Communication Cellulaire: Signalisation et Récepteurs

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Questions and Answers

Quelle caractéristique définit le mieux la communication paracrine ?

  • Elle cible les cellules sécrétrices du même type.
  • Elle nécessite un contact direct entre les cellules via des jonctions communicantes.
  • Elle se produit lorsque la cellule cible est à proximité de la cellule émettrice, impliquant un médiateur local. (correct)
  • Elle implique des signaux électriques rapides sur de longues distances.

Quel est le rôle des protéines adaptatrices dans la signalisation cellulaire via les récepteurs couplés aux enzymes?

  • Elles fournissent des sites d'arrimage pour la fixation d'autres protéines de signalisation intracellulaires. (correct)
  • Elles phosphorylent directement les lipides membranaires.
  • Elles interagissent avec des séquences riches en proline.
  • Elles hydrolysent le GTP en GDP, inactivant ainsi le récepteur.

Dans le contexte de la signalisation cellulaire, quel est le rôle principal des protéines G hétérotrimériques ?

  • Transmettre des signaux des récepteurs aux effecteurs cellulaires. (correct)
  • Activer la transcription de gènes cibles dans le noyau.
  • Servir de canaux ioniques ligand-dépendants.
  • Lier directement les hormones stéroïdiennes.

Concernant la signalisation cellulaire, quelle est la conséquence de la liaison d'un ligand à un récepteur tyrosine kinase ?

<p>Dimérisation du récepteur suivie d'autophosphorylation. (D)</p> Signup and view all the answers

Concernant les mécanismes de réponse cellulaire, qu'est-ce qui caractérise la voie rapide d'activation des protéines préexistantes par rapport à la modification de l'expression génique ?

<p>Une réponse plus rapide impliquant des protéines déjà présentes. (B)</p> Signup and view all the answers

Quel rôle joue l'AMPc (adénosine monophosphate cyclique) dans la signalisation cellulaire?

<p>Il sert de second messager pour activer des protéines kinases. (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la particularité des récepteurs nucléaires par rapport aux récepteurs membranaires en termes de ligands?

<p>Ils se lient à de petites molécules hydrophobes qui traversent la membrane cellulaire. (A)</p> Signup and view all the answers

Parmi les éléments suivants, lequel caractérise le mieux la spécificité d'un récepteur?

<p>La capacité de se lier à un substrat particulier. (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle de la GTPase dans le cycle d'activation et de désactivation des protéines G hétérotrimériques?

<p>Elle catalyse l'hydrolyse du GTP en GDP, inactivant la protéine G. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le mécanisme d'action de l'insuline via son récepteur tyrosine kinase (RTK) pour activer la voie MAPK?

<p>L'insuline initie une cascade de phosphorylation qui active séquentiellement MAPKKK, MAPKK et MAPK. (C)</p> Signup and view all the answers

Dans le contexte de la signalisation cellulaire, quel est le rôle du motif en doigt de zinc (Zn) ?

<p>Il facilite la liaison de la protéine à l'ADN. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les caractéristiques des cytokines en tant que molécules de signalisation ?

<p>Ce sont des protéines sécrétées lors d'une attaque par un agent pathogène. (B)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les conséquences d'une mutation qui supprime la tyrosine dans une séquence codante pour une protéine adaptatrice?

<p>Altération de la fixation des protéines adaptatrices. (B)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les conséquences de la liaison de l'acétylcholine sur les récepteurs nicotiniques musculaires (MnAChR)?

<p>Entrée de sodium et dépolarisation de la cellule. (A)</p> Signup and view all the answers

Le salbutamol (ventoline) est un agoniste des récepteurs adrénergiques ( \beta_2 ). Pour quelle raison est-il utilisé?

<p>Soulager les crises d'asthme. (D)</p> Signup and view all the answers

À quel processus cellulaire le monoxyde d'azote (NO) participe-t-il en tant que molécule de signalisation ?

<p>La régulation de l'apoptose. (C)</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce que le «quorum sensing» chez les bactéries?

<p>Une méthode de communication intercellulaire basée sur la densité de population. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'effet d'un excès de thyroxine (T4) sur le corps humain ?

<p>Il entraîne une hyperthyroïdie. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'impact de la fixation d'IP3 (inositol triphosphate) sur les canaux calciques situés sur le réticulum endoplasmique (RE) dans la signalisation cellulaire ?

<p>Ouverture des canaux et libération de calcium dans le cytoplasme. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle de l'hormone adrénaline lors d'une situation de stress ou de danger?

