorstufe) andere in Paprika, Broccoli, Orangen, Bohnen Polyprenole: Dolicholphosphat (Glykoproteinsynthese), Kautschuk Bestandteile komplexer Moleküle: Ubiquinon, Tocopherole (Vit. E), Vitamin K

17 Membranen Cholesterin am C3 OH-Gruppe tägliche Eigenerzeugung bis 1 g Acetat Mevalonat Isopentenylpyrophosphat Squalen Lanosterin Cholesterin Cholesterin ist Membranbestandteil Vorstufe von Vitamin D (UV-Licht) Vorstufe von Steroidhormonen Vorstufe von Gallensäuren

18 Membranen Steroidhormone Cholesterin Progesteron bestimmt zweite Hälfte des weiblichen Zyklus; Schwangerschaft, Milchproduktion Glucocorticoide z.b. Cortison Regulation des Salz- und Wasserhaushaltes in der Niere; entzündungshemmend; erhöhen Blutzucker-Spiegel Pregnenolon Gestagene z.b. Progesteron Mineralcorticoide z.b. Aldosteron Regelt zusammen mit dem Renin-Angiotensin- System den Natrium- und Kalium-Haushalt. Außerdem ist es an der Steuerung des Flüssigkeitshaushaltes beteiligt. Beim Mann: Entwicklung der Geschlechtsorgane und merkmale bis hin zum Habitus; Samenbildung Bei Beiden: Knochenwachstums; Muskelmasse; Eiweißaufbau Androgene z.b. Testosteron Östrogene Östrogene bestimmen die erste Hälfte des weiblichen Zyklus'. Die Östrogenspiegel im Blut sind abhängig vom weiblichen Zyklus und schwanken dementsprechend enorm. Verursachen Eisprung, bereiten die Gebärmutter auf ev. Schwangerschaft vor. Ausbildung weiblicher Geschlechtsmerkmale. Knochenreifung.

19 Gestagene Pregnandiol Progesteron Norethisteron 1. synthetisches Gestagen Ethinylestradiol Pregnenolon Cortison Ludwig Haberland 1885 Graz 1932 Innsbruck Carl Djerassi 1923 Wien

20 Membranen Triglycerid- und Cholesterintransport durch VLDL und LDL LDL VLDL HDL Chylo

21 Membranen Eigenschaften der Plasmalipoproteine Chylomikronen VLDL IDL LDL HDL Dichte (g/ml) Durchmesser (nm) Eiweiß % Cholesterin % Triglyceride % Phospholipide % Lerntip: Das und die nächste Seite müssen Sie nicht sehr genau lernern!

22 Membranen Funktionen der Plasmalipoproteine Chylomikronen Aufnahme von Triglyceriden (und Cholesterin) im Darm Transport zu Geweben, Abgabe der TGs mittels Lipoproteinlipase Remnants von Leberzellen aufgenommen VLDL LDL Transport von TGs und Cholesterin von Leber zu Geweben Cholesterin als Cholesterin-Ester durch Acyl CoA:Cholesterin Acyl-Transferase (ACAT) Abgabe der TGs mittels Lipoproteinlipase IDL, teilweise von Leber endocytiert, teilweise weiter zu LDL Transport von Cholesterin zu Geweben ca Cholesterinester (insbes. Linoleat);, 1 ApoB-100 (514 kda) andere Apolipoproteine z.b. ApoE HDL Aufnahme von Cholesterin in Geweben dann Transfer zu LDL u.a.

23 Membranen Cholesterin und das Herz Atherosklerose durch Cholesterin- Ablagerungen Risikofaktor: hoher Cholesterin-Spiegel besser: LDL : HDL Quotient Vorbeugung: Cholesterinarme Diät Phytosterin-reiche Diät (div. pflanzliche Samen, Öle) Sport Gar nicht Rauchen (Gefäßverengung)

24 W.h. Membranen Micellen und Doppelschichten Fettsäuren (Seifen), Tenside (Detergentien) Van der Waals Umriss Wasser Ionisierte Fettsäuren bilden Micellen Phospholipide Phospholipide bilden Doppelschichten

25 W.h. Membranen Modell einer Phospholipid-Doppelschicht 10 A

26 W.h. Membranen Lipid-Doppelschicht

27 W.h. Membranen Fluidität und Schmelzpunkt von Membranen werden von ihrer Zusammensetzung bestimmt. Je kürzer FS und je mehr Doppelbindung, desto tiefer Schmelzpunkt und desto höher Fluidität. Cholesterin verhindert Kristallisation, aber wirkt stabilisierend = senkt Fluidität. polare Kopfgruppe 3 durch Cholesterin versteifte Region stärker bewegliche Region 2 1 0

28 W.h. Membranen Membranen sind zweidimensionale Flüssigkeiten Transversaldiffusion (flip-flop) sehr langsam Lateraldiffusion schnell

29 Membranen Membranproteine periphere Membranproteine Ablösung mit Salz integrale Membranproteine Isolierung mit Detergentien (Triton X-100, Desoxycholat, n-octylglucosid) Membranproteine können Membran durchspannen (Transmembranproteine) oder selten - nur teilweise eindringen. Alternativ: Proteine können durch unpolare Gruppe in Membran verankert sein.

