Bachelor Modul biol113

Bachelor-Modul biol113
ZELLBIOLOGIE 1: Themen und Stichwörter
WS2014/15
Stand: 10.11.2014
Die Folien, die im Rahmen der Vorlesung gezeigt werden, sind u.a. folgenden Büchern und
BIUZ-Artikeln entnommen:
Buchanan, Gruissem, Jones (2000, 2002) Biochemistry and Molecular Biology of Plants,
ASPB, Rockville, Maryland
Strasburger (2008) Allgemeine Botanik, Spektrum Verlag
Alberts (2011) Molekularbiologie der Zelle, Wiley/VCH
Lodish (2012) Molecular Cell Biology, Int. Student Version
Karp (2008) Molekulare Zellbiologie, Springer-Verlag
Karp (2013) Cell Biology, Int. Student Version
Ude/Koch (1994): Die Zelle – Atlas der Ultrastruktur, G. Fischer Verlag
Gunning/Steer (1996) Bildatlas zur Biologie der Pflanzenzelle, G. Fischer-Verlag
BIUZ-Artikel:
Stromuli – Heft 3/2010, S. 162-170
Plastidensignale – Heft 5/2011, S. 298 ff.
Autophagie – Heft 6/2012, S. 374 ff.
Plastiden-Proteinimport – Heft 2/2013, S. 74
Grüne Tiere – Heft 3/2009, S. 11
Mitochondrienfalten – Heft 5/2013, S. 270
Mikroskopie jenseits der Auflösungsgrenze – Heft 4/2012, S. 244
1. Doppelstunde - Einführung
Allgemeines zur Zelle
Die Zelle als Grundeinheit des Lebens, Kriterien, Grundeigenschaften aller Zellen
Geschichte der Zellbiologie und Mikroskopie
Größe von Zellen
Vergleich von Procyte und Eucyte
Definition: Kompartiment, Organellen, „semiautonome Organellen (Plastiden und
Mitochondrien)
Kompartimente der Eucyte
Kompartimentierungsregel
Meristematische und ausdifferenzierte Zellen, Anteile verschiedener Kompartimente am
Zellvolumen
1
2. Doppelstunde am 3.11.2014 – Methoden der Zellbiologie
Mikroskopie
Literatur: BIUZ 4/2012, S.244-253
Auflösungsvermögen von Auge, Licht- und Elektronenmikroskop
Größenbereiche der Licht- und Elektronenmikroskopie
Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie (TEM, REM)
Physikalische Verfahren zur Verbesserung des Kontrasts:
Phasenkontrastmikroskopie
Fluoreszenzmikroskopie und CLSM:
Anregungs- und Emissionslicht
Primärfluoreszenz- und Sekundärfluoreszenz
2 Verfahren zum Nachweis von Proteinen:
1. Immunologischer Nachweis: Unterscheidung von erstem und zweitem Antikörper
2. Antikörper ist mit Fluoreszenzfarbstoff, Enzym oder Goldkügelchen gekoppelt
2. Gentechnischer Ansatz: GFP-Fusionskonstrukte, GFP als Reporter
2008 – Nobelpreis für GFP
Mit GFP können auch Kompartimente sichtbar gemacht werden.
Hochauflösende Mikroskopie jenseits der Auflösungsgrenze:
Nobelpreis 2014 für zwei Verfahren zur Überwindung der Auflösungsgrenze der
Lichtmikroskopie:
PALM – Photoaktivierte Fluoreszenzmikroskopie
STED – stimulated emission depletion
Biochemische Schlüsselmethoden der Zellbiologie
Trennung von Organellen nach Dichte:
1. Differenentialzentrifugation
2. Dichtegradientenzentrifugation
Dichten verschiedener Zellbestandteile:
2
Svedberg Konstante
3. Doppelstunde am 10.11.2014
Vorbereitung: großer Alberts (2011)
Membranen
Funktionen von Membranen: Abgrenzung, Rezeption, Energiegewinnung etc.
Membranen sind dünne zweidimensionale Flüssigkeiten (Fluid mosaic Modell)
Grundlage der Struktur: Membranlipide sind amphipatisch
Membranlipidklassen:
Phopholipide
Galaktolipide
Ceramide bzw. Sphingolipide
Sterole wie Cholesterin
Beweglichkeit der Lipide: lateral, Rotation, Flip-Flop katalysiert durch Flippasen
Zwei Grundeigenschaften von Membranen:
1. Asymmetrie
Phosphatidylserin als Marker der endoplasmatischen Seite
2. und laterale Heterogenität
z.B. Lipid Rafts
Fluidität, Schmelztemperatur
Regulation von Änderungen durch Umbau
Fettsäuren, Sterole, LTP, PLA2
Vergleich verschiedener Membranen der Pflanzenzelle (prozentuale Angaben):
Lipidklasse
MGDG
DGDG
SL
PC
PE
PS
andere
Plastide,
Hülle
35
30
6
20
1
0
8
Thylakoidmembran
51
26
7
3
0
0
13
Mito. Inn.