<p>Préparer le corps à réagir. (D)</p> Signup and view all the answers

Comment Imatinib cible-t-il la protéine chimérique BCR-ABL dans le traitement de certains cancers?

<p>En inhibant l'activité tyrosine kinase de BCR-ABL. (C)</p> Signup and view all the answers

Parmi les affirmations suivantes concernant la communication cellulaire, laquelle est correcte concernant les modes de signalisation?

<p>Dans la signalisation endocrine, les hormones sécrétées rejoignent leurs cellules cibles à l'aide de la circulation sanguine. (A)</p> Signup and view all the answers

Lors de la voie des phosphoinositides, quel est le rôle du diacylglycérol (DAG)?

<p>Activer la protéine kinase C (PKC). (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle des endorphines produites par l'hypophyse et l'hypothalamus?

<p>Provoquer une sensation de bien-être. (A)</p> Signup and view all the answers

Parmi les propositions suivantes, concernant les jonctions Gap (Nexus), laquelle est correcte?

<p>Elles permettent le passage de petites molécules comme le Ca2+. (C)</p> Signup and view all the answers

Laquelle des propositions suivantes décrit le mieux le mode d'action des hormones stéroïdiennes telles que le cortisol?

<p>Elles se lient cytosoliques et transloqués dans le noyau. (A)</p> Signup and view all the answers

Concernant l'hormone insuline, quelles sont ses étapes d'action ?

<p>L'insuline engendre un recrutement de la protéine IRS1. (A)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Organisme vivant

Structure organisée avec des molécules, cellules, tissus et organes.

Communication cellulaire chimique

Un signal chimique d'une cellule à l'autre.

Modification de la synthèse protéique

Réponse lente qui modifie l'expression des gènes.

Modification de la fonction des protéines

Réponse rapide avec protéines déjà présentes.

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Récepteurs de surface

Ancrés dans la membrane cellulaire.

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Récepteurs intracellulaires

Dans le cytoplasme ou le noyau.

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Signalisation synaptique

Neurone envoie impulsion électrique à autre cellule.

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Signalisation endocrine

Cellule endocrine sécrète hormones dans le sang.

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Signalisation paracrine

Cellule cible proche de la cellule émettrice.

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Signalisation autocrine

Cellule cible est du même type que la cellule sécrétrice.

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Signalisation dépendante du contact

Molécule de signalisation reste fixée à la membrane.

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Jonctions Gap (Nexus)

Réponse coordonnée via passage de petites molécules.

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Insuline

Molécules signal hydrosolubles.

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Glucagon

Molécule de signal hydrosoluble.

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Endorphines

Peptides opioïdes endogènes.

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Adrénaline

Dérivée de la tyrosine.

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Acétylcholine

Impliquée dans processus de la mémoire.

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Cytokines

Protides sécrétées attaque pathogène.

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Cortisol

Molécule liposoluble signal.

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Monoxyde d'azote

Fonctions diverses.

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Spécificité des récepteurs

Ne se fixe pas sur n'importe quel récepteur.

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Affinité des récepteurs

Fixation des messagers au récepteur.

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Saturabilité des récepteurs

Nombre de récepteurs limités.

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Réversibilité des récepteurs

Liaison de faible énergie.

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Couplage des récepteurs

Transmission dans le cytosol ou noyau.

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Domaine N-terminal A/B (récepteur nucléaire)

Peu conservé.

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Domaine de liaison à l'ADN (DLA)

Fixation du récepteur à l'ADN.

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Protéines G

Hétérotrimère.

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Réponses diverses

à l'adrénaline.

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Study Notes

  • An organism is an organized, hierarchical structure composed of molecules, cells, tissues, and organs
  • Each cell is integrated into a communication network to coordinate adaptive changes
  • Unicellular organisms also communicate, including bacteria, yeasts, and phages

Chemical Cell Communication

  • An emitting cell produces a chemical signal that acts on a receptor of a receiving cell
  • This elicits a response through signal transduction pathways

Intracellular Signaling Pathways

  • Responses can occur with or without changes in gene expression
  • Activation of gene expression is a relatively slow response (minutes/hours), regulated by transcription factors with a significant energy cost
  • Faster pathways (seconds/minutes) rely on pre-existing proteins
  • When a signal is received, existing proteins are activated, thereby modifying cell behavior

Receptor Types

  • Cell surface receptors are anchored in the membrane and bind to hydrophilic ligands that do not cross the lipid bilayer
  • Intracellular receptors are located in the cytoplasm or nucleus
  • They bind to small hydrophobic molecules that can cross the lipid bilayer