30 Membranen Membranproteine Transportproteine (Glukose, Salze etc.) Rezeptoren a) für Substanzen (LDL, Transferrin) b) für Signalmoleküle (Hormone, Wachstumsfaktoren, Antigene) c) Bakterien, Viren Erkennungszeichen HLA bzw. MHC Proteine (Organtransplantationen) Typisch: α-helix aus ca. 19 AS wie im Glycophorin

31 Membranen Die Transmembranregion TM-Region enthält hauptsächlich hydrophobe AS. Erkennung der TM-Region aus Primärstruktur mittels spezieller Logik: Hydropathie-Plot: zeigt freie Energie für den Phasenübergang eines Peptids von hydrophob zu Wasser. Wahrscheinliche TM-Region jeweils für kleines Peptid Praxis: EDV tools z.b. von SwissProt Homepage Erste Aminosäure des Oktapeptids

32 Typ I Membranen Membranproteine Typ II Multispan M.P. Singlespan M.P. durch Stop- Transfer Sequenz (=TM Region) Zellaussenseite Cytosol Meist α-helix, aber manchmal Faltblätter in Transmembranregion ß-Faltblätter des Maltoporins

33 Membranen Lokalisierung von (Membran)proteinen Membranproteine in: ER, Golgi (cis etc). Z.B. Chaperones, Glykosyltransferasen oder Cytoplasma-Membran (Rezeptoren, Transporter etc.) spezifisch lokalisiert durch - TM-Region (z.b. Dicke) - und eng benachbarte Bereiche im Cytosol bzw. Lumen

34 Membranen Membrananker Variante 1: Fettsäuren Extrazellulär Cytoplasma N-Myristylierung (N-Myristoylation) S-Palmitoylierung (an Cys) (S-Palmytoylation)

35 Membranen Membrananker Variante 2: Prenylierung (an C-terminalem Cys) Prenylketten Farnesylierung Geranylgeranylierung (auf ras und rab Proteinen)

36 Membranen Variante 3: GPI-Anker = Glycosylphosphatidylinosit-Anker Protein Durch GPI-Phospholipasen rasch entfernbar Bsp: Variable surface glycoprotein (VSG) von Trypanosomen (z.b. Schlafkrankheit) Glykan-Teil Ethanolamin Inosit Phosphatidat

37 Membranen Proteintransport durch und mit Membranen Durch Membran mittels Pore (Proteinkomplex): Translocation durch die ER -Membran während Translation ähnlich: Einschleusung in Mitochondrien In Vesikeln: Beispiel 1: Endocytose von Proteinen mithilfe von Rezeptoren Beispiel 2: Vesikulärer Transport im sekretorischer Weg bis zu Exocytose = Sekretion

38 Proteinbiosynthese Aufnahme von Cholesterin als LDL mithilfe des LDL-Rezeptors LDL-bindende Domäne EGF-artige Domäne Stamm-Domäne Unvererstertes Cholesterin Phospholipide Cholesterin-Ester Protein B100 Schema eines LDL-Partikels LDL low density lipoprotein Transmembran Domäne Intrazelluläre Domäne

39 Membranen Rezeptorvermittelte Endocytose von LDL und die Ereignisse in der Zelle Rezeptor- Synthese Elektronenmikroskopie von Ferritin-markierten LDLs an coated pits Endosom Rezeptor- Recycling coated pit LDL Dissozation von Rezeptor und Ligand durch ph-absenkung im Endosom (von ca. 7 auf ca. 5) Clathrin-coated pits

40 Proteinbiosynthese Import von Protein in Zelle Rezeptormediierte Endocytose Apo-Transferrin Rezeptor Fe 3+ Transferrin mit Eisen Extrazellulärer Raum Coated pit in action Coated pit Coated vesicle Plasmamembran CURL Endosom Clathrin Apo-Transferrin Ferritin Compartment of uncoupling of receptor and ligand Aufnahme von Eisen mithilfe von Transferrin Rezeptoren in Clathrin-coated pits konzentriert

41 Proteinbiosynthese Schicksale von endozytierten Rezeptor-Ligand Komplexen Rezeptor Protein Beispiel recycliert recycliert Transferrin, MHC-Proteine recycliert abgebaut LDL, Transcobalamin II abgebaut abgebaut EGF, Immunkomplexe transportiert transportiert maternales IgG und IgA

42 Abschnürung und Verschmelzen von Membranvesikeln Membrantransport Vesikulärer Transport durch Membranfusion Sekretorische Vesikel Abschnürung von Vesikeln vom Golgi-Apparat Exocytose Endocytose Endosom-Lysosom Fusion Virus-Infektion Golgi stacks trans medial cis - Golgi Transfervesikel vom ER Fusion von Sperma mit Eizelle Zellteilung

43 Membranen Proteine für den vesikulären Transport: Vesikel mit Clathrin bzw. COPI oder COPII (Coat protein) (Gerüstproteine, Clathrin für Endocytose) Sortierung mittels V- und T-SNARES (V... vesicle, T... target) Fusion mittels Rab-Proteinen (unter GTP-Verbrauch)

44 Membranen Permeabilität biologischer Membranen Gase CO 2, N 2, O 2 Kleine, unpolare Moleküle Hormone Medikamente Kleine, ungeladene, polare Moleküle (abhängig von Polarität) Ethanol Wasser Harnstoff Grosse, ungeladene, polare Moleküle Ionen Glukose K, Mg, Ca, Cl, HCO 3, HPO 4 polare Makromoleküle Aminosäuren, ATP, Glc-6-Phosphate Peptide etc.

