Die Phospholipase C ist ein wichtiges peripheres Membranprotein, das für die Produktion der second messenger IP3 und DAG verantwortlich ist.
Phospholipase C wird durch ein G-Protein aktiviert (einfache Version)
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.
Zunächst dockt ein Signalmolekül (Hormon, Duftstoff, Neurotransmitter) an einen Rezeptor (R) in der Zellmembran an. Auf der Innenseite der Membran ist dieser mit einem G-Protein (G) verbunden, welches nun aktiviert wird. Das aktivierte G-Protein seinerseits aktiviert nun die Phospholipase C (PLC), die nun das Membranlipid Phosphatidyl-Inositol-4,5-biphosphat (PIP2) zu Inositol-1,4,5-triphosphat (IP3) und Diacylglycerol (DAG) hydrolysiert, wie man auf dem nächsten Bild sieht:
Phospholipase C spaltet PIP2 in IP3 und DAG
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.
IP3 ist ein second messenger, der frei im Cytoplasma herum diffundiert. Die IP3-Moleküle setzen sich in spezifische Rezeptoren in der Membran des endoplasmatischen Reticulums. Diese Rezeptoren sind mit Ca2+-Kanälen verbunden, die sich daraufhin öffnen. Im ER ist die Ca2+-Konzentration wesentlich höher als im Cytoplasma, daher lösen die IP3-Moleküle einen Ca2+-Ausstrom in das Cytoplasma aus. Ca2+ ist selbst wieder ein second messenger, der zahlreiche andere Proteine aktivieren (oder hemmen) kann.
DAG ist ebenfalls ein second messenger, verbleibt aber in der inneren Lipidschicht der Zellmembran. Eine Hauptfunktion von DAG ist die Aktivierung der Ca2+-abhängigen Protein-Kinase C (PKC). Die Protein-Kinase C phosphoryliert weitere Proteine und aktiviert sie dadurch.
Für Experten
Das folgende Bild aus der Wikipedia zeigt sehr schön
a) die Aktivierung der Phospholipase C durch einen G-Protein gebundenen Rezeptor
b) die Folgen dieser Aktivierung
Aktivierung der Phospholipase und deren Auswirkungen
Yikrazuul, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
- Der G-Protein-gebundene Rezeptor wird durch ein Signal-Molekül aktiviert.
- Das GDP-Molekül des G-Proteins wird durch ein GTP-Molekül ersetzt. Hier findet nicht etwa eine Phosphorylierung statt, wie man vielleicht denken könnte, sondern das GDP-Molekül löst sich aus dem G-Protein, und ein GTP-Molekül kommt heran diffundiert und setzt sich an den Platz, den vorher das GDP-Molekül eingenommen hat.
- Das G-Protein trennt sich jetzt in seine drei Untereinheiten: α-Einheit/GTP und β/γ-Einheit.
- Auf die β/γ-Einheit wird in dieser Abbildung nicht weiter eingegangen, vergessen wir sie also.
- Der α-Einheit/GTP-Komplex aktiviert nun die Phospholipase C (PLC) auf der Innenseite der Zellmembran.
- Die aktivierte Phospholipase C hydrolysiert nun das Membranlipid Phosphatidyl-Inositol-4,5-biphosphat (PIP2) zu Inositol-1,4,5-triphosphat (IP3) und Diacylglycerol (DAG) .
- IP3 iffundiert nun durch das Zellplasma und setzt sich in spezielle Ca2+-Kanäle im endoplasmatischen Reticulum. Diese öffnen sich und entlassen Ca2+-Ionen in das Zellplasma. Durch den rasch ansteigenden Ca2+-Spiegel werden nun weitere Proteine aktiviert und entsprechende Reaktionen ausgelöst.
- DAG bewegt sich in der Zellmembran weiter, bis die Moleküle auf eine Proteinkinase C (PKC) treffen. Proteinkinasen phosphorylieren andere Proteine, hängen also eine Phosphatgruppen an die Seitenketten bestimmter Aminosäuren und aktivieren dadurch diese Proteine. Außerdem sind Ca2+-Ionen zur Aktivierung der PKC notwendig, was man auch ganz gut auf der Abbildung sieht.
Bei dem Wikipedia-User Yikrazuul möchte ich mich ganz herzlich für diese hervorragende Abbildung bedanken, die sicherlich sehr viel Arbeit gemacht hat.
Quellen:
- Urry, Cain, Wassermann, Minorsky, Reece, Campbell Biologie, Hallbergmoos 2019, 11.Auflage
- Nelson, Cox. LEHNINGER Principles of Biochemistry. Macmillan Learning, New York 2021.