Intercellular Signaling Modes

  • Synaptic signaling involves rapid, electrical impulses (10-100 m/s) along a neuron's axon
  • At the axon terminal, neurotransmitters are released into the synaptic cleft to act on postsynaptic receptors
  • Endocrine signaling is slower but facilitates widespread dissemination
  • Endocrine cells secrete hormones that reach target cells via the bloodstream
  • Paracrine signaling involves local communication where target cells are near the emitting cell via a local mediator
  • Autocrine signaling occurs when cells respond to signals they themselves secrete, leading to coordinated group behavior
  • Contact-dependent signaling involves direct interaction via membrane-bound signals
  • It's seen in immune responses via antibody/antigen binding
  • Gap junctions (Nexus) allow for direct communication and coordinated response to a stimulus
  • Plasma membranes of two cells are joined by connexons, facilitating the passage of small molecules such as Ca2+ and AMPc

Extracellular Signals

  • Programmed responses, such as survival, division, differentiation, or apoptosis, depend on multiple extracellular signals

Signal Molecules - Hydrophilic

  • Interact with membrane receptors
  • Includes hormones like hypoglycemic insulin and hyperglycemic glucagon from the pancreas
  • Growth hormone (somatotropin) is from the pituitary gland
  • Endogenous opioid peptides (endorphins) are secreted by the pituitary and hypothalamus
  • They produce a sense of well-being
  • Catecholamines include adrenaline and are from tyrosine derivatives
  • Acetylcholine is involved in memory and neurotransmission
  • Cytokines such as interferons, interleukins, and chemokines are produced during pathogenic attacks
  • Polypeptides like epidermal growth factors regulate growth

Signal Molecules - Lipophilic

  • Interact with intracellular receptors
  • Derived from cholesterol, such as cortisol
  • Glucocorticoids like cortisol are involved in lipid/protein degradation and glucose synthesis
  • Thyroid hormones like thyroxine/tetraiodothyroxine (T4)
  • Excess thyroxine leads to hyperthyroidism
  • Gases like nitric oxide (NO)
  • They have neurotransmitter, vasodilation and apoptosis regulation functions

Receptors

  • They exhibit specificity for substrates
  • Sometimes, molecules with similar structures can bind (promiscuity)
  • They demonstrate affinity, requiring low ligand concentrations for effective binding
  • They have limited saturability due to the number of receptors
  • They demonstrate reversibility with weak, non-covalent bindings
  • Binding decreases when the ligand concentration decreases
  • They exhibit coupling, transmitting signals to the cytosol or nucleus
  • Several signaling cascades are possible from a single receptor
  • Receptor classifications include nuclear and cytosolic receptors with nuclear translocation and membrane-bound receptors coupled to ion channels, G proteins, or enzymes

Nuclear Receptor Structure

  • Domain A/B contains an N-terminal region involved in transcriptional activation; it is poorly conserved
  • Domain C contains a DNA-binding domain (DBD) that is well-conserved and mediates receptor binding to DNA
  • Domain D is a hinge region that contains a nuclear localization signal
  • Domain E contains a ligand-binding domain (LBD) that binds the ligand
  • Domain F is a C-terminal region that is variable

Ligand-Receptor Interactions

  • Receptors are maintained in an inactive state by Heat Shock Proteins (HSP)
  • Upon binding of a ligand, receptors undergo conformational changes
  • HSP dissociates, allowing dimerization
  • The complex translocates to the nucleus via nuclear pores
  • It binds to DNA at response elements
  • Co-activators bind and transcription initiates, inducing target gene expression
  • The receptor can function as a transcription factor

Hormone Receptors

  • They exist as inactive heterodimers bound to a co-repressor
  • Upon hormone binding, the receptor undergoes a conformational change
  • This causes dissociation of the co-repressor, recruitment of a co-activator and subsequent initiation of transcription

Receptor-DNA Interaction

  • Response elements are DNA sequences where proteins bind

Membrane Receptors

  • Constant gradients are maintained by active transport
  • K+ exits and Na+ enters through passive transport
  • Na+/K+ ATPase maintains ion balance

Resting potential

  • The inside of the cell is negative relative to the outside
  • [Na+] is higher outside than inside
  • [K+] is higher inside than outside

Action Potential

  • Transient depolarization occurs at the membrane
  • It's caused by opening and closing of fast sodium channels
  • Cells use communication to initiate muscle contractions and initiate secretions in endocrine cells

Ligand-Gated Ion Channels

  • Receptors and ion channels combine as one
  • Other receptors are coupled to G proteins & an ion channel

Nicotinic Acetylcholine Receptors

  • Neuronal type are heteromeric pentamers: α2β3 or α3β2
  • Muscle type are at neuromuscular junctions
  • The subunits are α2βγδ
  • Cobra venom prevents acetylcholine from binding