45 Membranen Permeabilität biologischer Membranen polare Makromoleküle Na + K + Cl - Glc Trp Harnstoff Glyzerin Indol H2 O Permeabilitätskoeffizient (cm/s) Membranen ermöglichen Konzentrationsgradienten (Potentiale) Für hydrophile Moleküle und Ionen braucht Zelle Transportprotein

46 Membranen Kapitel 9 Transport durch Membranen

47 Membrantransport Konzentrationsgradient und Membranpotential Konzentration C1 Konzentration C2 G = R T ln [C 2 ] [C 1 ] Daraus Nernst-Gleichung ( Youtube Membranspannung Von Vitus Oberhauser) G = Summe = elektrochemischer Gradient G = z F V F Faraday sche Konst. besondere Bedeutung bei Nerven-, Sinnesund Muskelzellen

48 Membrantransport Passive Diffusion vs. passiver Transport (auch: erleichterte Diffusion) Diffusionsrate Erleichterte Diffusion Bsp. für passiven Transport: Glucose-Transporter (z.b. in Erythrozyten) C Passive Diffusion Merkmale des passiven Transports: - Diffusion entlang eines C-Gradienten - Sättigung - Spezifität Mechanismus: Uniport

49 Membrantransport Passiver Transport - Anionenkanal der Erythrozyten-Membran, erlaubt Durchtritt von Hydrogencarbonat im Antiport gegen Cl -. Hydrogencarbonat aus Kohlendioxid mittels Carboanhydrase und umgekehrt. Cl - HCO - Cl - 3 HCO - 3 CO 2 CO 2 HCO 3 - HCO 3- CO 2 im Gewebe in Lunge CO 2 CO 2 HCO 3 - durch Carboanhydrase je nach Gleichgewicht

50 Membrantransport Aktiver Transport Zellinneres weist hohe K + -Konzentration auf Zelläusseres ist reich an Na + K+ aussen: c(k + ) = 4 mm c(na + ) = 145 mm Ungleichgewicht erzeugt / erhalten durch Na + K + -ATPase Na+ innen: c(k + ) = 140 mm c(na + ) = 12 mm

51 Membrantransport Aktiver Transport - die Na + K + -ATPase 3 Na ATP 2 K + Cytosol [K + ] = 140 mm [Na + ] = 12 mm ADP mv 3 Na + Ionen werden unter ATP Verbrauch gegen 2 K + Ionen ausgetauscht. Mechanismus: Antiport elektrogen Extrazellulär [K + ] = 4 mm [Na + ] = 145 mm weil 3 : 2 und weil K + ständig austritt

52 Membrantransport Aktiver Transport - die Na + K + -ATPase 3 Na + Ionen im Inneren der Zelle gebunden, Transporter wird durch ATP phosphoryliert (an Asp! gemischtes Anhydrid) Konformationsänderung, sodaß Na + nun extrazellulär und abdissoziiert 2 K + Ionen auf Zellaussenseite gebunden Dephosphorylierung des Transporters dadurch K + nun intrazellulär und abdissoziiert

53 Membrantransport Herzglykoside und die Na + K + -ATPase Zahlreiche pflanzliche Gifte z.b. das Glykosid des Fingerhuts (Digitalis) sind Inhibitoren der Na + K + -ATPase. Subletale Dosen von Digitalis erhöhen intrazelluläre Na + -Konzentration. Dies inhibiert den Na + Ca 2+ -Antiporter. Höhere intrazelluläre [Ca 2+ ] verbessert Muskelkontraktion des Herzens. Sugar- Digoxigenin -Glykosid Digitalis purpurea

54 Membrantransport Ca + -ATPase Ca 2+ -ATPase in Plasmamembran: niedrige [Ca 2+ ] in Cytosol Ca 2+ -ATPase in Muskelzellen: Akkumulation von Ca 2+ in Sarkolemma Die Ca 2+ "Pumpe" des sarkoplasmatischen Reticulums in Muskelzellen Andere Möglichkeit: Na-Ca-Antiporter ) aus Müller-Esterl, Biochemie

55 Membrantransport H + / K + -ATPase Sorgt fürs Ansäuren des Magensaftes (ph 1! ca. 100 mm HCl) Ansäuerung des Magensaftes: Antiport von H + und K + durch ATPase Weiters: passive Transport- Vorgänge für Cl -, K +, Carbonat und Wasser

56 Membrantransport Klassen von Transport-ATPasen Na + K + -ATPase H + K + -ATPase Ca 2+ -ATPase Mechanismus läuft über Proteinphosphorylierung P-Typ H + -ATPase u.a. V-Typ (Ansäuerung von Lysosomen) H + -ATPase u.a. F-Typ (H + -Gradient zur Synthese von ATP!)

57 Membrantransport ABC-Transporter Eine weitere grosse Klasse von Transport-Proteinen hat ihren Namen nach der ATP-Binding Casette. Transportieren spezifisch Ionen, Zucker, Peptide etc. unter ATP Verbrauch Besondere Beispiele: MDR-Transporter: Multidrug-Resistance ATPase (P-Glykoprotein) ist für Entfernung zahlreicher Fremdstoffe, z.b. Medikamente (Antibiotika, Zytostatika), aus Zelle verantwortlich. CFTR-Protein CFTR-Protein: (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) Cl - -Transporter mit vielen weiteren Funktionen. Genetischer Defekt des Protein resultiert in cystischer Fibrose.

