Signaltransduktion

von lateinisch: trans - über; ducere - führen
Synonyme: Signalübertragung, Signalübermittlung
Englisch: signal transduction

Definition

Als Signaltransduktion wird in der Biochemie und Physiologie ein Prozess bezeichnet, bei dem ein extrazelluläres Signal über die Zellmembran ins Zellinnere vermittelt wird. Der Prozess besteht aus mehreren Schritten, an denen Second Messenger, Rezeptoren und andere Enzyme beteiligt sein können.

siehe auch: Signalkaskade

Mechanismen

Biochemie

Biochemisch definierte Mechanismen der Signaltransduktion umfassen:

direkte Interaktion zwischen Proteinen
Kinasenvermittelte Phosphorylierung
Phosphatasenvermittelte Dephosphorylierung,
Bindung von Nukleotiden wie GDP, GTP, cAMP oder cGMP
Bindung von Calcium-Ionen
Acetylierung.

Signaltransduktionsprozesse werden durch lokale Akkumulation und Bindung an Reaktionspartner ("Signalkomplexe") bzw. Gerüstproteinen ("Scaffolds") oder durch Rekrutierung von Signalproteinen in spezifische Zellkompartimente unterstützt.

Biokybernetik

Bei Signaltransduktionsprozessen handelt es sich der Mehrzahl der Fälle um sättigbare Mechanismen, die durch die Langmuir-Gleichung definiert sind:

y = G*x / (D + x),

wobei x für ein Eingangssignal, y für die Antwort des Übertragungssystems, G für die Maximalverstärkung des Transduktionskanals und D für die Halbmaximalitätskonstante (EC₅₀) stehen. Transkompartimentelle Kommunikationsprozesse lassen sich auf diese Weise mit dem gleichen Formalismus wie Enzymkinetiken oder Rezeptorbindungen beschreiben.

Interzelluläre Signalübertragung

Endokrin

Die endokrine Signalübertragung erfolgt über Hormone auf dem Blutweg. Hierbei können Signale weitläufig über den gesamten Körper verteilt und weit entfernt liegende Zielorgane erreicht werden.

Parakrin

Parakrine Signalübertragung entsteht durch Diffusion von Hormonen und hormonähnlichen Substanzen im Interzellularraum der Zelle, dabei werden nur unmittelbar benachbarte Zellen angesprochen. Ein Sonderfall ist die autokrine Signalleitung, bei der die Signale nur auf die sezernierende Zelle selbst sowie benachbarte Zellen des gleichen Zelltyps wirken.

Synaptisch

Die synaptische Signaltransduktion findet in den Nervenzellen statt. Hier werden Signale elektrisch, durch Änderungen des Membranpotentials, entlang eines Zellfortsatzes (Axon) zu den Zielzellen transportiert. Das Signal kann dann über Gap Junctions elektrisch weitergegeben oder in ein chemisches Signal umgewandelt werden.

Kontaktabhängig

Die kontaktabhängige Signalübertragung erfolgt nur bei Zellen, die in unmittelbarem Kontakt miteinander stehen, z.B. Zellen des Immunsystems. Sowohl der Rezeptor als auch das Signal sind in diesem Fall membrangebundene Moleküle.

Beispiele

Beispiele wichtiger Signalwege sind

Literatur und Verweise

Colquhoun D. The Link between Drug Binding and Response: Theories and Observations. In The Receptors. Vol. 1. Edited by O´Brien RD. New York, London: Plenum Press; 1979:93-142.
Cosma Shalizi's "Signal transduction" Notebook
Dietrich, J. W. und B. O. Boehm (2006). Equilibrium behaviour of feedback-coupled physiological saturation kinetics. In: Cybernetics and Systems 2006. R. Trappl (Hrsg). Vienna, Austrian Society for Cybernetic Studies. 1: 269-74.