Helmichs Biologie-Lexikon

Inositoltrisphosphat IP3

Chemische Struktur

Inositoltrisphosphat oder kurz IP3 ist ein Inositol-Molekül, das mit drei Phosphatgruppen verestert ist. Hier die Strukturformel (Wikipedia):

Das IP3-Molekül
Quelle: Wikipedia, Lizenz: Public domain

Biologische Bedeutung

IP3 gehört zu den sogenannten aktiven Lipiden und 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.

Es gibt zahlreiche Hormone, die über den second messenger IP3 wirken. Das DocCheck Flexikon [4] listet dabei folgende Hormone auf:

Acetylcholin, Adiuretin, Adrenalin, Angiotensin II, Bradykinin, CCK, Endothelin, Gastrin, Glutamat, Oxytocin, Histamin, Serotonin, TRH und TSH

Bildung von IP3 aus PIP2

Gebildet wird IP3 aus dem Membranlipid Phosphatidyl-Inositol-4,5-biphosphat (PIP2). Durch das Enzym Phospholipase C wird dieses Membranlipid inIP3 und Diacylglycerol (DAG) gespalten, wie man auf dem nächsten Bild sieht:

Phospholipase C spaltet PIP2 in IP3 und DAG
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.

Auch DAG ist ein wichtiger second messenger.

Die Phospholipase C wiederum wird von einem G-Protein aktiviert, und diese wiederum von einem membrangebundenen Rezeptorprotein.

Deaktivierung von IP3

Ein second messenger muss auch wieder deaktiviert werden können, damit die Zelle auf neue Signal-Moleküle reagieren kann, die einen Anstieg der second-messenger-Konzentration zur Folge haben.

IP3 wird durch das Enzym IP3-Phosphatase zu Inositolbissphosphat IP2 deaktiviert [5].

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 Bildung von IP3 als Folge dieser Aktivierung

Aktivierung der Phospholipase und deren Auswirkungen
Yikrazuul, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

  1. Der G-Protein-gebundene Rezeptor wird durch ein Signal-Molekül aktiviert.
  2. Das GDP-Molekül des G-Proteins wird durch ein GTP-Molekül ersetzt.
  3. Das G-Protein trennt sich jetzt in seine drei Untereinheiten: α-Einheit/GTP und β/γ-Einheit.
  4. Der α-Einheit/GTP-Komplex aktiviert nun die Phospholipase C (PLC) auf der Innenseite der Zellmembran.
  5. Die aktivierte Phospholipase C hydrolysiert nun das Membranlipid Phosphatidyl-Inositol-4,5-biphosphat (PIP2) zu Inositol-1,4,5-triphosphat (IP3) und Diacylglycerol (DAG) .
  6. 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.

Bei dem Wikipedia-User Yikrazuul möchte ich mich ganz herzlich für diese hervorragende Abbildung bedanken, die sicherlich sehr viel Arbeit gemacht hat.

Quellen:

  1. Alberts et al. Molekularbiologie der Zelle, 6. Auflage, Weinheim 2017.
  2. Urry, Cain, Wassermann, Minorsky, Reece, Campbell Biologie, Hallbergmoos 2019, 11.Auflage
  3. Nelson, Cox. LEHNINGER Principles of Biochemistry. Macmillan Learning, New York 2021.
  4. DocCheck Flexikon, Artikel "IP3-Signaltransduktion"
  5. Wikipedia, Artikel "Inositoltrisphosphat"