58 Membrantransport Zusammenfassung Kanäle / Transporter (passiver Transport) Pumpen (aktiver Transport) Sekundärer aktiver Transport: Symport Antiport

59 Membrantransport Sekundärer aktiver Transport Ein Gradient (Na + oder H + ) wird benutzt um einen zweiten Stoff (Zucker, Aminosäuren, Ca 2+, etc.) entgegen einem Konzentrationsgradienten zu transportieren. Glucose-Aufnahme durch Darm- oder Nierenzellen mittels Symport Na + + Glucose Ca 2+ -Entfernung aus Zelle mittels Antiport 3 Na + Glucose Na + ATP ADP - - Ca Na + Na+ /K+ -ATPase Na+/Ca2 + - Antiporter

60 Membrantransport Sekundärer aktiver Transport Laktose-Permease (E. coli) H + + Lactose Lactosepermease Laktose-Permease wird bei Vorhandensein von Laktose oder eines synthetischen Inducers gebildet. - - Lactose O 2 H + e - Lactose H + Atmungskette IPTG Isopropylthiogalactosid

61 Membrantransport Na + bzw. K + -Gradienten in allen Zellen von Eukaryonten, insbesondere Nervenzellen Bildung durch: ATP-Hydrolyse Verwendung für: Ca 2+ -Antiport aus Zelle Symport von Nährstoffen (Glc) H + Transport in Darmmucosa) Nervenreizleitung an der Synapsenmembran ohne Anspruch auf Vollständigkeit!

62 Membrantransport H + -Gradienten H + -Gradienten bei Bakterien über Plasmamembran bei Eukaryonten über Mitochondrien- bzw. Chloroplasten-Membran Bildung durch: ATP-Hydrolyse Oxidation (Atmungskette) Licht (Photosynthese) Verwendung zu: ATP-Synthese (F-Typ ATPasen) Transport von Nährstoffen gegen Konzentrationsgradient

63 Signalübertragung Kapitel 10 Signalübertragung Rezeptoren

64 Signalübertragung Eine Wintergeschichte Adrenalin Acetylcholin Cortison Geruchsrezeptoren Insulin Vasopressin, Angiotensin, Renin Testosteron, Östrogen etc. (Pheromone?) Oxytocin NO, cgmp und dann nochmals Oxytocin Gestagene, Östrogene Erythropoietin (EPO) vascular, endothelial growth factor (VEGF) Progesteron humanes Chorioganodotropin (hcg)

65 Signalübertragung Kommunikation von Zellen durch Signalmoleküle Synthese der Signalmoleküle Freisetzung Transport zu Zielzelle Signalerkennung = Bindung durch spezifischen Rezeptor Veränderung in Zelle z.b. im Metabolismus Zellfunktion Zellentwicklung Ganz ähnlich: Wahrnehmung von Umweltreizen (Licht, Geschmack, Geruch )

66 * endokrine Hormone In Drüsen gebildet, mit Blut im Körper verteilt. * Signalmoleküle, die über kurze Distanzen wirken (z.b. Neurotransmitter) Signalübertragung Signalmoleküle (Hormone) * Signalmoleküle, die auf gleichartige, benachbarte Zellen wirken (z.b. Cytokine) * Pheromone, wirken auf anderen Organismen * Membrangebundene Signalmoleküle (z.b. Adhesionsmoleküle)

67 Signalübertragung Hormone und Freunde Hormone. von spezialisierten Organen ( Drüsen ) gebildet Neurotransmitter. von Nervenzellen gebildet (typischerweise kleine, polare Moleküle) Cytokine. von Immun-/Blutzellen gebildet (Proteine, Glykoproteine) für Immunsystem, manche auch Embryonalentwicklung Mediatoren. Gewebehormone z.b. Prostaglandine und Co., Histamin, NO

68 Signalübertragung Hormone im Überblick Hormone binden spezifisch an Rezeptoren: Intrazelluläre Rezeptoren für Lipophile Hormone wie: Steroidhormone, Thyroxin, Retinsäure Membranständigen Rezeptoren Proteinhormone (Wachstumsfaktoren, Cytokine, Lutropin, Follitropin = FSH) Peptidhormone (Insulin, Glucagon, Vasopressin, Oxytocin, Endorphine etc.) Polare Moleküle ( Catecholamine = Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin; weiters: Histamin, Serotonin, Gly, Glu, Acetylcholin etc.) manche Lipophile Hormone (Prostaglandine und Co.)

69 Signalübertragung Membranständige Rezeptoren G-Protein gekoppelte Rezeptoren aktiviertes G-Protein (de-)aktiviert -- Enzym, das second messenger bildet - Adenylatcyclase - Phospholipase C -- Ionenkanal Rezeptoren mit enzymatischer Aktivität Rezeptor-Tyrosinkinasen (z.b. Insulin, manche Wachstumsfaktoren) Tyrosinkinase assozierte Rezeptoren (EPO, Cytokine, Interferone, etc.) Rezeptor-Tyrosin-Phosphatasen Rezeptor-Serin/Threonin-Kinasen Rezeptor-Guanylatcyclasen Liganden-gesteuerte Ionenkanäle

70 Signalübertragung Die meisten G-Protein-gekoppelten Rezeptoren weisen 7 TM-Helices auf. Schleife zwischen H5 und H6 bindet G- Protein

71 Signalübertragung Hormon G-Protein Adenylatcyclase G-Proteine Rezeptor G sα -Protein bindet an A.- cyclase Rezeptorgebundenes G-Protein tauscht GDP gegen GTP G sα wirkt als GTPase und inaktiviert sich