Membran
0
0
0
27
29
25
19
Plasmamembran
0
0
0
32
46
0
22
Peroxisom
0
0
0
52
48
0
0
Lipide geben Auskunft über die Evolution:
Die Lipidzusammensetzung der Plasmamembran verschiedener Bakterien und der
Membranen der eukaryotischen Organellen liefert Belege für die Endosymbiontentheorie.
Beispielsweise kommen in der Plasmamembran von Cyanobakterien Galaktolipide vor, die in
der Eucyte nur in den Plastidenmembranen zu finden sind.
Markerlipide der Organellen:
Chloroplasten: Galaktolipide (MGDG, DGDG), Sulfolipid
Mitochondrien: Cardiolipin
Die Galaktolipide und Sulfolipide der Chloroplasten sind Phosphor-Sparlipide.
3
Membranproteine:
Vergleich von Membranen im Hinblick auf Verhältnis von Proteinen zu Lipiden
Membran
Myelinscheide
PM Erythrocyten
PM Leberzellen
Äußere
Mitochondrienmembran
Innere
Mitochondrienmembran
Purpurmembran
Protein
18
49
44
52
Lipide
79
43
52
48
Kohlenhydrate
3
8
4
0
75
25
0
75
25
0
75% Protein in innerer Mitochondrienmembran und in Purpurmembran
weniger als 20% Protein in Myelinscheidenmembranen
Integrale und periphere Membranproteine:
Integrale MP:
Single und multi pass Proteine (alpha-Helices)
ß-Fass-Proteine bei Bakterien und Organellen, u.a. Porine mit 16 ß-Faltblättern
Integrale MP und Transport:
Durchlässigkeit von Membranen
Transporter: Carrier (Symporter, Antiporter), Ionenkanäle und Pumpen
Verankerung peripherer MP an Membran:
1. nichtkovalente Wechselwirkungen mit integralen MP
2. kovalente Bindung an Lipidanker, z.B. innen: Prenylreste, Myrsitinsäure
außen: Phosphatidylinositol (PIP)
Gefrierbruchpräparate zur Untersuchung von Membranen:
4 Flächen einer Membranen: Oberflächen und Bruchflächen
Visualisierung von Proteinkomplexen (Größe, Verteilung)
Nachweis der Beweglichkeit von Proteinen in der Membran
Fusion von 2 Zellen mit unterschiedlichen Membranproteinen
Antikörper mit Fluoreszenz erkennen Epitope; Messung der Zeit bis zur homogenen
Verteilung
4
4. Doppelstunde am 17.11.2014
Synthese von Proteinen an verschiedenen Ribosomen
Cytoplasma: 80S (40S und 60S)
Organellen (Plastiden, Mitochondrien): 70 S (30S und 50S)
Targeting von Proteinen, die an 80S Ribosomen hergestellt werden
Kompartiment
Sequenz
Lage der Sequenz
Zellkern
Peroxisom
Plastide
NLS
PTS: SKL
PTP
Transitsequenz
MTP
Präsequenz
Signalsequenz
im Protein
C-Terminus
N-Terminus
Signalsequenz und
VSS
N- oder C-Terminus
Mitochondrium
ER/Golgi
Vakuole
N-Terminus
N-Terminus
Transport,
Prozessierung
gefaltet
gefaltet
ungefaltet
Protease im Stroma
ungefaltet
Protease in Matrix
ungefaltet
Protease im ER-Lumen
Spaltung vor oder nach
Transport
Posttranslationale Prozessierung bei Organellenproteinen und ER-Proteinen: N-terminale
Targetsequenzen werden durch spezifische Proteasen abgespalten.
Bei den MTP und PTP gibt es eindeutige und zweideutige Sequenzen. Mit letzteren
gelangen die Proteine in beide Organellen.
Beispiel: Von 24 als GFP-Fuionsproteine getesteten Aminoacyl-tRNA-Synthetasen werden
15 dual in Plastiden und Mitochondiren importiert.
