Signaltransduktion

Die Signaltransduktion ist der Prozess, bei dem ein chemisches oder physikalisches Signal in Form einer Reihe von molekularen Ereignissen durch eine Zelle übertragen wird.

Proteine, die für die Erkennung von Reizen verantwortlich sind, werden im Allgemeinen als Rezeptoren bezeichnet. Die durch Ligandenbindung (oder Signalsensorik) in einem Rezeptor ausgelösten Veränderungen führen zu einer biochemischen Kaskade, einer Kette biochemischer Ereignisse, die als Signalweg bezeichnet wird.

Wenn Signalwege miteinander interagieren, bilden sie Netzwerke, die es ermöglichen, zelluläre Reaktionen zu koordinieren, häufig durch kombinatorische Signalereignisse. Auf molekularer Ebene umfassen solche Reaktionen Veränderungen bei der Transkription oder Translation von Genen sowie posttranslationale und konformatorische Veränderungen bei Proteinen sowie Veränderungen ihrer Position. Diese molekularen Vorgänge sind die grundlegenden Mechanismen, die das Zellwachstum, die Vermehrung, den Stoffwechsel und viele andere Prozesse steuern. In multizellulären Organismen regulieren Signaltransduktionswege die Zellkommunikation auf unterschiedlichste Weise.

Jede Komponente (oder jeder Knotenpunkt) eines Signalwegs wird nach der Rolle klassifiziert, die sie in Bezug auf den ursprünglichen Stimulus spielt. Liganden werden als erste Botenstoffe bezeichnet, während Rezeptoren die Signalübermittler sind, die dann primäre Effektoren aktivieren. Bei diesen Effektoren handelt es sich in der Regel um Proteine, die häufig mit zweiten Botenstoffen verbunden sind, die wiederum sekundäre Effektoren aktivieren können, und so weiter. Je nach Effizienz der Knotenpunkte kann ein Signal verstärkt werden (ein Konzept, das als Signalverstärkung bekannt ist), so dass ein Signalmolekül eine Reaktion hervorrufen kann, an der Hunderte bis Millionen von Molekülen beteiligt sind. Wie bei anderen Signalen ist die Übertragung biologischer Signale durch Verzögerung, Rauschen, Signalrück- und -vorkopplung und Interferenzen gekennzeichnet, die von vernachlässigbar bis pathologisch reichen können. Mit dem Aufkommen der computergestützten Biologie ist die Analyse von Signalwegen und -netzen zu einem wesentlichen Instrument für das Verständnis von Zellfunktionen und Krankheiten geworden, einschließlich der Signalverdrahtungsmechanismen, die den Reaktionen auf erworbene Arzneimittelresistenz zugrunde liegen.