72 Am Beispiel von G s : Besteht aus 3 Proteinen (α, β, γ) Signalübertragung G-Protein Bindet an Rezeptor, wenn dieser mit Ligand beladen Dadurch gibt G Sα GDP frei und bindet GTP GTP-G Sα dissoziiert ab und aktiviert Adenylatcyclase GTP-G Sα wandelt sich in langsam in GDP-G Sα um. G Sα aktiviert G iα inhibiert Adenylatcyclase

73 Signalübertragung G-Protein Adenylatcyclase erzeugt cyclisches AMP camp ist ein second messenger camp aktiviert andere Proteine > camp-abhängige Proteinkinasen (PKA) Abbau durch Phosphodiesterase (11 Iso-enzyme)

74 Signalübertragung Hormone die über G-Proteine und camp wirken: Leber Adrenalin, Glucagon, ACTH Abbau von Glykogen Herz Adrenalin von Frequenz und Kontraktionskraft Skelettmuskel Adrenalin Abbau von Glykogen Darm Adrenalin Aktivität ( Peristaltik ) Fettzellen Adrenalin, Glucagon der Triglyceridspaltung. Erhöhung der [camp] aktiviert PKA PKA phosphoryliert weitere Enzyme Gegenspieler der PKA ist Proteinphosphatase (PP) PP wird durch phosphoryliertes Inhibitorprotein inaktiviert. Glykogen Phosphorylase (GP) Glucose-1-Phosphat (das ist keine Hydrolyse, sondern Phosphorolyse)

75 [camp] hoch: Proteinkinase A aktiv Phosphorylasekinase Phosphorylasekinase-P Phosphorylase Phosphorylase-P Proteinphosphatase Proteinphosphatase-P Glykogen + n P i n Glucose-1-P Glykogensynthetase Glyk.-synth.-P. Abbau von Glykogen stimuliert Aufbau von Glykogen verhindert [camp] nieder: Proteinphosphatase aktiv Phosphorylasekinase Phosphorylasekinase-P Phosphorylase Phosphorylase-P Glykogensynthetase Glykogensynthase-P UDP-Glucose Glykogen Abbau von Glykogen verhindert Aufbau von Glykogen stimuliert

76 Signalübertragung Bei Bedarf wird Glukose in Form von Glukose-1-Phosphat aus Glykogen gebildet (v.a in Muskelund Leberzellen. Die dafür verantwortliche Phosphorylase ist aktiv, wenn sie phosphoryliert ist. Aufgebaut wird Glykogen durch Glykogensynthase, die aktiv, wenn sie nicht phosphoryliert ist. Bei hohem camp Spiegel soll Glykogen abgebaut werden, d.h. beide Enzyme sollen phosphoryliert sein. Dafür sorgt die Proteinkinase A. Im Falle der Phosphorylase aber indirekt, indem sie zunächst die Phosphorylase-Kinase phosphoryliert. Im Falle der Synthetase inaktiviert die PKA direkt. Zusätzlich inaktiviert sie eine Protein- Phosphatase um ein zu rasches Reaktivieren der Synthetase zu verhindern. Bei niedrigem camp Spiegel hingegen wirkt diese Phosphatase und sorgt dafür, dass alle Enzyme nicht phosphoryliert sind. In diesem Zustand ist nur die Glykogensynthase (nebst Phosphatase) aktiv. Anmerkung: Die Glykogensynthetase ist allerdings trotzdem meist phosphoryliert aufgrund der Wirkung von Glykogensynthase-Kinase 3. Diese Blockade wird bei hohem Blutzuckerspiegel aufgehoben (siehe später).

77 Signalübertragung G-Proteine, die auf Adenylatcyclase wirken (andere Darstellung)

78 Signalübertragung Phospholipase C wird durch G q aktiviert. Phospholipase C (PLC) spaltet PIP 2 PIP 2 Phosphatidylinositol-4,5-diphosphat Phosphatidyl-Inosit 2 ATP entsteht aus Phosphatidylinosit unter Einwirkung von z.b. Prostaglandinen Durch PLC entstehen daraus IP 3 und DAG = second messenger des PLC-Weges 2 ADP Opens Ca 2+ channels IP 3 1,4,5-Inositoltriphosphat wasserlöslich Inosit(ol) 1,4,5-Trisphosphat (IP 3 ) DAG Diacylglycerin bleibt in Membran (PIP 2 ) Phospholipase C aktiviert von Rezeptor Diacylglycerin (DAG) Activates Proteinkinase C

79 Signalübertragung Hormone, die mittels Phospholipase C wirken (Lipid-Signalweg): Niere Vasopressin Wasserrückhaltung, Harnvolumen Pankreas Acetylcholin Sekretion von Amylase Glatte Muskulatur Acetylcholin Kontraktion. dies nur Beispiele: nicht lernen Phospholipase C PIP 2 DAG IP 3 wirkt auf Ca 2+ -Kanäle IP 3 -sensitiver Ca + -Kanal ER IP 3 Ca + Aktivierte Proteinkinase C Erhöhung der [Ca 2+ ] wirkt über Calmodulin auf Calmodulin-abhängige Proteinkinasen (PKC) DAG aktiviert Proteinkinase C (PKC) - wenn Ca 2+ hoch.

80 Signalübertragung Der Ca 2+ -Spiegel wird von Calmodulin gemessen. Beispiel für helix-loop-helix Motif (oft bei DNA-bindenden Proteinen) Calmodulin mit 4 Ca 2+ -Ionen nimmt Konformation ein, in der hydrophobe Stellen für Bindung an Zielprotein freigegeben werden.