G Protein-Coupled Receptors

  • An effector can be either an enzyme or an ion channel
  • The receptor has a single polypeptide chain with seven transmembrane alpha helices
  • It is glycosylated extracellularly and contains intracellular sites for phosphorylation
  • The G protein is a heterotrimer with alpha, beta and gamma subunits
  • The alpha subunit binds guanine nucleotides (GDP or GTP)

G Protein Activation Cycle

  • An unstimulated alpha subunit binds to GDP
  • A heterotrimer is formed
  • GDP is replaced by GTP, causing dissociation of the alpha subunit
  • The alpha subunit interacts with a target protein and is phosphorylated
  • The G protein hydrolyzes GTP and recruits the ẞy dimer

Membrane Receptors Coupled To Enzymes

  • These come in two types
  • Receptors with intrinsic enzyme activity (tyrosine kinase, serine/threonine kinase, guanylate cyclase)
  • Those coupled to enzymes

Tyrosine Kinase Receptors

  • Activated by growth factors and insulin
  • They phosphorylate tyrosine residues
  • Ligand binding causes dimerization and autophosphorylation, creating docking sites

Signal Transduction

  • SH2 and PTB domains interact with phosphotyrosine residues
  • SH3 domains interacts with proline-rich sequences The binding results in variable phosphorylation and recruitment
  • Studying the consequences by mutating the coding sequence

Second Messengers

  • First messengers (signals) are perceived by receptors and relayed by proteins for intracellular signaling
  • They are amplified by small intracellular molecules like cyclic AMP (AMPc) or calcium (Ca2+)

The MAPK Pathway

  • The insulin receptor is a heterotetramer with two alpha chains and two beta chains
  • The four units have disulfide bonds
  • Insulin binds to the Alpha chains and activates intrinsic tyrosine kinase
  • Autophosphorylation creates a docking site for IRS1
  • The docking recruits IRS1 and GRB2 adaptor proteins
  • SOS protein activation leads to activation of the Ras protein
  • A phosphorylation cascade causes the successive activation of MAPKKK, MAPKK, and MARK
  • MAPK translocation to the nucleus phosphorylates the transcription factors

The AMPc Pathway

  • Adenlyate cyclase synthesis transforms ATP into AMPc via the removal of of two inorganic phosphate groups
  • AMPc is transformed into 5’-AMP by phosphodiesterase
  • Glycogenolysis includes chain with glucose linked by alpha 1-4 and alpha 1-6 glycosidic bonds, important for glucose liberation
  • Glycogen phosphorylase is useful in breaking down (Glycogen + P_i ® [Glycogen-1 residue] + glucose-1- Phosphate
  • In glycogenolysis, as G protein stimulated adeniylate cyclase, which activates protein Kinase A
  • The alpha stimulatory subunits is activated by PKA fixation and phosphorylating phosphorylase kinase

The Phosphoinositide Pathway

  • Phosphatidyl-inositol (PI) binds the AG to Inositol by Phosphate groups
  • PI-4,5-biphosphate (PI(4,5)P2) is phosphorylated by two kinases
  • DAG + IP3, through hydrolysis acts from Phospholipase C beta
  • Receptors trigger Ca2+ release via PLC-ẞ activation
  • Inositol phosphates modulate contraction and other activities

Signal Pathway Crosstalk

  • Different signals yield different responses
  • e.g., alpha 1 adrenergic receptors act via PLC-B to increase IP3 and Ca2+, causing contraction
  • Beta 2 adrenergic receptors use AC/AMPc for relaxation

Therapeutic Targets of Signal Pathways

  • Agonists of Beta 2-adrenergic receptors (e.g., albuterol/ventolin) treat asthma
  • Beta 1-adrenergic receptor antagonists (beta blockers) like acebutolol lowers hypertension
  • Anti-cancer drugs target proteins with chimeric BCR-ABL and Imatinib

Quorum Sensing

  • It regulates gene expression relative to population density
  • Autoinducers like N-acyl-homoserine-lactones (AHL) are produced
  • Bacteria use quorum sensing to bioluminesce
  • In the symbiosis of bioluminescent bacterium "Vibrio fischeri" it’s induced by quorum sensing
  • In low densities, little gene expression occurs
  • High densities triggers bioluminescence and virulence through the biofilm
  • Biofilms have microbial organisms on a surface in which polysaccharides secrete to make bacteria anti-microbial
  • It’s an issue of hygiene problems in hospitals and food companies and Legionnaires’ disease and is present as a catheter

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