Prinzip von Second-messenger-Vorgängen
Im Folgenden wird das Prinzip eines sekundären Botenstoffes erklärt. Zur besseren Darstellung wird dafür das Beispiel der olfaktorischen (den Geruchssinn betreffenden) Signaltransduktion gewählt. Das Prinzip eines Second-messenger-Vorgangs sollte im Abitur erkannt und auf andere Beispiele übertragen werden können.
Bei der olfaktorischen Signaltransduktion ist das Ziel, aus sehr wenigen Geruchsmolekülen ein elektrisches Erregungsmuster zu bilden, welches eine Geruchswahrnehmung auslöst. Es muss also ein winziger Reiz so weit verstärkt werden, dass überhaupt Aktionspotentiale gebildet werden können. Dazu verwenden Rezeptorzellen eine verstärkende Signalkaskade, in die ein sekundärer Botenstoff eingebunden ist. Sekundäre Botenstoffe sind zelleigene Stoffe, die primäre Signale von außerhalb innerhalb der Zelle weiterleiten und verstärken, um dann eine Zellantwort auf das primäre Signal auszulösen. In unserem Beispiel sieht dies wie folgt aus:
Beispiel:Am Anfang liegt ein Geruchsmolekül vor, welches an eine Rezeptorzelle bindet. Dadurch werden intrazellulär mehrere G-Proteine aktiviert. Diese wiederum stimulieren jeweils mehrere Adenylatcyclasen, welche aus ATP das cyclische Adenosinmonophosphat (cAMP) bilden. Das cAMP bindet nun intrazellulär an Kationen-Kanäle und öffnet diese.
Als Folge depolarisiert die Zelle, leitet die Erregung weiter und es kommt zu einer Geruchswahrnehmung im Gehirn. Das cAMP ist in diesem Beispiel der sekundäre Botenstoff, da es letzten Endes die Zellantwort auslöst. Wichtig dabei ist zu verstehen, dass an (fast) jedem Schritt der Signalkaskade eine Verstärkung stattfindet, sodass durch nur ein Geruchsmolekül viele tausend cAMP gebildet werden können.
Neben einer Verstärkung des Signals kann es auch zu einer deutlich länger anhaltenden Polarisierung der Zellen kommen. Dieser Vorgang findet an vielen Stellen unseres Körpers statt und funktioniert im Prinzip immer auf die gleiche Weise.