81 Signalübertragung G-Proteine, die auf Phospholipase C wirken (andere Darstellung)

82 Signalübertragung G-Protein Übersicht G-Proteine G s Adenylatcyclase, aktivierend G i Adenylatcyclase, inhibierend G q Phospholipase C G o K + -Kanäle G olf Untergruppe von G S, Geruchssinn wirken auf camp abhängige Ionenkanäle Maus hat ca Geruchsrezeptoren, jede eigenes Neuron + weitere 100 Pheromon-Rezeptoren

83 Signalübertragung Enzym-gekoppelte Zell-Oberflächen-Rezeptoren Rezeptor-Tyrosinkinasen ähnlich: Non-Rezeptor-Tyrosinkinasen Gemeinsame Merkmale: - sprechen auf sehr niedrige Hormonkonzentration an - physiologische Antwort erfolgt langsam - Rezeptoren für Wachstumsfaktoren bzw. für Cytokine des Immunsystems

84 Signalübertragung Rezeptor-Tyrosinkinasen Rezeptor-Tyrosinkinasen (RTKs): Dimerisierung nach Hormonbindung, dann Auto-Phosphorylierung aus Müller-Esterl, Biochemie

85 Signalübertragung Ras-Aktivierung durch RTKs und Adaptermoleküle 2 1

86 Signalübertragung Ras-Aktivierung durch RTKs und Adaptermoleküle Merken: nur Rezeptor, Adapterproteine und Ras aus Müller-Esterl, Biochemie

87 Signalübertragung GTP-Ras aktiviert eine Ser/Thr Phosphorylierungskaskade Dabei beteiligt: MAP-Kinase (mitogen associated protein kinase) hier und später dann P-Ser und P-Thr, da stabiler als P-Tyr 1) GDP Ras MAP-kinase Zwischen Ras und MAP-Kinase, wirken die MAP-Kinase-Kinase (MKK) etc. MAP-Kinase Kaskade 2) GTP MEK is a MAP-Kinase-Kinase Name deshalb, weil MAPK auch ERK = extracellular signal regulated kinase Durch Bindung verschiedener Adapter- Proteine in Komplexen gibt es je nach Rezeptor verschiedene Wege mit teils gemeinsamen Komponenten. 3) Zellkern MEK P aktivierte MAP-Kinase a MKKK P P a MKK

88 Signalübertragung führt zu Aktivierung von MAP-Kinase aus Müller-Esterl, Biochemie

89 Signalübertragung MAP-Kinase Weg Es gibt mehrere MAP-Kinasen etc., daher verschiedene Wege Genaktivität (Transkription) beeinflusst durch z.b. C-myc oder CREB die von MAPK phosphoryliert und somit aktiviert werden. Durch Mutation werden c-myc oder c-ras Onkogen (c für cellular = normal) Details hier nicht wichtig CREB = CRE binding protein CRE: camp regulated elements = CREB kann durch PKA oder MAPK aktiviert (phosphoryliert) werden

90 Signalübertragung Wachstumsfaktoren und Ras: Alle Körperzellen haben Neigung zum programmierten Zelltod (Apoptose). Von Bedeutung bei Embryonalentwicklung (Schwanz, Selbsttoleranz...). Die Exekutoren der Apoptose sind die Caspasen. In Zelle komplexes Netzwerk aus proapoptotischen und anti-apoptotischen Faktoren, diese sind insbesondere diverse Wachstumsfaktoren, die über RTKs und Ras wirken. Oft von oder auf benachbarten Zellen. Pro-apoptotisch: p53 (intrins.), Fas (extrinsic) anti-apoptotisches Signalling durch Kontakt

91 Signalübertragung Exkurs: Signal-Übertragung und Krebsentstehung Onkogene: Durch Mutation veränderte Elemente von Signalwegen welche überexprimiert bzw. unregulierbar werden Bsp. 1: Rezeptor... HER2 (EGF-Rezeptor-Untereinheit; bei Brustkrebs) Bsp. 2: 2nd messenger... ras Bsp. 3: Transkriptionsfaktor.. c-myc Tumorsuppressor-Gene: Durch Mutation verändertes Kontrollelement für Zellzyklus, Apoptose Bsp. : p53... div. Tumore p53 verantwortlich für Arrestierung der Zellteilung bzw. Apoptose, wenn DNA-Schäden vorliegen.

92 Signalübertragung GTP-Ras aktiviert eine Ser/Thr Phosphorylierungskaskade Dabei meist beteiligt: MAP-Kinase (mitogen activated protein kinase) hier und später dann P-Ser und P-Thr, da stabiler als P-Tyr Durch Bindung verschiedener Proteine (zuerst solche mit SH2-Domänen) in Komplexen gibt es je nach Rezeptor verschiedene Wege mit teils gemeinsamen Komponenten (siehe Bsp. bei Jak-Stat Weg). Auffinden von Bindungspartnern durch: - Immunpräzipitation (Ab-pull down)... immunchemisch / analytisch - Yeast-two-hybrid System... molekularbiologisch Zelllysat mit Komplex Antikörper gegen 1 Komponente gebunden an Protein A - Agarose Isolierung der gebundenen Komplexe durch Zentrifugation

93 Signalübertragung Hormone, die über Rezeptor-Tyrosinkinasen wirken: EGF Epidermaler Wachstumsfaktor M-CSF Makrophagen-Kolonie-Stimulierungsfaktor VEGF Vascular endothelial cell growth factor Insulin (Spezialfall). Insulin von Bauchspeicheldrüse (Pankreas) gebildet; bei hohem Blutzuckerspiegel (Mahlzeit) ausgeschüttet. Genauer: ß-Zellen der Langerhans schen Inseln. Fast alle Zellen haben Rezeptoren und werden durch Insulin zur Glucose-Aufnahme (und zum Glykogenaufbau) angeregt. Typ I Diabetes (Jugenddiabetes): Kein Insulin gebildet. Typ II Diabetes (Altersdiabetes): Insulinresistenz, Erhöhter Insulinbedarf erschöpft Pankreas, auch Autoimmun-Krankheit Zusammenhang mit vielen anderen Faktoren (Übergewicht, Herzprobleme) Plurimetabolisches Syndrom

94 Signalübertragung Der Insulin-Rezeptor o Der Insulinrezeptor wirkt ras-unabhängig. o Rezeptor ist schon Dimer. o Ligandbindung führt intrazell. zu Bindung/Aktivierung = Phosphorylierung von IRS1 (Insulin Rezeptor Substrat 1), o Aktives (phosph.) IRS1 bindet/aktiviert PI-3 Kinase, welche PIP 3 herstellt. o PIP 3 bindet und aktiviert Proteinkinase B (PKB) o Die PKB phosphoryliert Glykogen-Synthase-Kinase 3, wodurch diese inaktiviert wird. o Da GSK 3 inaktiviert ist, wird Glykogen-Synthase nicht phosphoryliert und ist nicht mehr inhibiert Weiterer Effekt: Glucose-Transporter zur Zelloberfläche PKB hat viele andere Substrate, z.b. FOXO3, das Greisengen

95 [camp] Anstieg: Proteinkinase A aktiv Insulin Phosphorylasekinase Phosphorylasekinase-P Phosphorylase Phosphorylase-P Proteinphosphatase Glyk-synth-Kinase Glyk-synthase-Kinase Proteinphosphatase-P Glykogen + n P i n Glucose-1-P Glykogensynthase Glyk.-synth.-P. Abbau von Glykogen stimuliert Aufbau von Glykogen verhindert [camp] Abfall: Proteinphosphatase aktiv Phosphorylasekinase Phosphorylasekinase-P Phosphorylase Phosphorylase-P Glykogensynthetase Glykogensynthase-P UDP-Glucose Glykogen Abbau von Glykogen verhindert Aufbau von Glykogen stimuliert

96 Signalübertragung Der Insulin-Rezeptor Insulin ist Peptidhormon, (wird von β-zellen in LH-Inseln in Pankreas gebildet.) Gegenspieler (Antagonist) von Insulin ist Glucagon Insulin und Glucagon regulieren Blutzuckerspiegel - Homöostase = Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtszustandes eines offenen dynamischen Systems durch einen internen regelnden Prozess Im Gegensatz zu Hormonen, die - Reaktion auf Umweltreize auslösen (Adrenalin) - Zellteilung, -wachstum, -tod induzieren. Adrenalin ist in Stresssituationen für Glykogen-Abbau von Bedeutung. Neuronale Stimulation von Muskelzellen führt zu Kontraktion UND Glykogen- Abbau

97 Signalübertragung Überblick klassische Signalwege I G-Protein gekoppelter Rezeptor PIP 2 DAG Adenylatcyclase PLC IP 3 camp Ca 2+ Calmodulin Proteinkinase A CaM-Kinase Proteinkinase C wirken auf Transkriptionsfaktoren (Regulation der Genaktivität) cytosolische Proteine (Regulation der Enyzmaktivität)

98 Signalübertragung Überblick klassische Signalwege II Rezeptor- Tyrosinkinase PIP 2 PIP 3 GTP-Ras PI 3-Kinase MAP-Kinase-Kinase-Kinase (raf) MAP-Kinase-Kinase (MEK) MAP-Kinase Proteinkinase B wirkt auf Transkriptionsfaktoren (Regulation der Genaktivität) cytosolische Proteine

99 Signalübertragung Überblick klassische Signalwege (ohne Kanäle) G-Protein gekoppelter Rezeptor PIP 2 DAG Rezeptor- Tyrosinkinase PIP 2 PIP 2 PLC PI 3-Kinase Adenylatcyclase GTP-Ras IP 3 MAP-Kinase-Kinase-Kinase (raf) camp Ca 2+ Calmodulin MAP-Kinase-Kinase (MEK) Proteinkinase A CaM-Kinase Proteinkinase C MAP-Kinase Proteinkinase B wirken auf Transkriptionsfaktoren (Regulation der Genaktivität) cytosolische Proteine

100 Signalübertragung Jak-Stat Weg (Rezeptor-assozierte Tyrosin-Kinasen) Unterschied zu RTK: nicht der Rezeptor ist Tyrosinkinase, sondern ein daran gebundenes Protein (Janus-Kinase Jak) Bindung von Ligand führt zu Dimerisierung, Jak phosphoryliert zunächst anderes Jak. P-Jak bindet STAT, STAT wird von Jak phosphoryliert.

101 Signalübertragung Jak-Stat Weg (Non-receptor-Tyrosin-Kinasen // Rezeptor-assozierte Tyrosin-Kinasen) Aktivierte Stat Faktoren wandern in Kern und beeinflussen dort Genaktivität. Stat: signal transducer and activator of transcription) Typische Rezeptoren für Cytokine, aber auch Wachstumshormon, sowie Prolactin, und Leptin

102 Verschiedene Rezeptoren (oft Heterodimere) Verschiedene Jak-Proteine (7) Verschiedene Stat-Faktoren (4) Zahlreiche verschiedene weitere Faktoren (Gerüst- und Adapterproteine, wichtig für Spezifität des Signals) Signalübertragung Wirkung des Jak-Stat Weges IL-4 Rα wirkt hier auch als Gerüst (Scaffold) für die anderen Bestandteile des Komplexes Detail: Rezeptor-Dimer oft Heterodimer Protein-Netzwerke INTERACTOMICS

103 Signalübertragung Mediatoren (+ Prostaglandine und Co.) Übersicht Signalstoffe Hormone aus speziellen Organen Neurotransmitter Acetylcholin Glutamat Dopamin Serotonin Peptide Cytokine (Angeborene und erworbene Immunität Embryonalentwicklung) Interleukine (IL1, IL4, IL10, TNF-ß, EPO ) diverse Funktionen Interferone (IFN-α, IFN-β, etc. viral infections) Chemokine (small proteins, chemotaxis of immune cells) Wachstumsfaktoren (Organismus oder Blutzellen Bsp: Erythropoietin)

104 Signalübertragung Übersicht Hormone / Rezeptoren Eigenschaft Steroide Protein/Peptide Catecholamine* Lebenszeit in Blut Stunden Minuten Sekunden Aktionszeit Stunden/Tage Minuten/Stunden Sekunden Rezeptoren im Cytosol Plasma Membran Plasma Membran Wirkung Rezeptor-Hormon Second-Messenger Second-Messenger Komplex moduliert und / oder und / oder RNA-Transkription Protein-Kinase- Membranpotential Aktivität Catecholamine = Adrenalin (engl. Epinephrin), Noradrenalin, Dopamin Andere kleine Boten-Moleküle: Acetylcholin, Glutamat, Serotonin, Dopamin, Histamin, GABA

105 Signalübertragung Weitere Signalwege I - Ionenkanal-Rezeptoren Acetylcholinrezeptor (siehe Nervenreizleitung) - Rezeptor-Guanylat-Cyclasen: erzeugen cgmp (z.b. stimuliert durch NO) Aktivierung der Guanylat-Cyclase durch NO cgmp erweitert Blutgefässe (z.b. Herz, ) NO cgmp PDE Guanylat-Cyclase Ein NO-bindendes Häm-Protein

106 Signalübertragung Weitere Signalwege II Besonderheit bei manchen Phosphorylierungskaskaden (in RTK-Wegen): Transkriptionsregulation durch NFκB NFκB inaktiv im Cytosol in Komplex mit Inhibitor Aktivierte (phosph.) Kinase (z.b. über RTK-Weg) phosphoryliert Inhibitor. Dieser wird dadurch Substrat für Protease NFκB kann in Nucleus wandern und Transkription bestimmter Gene steuern. NFκB Proteine beteiligt an Embryonalentwicklung, angeborener und erworbener Immunität. Oft über TOLL-like Rezeptoren aktiviert siehe: angeborene Immunität.

107 Membrantransport Physiologische Beispiele für Stoff- und Signaltransport

108 Membrantransport Nervenreizleitung Neuron leitet Reiz in Form eines Aktionspotentials = veränderte Polarität der Membran Ruhepotential der Nervenzelle: erzeugt durch NaK-ATPase etwas durchlässig für K + (da Kanäle nicht völlig geschlossen) fast undurchlässig für Na + und Cl - ganz undurchlässig für grosse Anionen (Ladungsausgleich) Effekt: Membranpotential von -70 mv An - K + Cl - Na K + Cl - Na + 2 Arten von Ionenkanälen: In Synapse: Liganden-gesteuerte Na-Kanäle Entlang Axon: Spannungs-gesteuerte Na- und K-Kanäle

109 Membrantransport Nervenreizleitung (im ZNS) Präsynaptisches Neuron aktivierte presynaptische Zelle schüttet Acetylcholin aus Acetylcholin bindet jenseits der Synapse an Acetylcholinrezeptor dies bewirkt Öffnung eines Ionenkanals im Rezeptors Na + strömt ein, K + strömt aus, Membran- potential bricht zusammen elektrisches Signal breitet sich durch postsynaptische Zelle aus zur nächsten Synapse Acetylcholin wird durch Acetylcholinesterase zerstört. Elektrochemisches Potential wird durch Na + K + -ATPase rekonstituiert. Postsynaptisches Neuron Axon

110 Membrantransport Nervenreizleitung Membran in Neuron enthält Na- und K-Kanäle. Diese werden mittels elektrischer Spannung gesteuert. Ab -55 mv: Öffnen von Ionenkanälen, zuerst schnelle Na-Kanäle -> Depolarisierung dann langsame K-Kanäle. Wirkung zunächst lokal begrenzt. Aktionspotential breitet sich rasch entlang von Axon aus. Aber wie beginnt des Abfeuern eines Aktionspotentials und was bewirkt es? Siehe vorige Seite Axon-Lumen

111 Membrantransport Muskelkontraktion Auslöser ist Aktionspotential einer Nervenzelle Öffnet Ca-Kanal in ER -artiger Membran Regulation durch [Ca 2+ ] mittels Calmodulin-ähnlichem Sensor Sarkolemma Art von ER Ca-Pumpe Ca-Kanal Cytosol spannungsgesteuert durch Axon Muskelfaser