Duales Targeting durch unterschiedliche Targetinformation in den Vorstufenproteinen.
z.B. 2 Formen der Invertase (Apoplast, Vakuole) werden beide am ER synthetisiert. Die erste
Form gelangt über das Endomembransystem zur Zellwand; die zweite Form hat eine
Vakuolen Targeting-Information am C-Terminus und gelangt in die Vakuole.
Biolistische Transformation von Zwiebelepidermiszellen mit GFP-Fusionskonstruktenzur
Überprüfung des Targeting, Bild aus BIUZ Heft 3/2010
Das Endomembransystem
Vor- und Nachbereitungsempfehlung: Alberts (2011)
Übersicht über das Endomembransystem
Kernhülle
Endoplasmatisches Retikulum
Golgiapparat
Hypothese zur Co-Evolution von Zellkern und Endomembransystem; Membranlipide
stammen sind eubakteriellen Typs, nicht archaebakteriell, Vesikel aus diesen Lipiden haben
sich nach der primären Endosymbiose (Mitochondrien) um Genmaterial herumgelagert
Endoplasmatisches Retikulum
Hauptdomänen des ER: Kernhülle; raues und glattes ER
5
Weitere funktionelle Subdomänen:
Kontaktstelle zu Organellen
Stellen für Proteinkörperchenbildung (raues ER)
Stellen für Ölkörperchenbildung (glattes ER)
Kontakte mit Cytoskelett
Ribosomen am ER, Polysomenbildung
Vektorielle Translation von Proteinen mit Signalsequenzen am N-Terminus (Ausnahme bei
multi pass Membranproteinen, s. Alberts)
Signalsequenzerkennungspartikel (SRP): Aufbau aus 5 Proteinen und einer RNA
Das SRP ist wie auch die Ribosomen ein Ribonukleoprotein-Komplex. Auf einer Seite bindet
es an die Signalsequenz, auf der anderen Seite an den SRP-Rezeptor in der ER-Membran.
Prozessierung von löslichen Proteinen
ER-Membranproteine können wie die löslichen Proteine im Lumen prozessiert werden
(Abspaltung des N-terminalen Signalpeptids). Dann weist der neue N-Terminus zum Lumen.
Das Protein bleibt mit einem hydrophoben Sequenzabschnitt in der Membran (StoppTransfer-Sequenz).
anterograder und retrograder Vesikeltransport zwischen ER und Dictyosomen
cis- und trans-Seiten von ER und Dictyosomen
Was passiert mit Proteinen im ER?
Prozessierung durch Signalpeptidase
Faltung und Oligomerisierung unter Beteiligung von Chaperonen, u.a. Bip, Calnexin
S-S Brücken (intra- und intermolekular)
N- Glykosylierung an Asparaginresten – Dolichol als Lipid-Carrier für Oligosaccharide
Qualitätskontrolle im ER, Export von falsch gefalteten Proteinen zum Abbau durch
Proteasom im Zellkern
Besondere Domänen des ER in der Pflanzenzelle:
Bildung von Ölkörperchen am glatten ER. Diese auch Oleosomen genannten Körperchen
enthalten Triglyzeride, sind von einer monomolekularen Schicht von Phospholipiden
umgeben, auf die Oleosine aufgelagert sind. Oleosine stabilisieren die Oleosomen.
Bildung von Proteinkörperchen am rauen ER; Speicherproteine (Globuline, Prolamine)
Der Golgiapparat
Aufbau aus Dictyosomen
Subzelluläre Lokalisation von Dictyosomen.
Tierzelle: um den Kern herum
Pflanzenzelle: um Kern und im Cytoplasmasaum am Rand der Zellen
Eine normale Pflanzenzelle enthält ca. 20-400 Dictyosomen.
Dictyosomen können durch Teilung vermehrt werden.
Sortierung von Proteinen zwischen ER und Dictyosomen
KDEL-Sequenz bei ER-Proteinen
Allgemeine Funktionen des Golgiapparates:
O-Glykosylierung
Glykolipidsynthese
Spezielle Funktionen in der Pflanzenzelle:
6
Synthese komplexer Polysaccharide für die Zellwand
Synthese von Lignin-Vorstufen
Schleimproduktion bei Zellen der Wurzelhaube (Kalyptra)
Vesikel des Endomembransystems:
Vesikelbildung, Hüllproteine:
COPI für retrograden Transport (Golgi zum ER)
COPII für anterograden Transport (ER zum Golgi)
Clathrin für Transport zur Vakuole und für Endocytose
Hülle der Vesikel erfüllt mehrere Funktionen:
- Bildung der Vesikel (mechanisch)
- Sortierung des Inhalts
- Zielsteuerung
Zielsteuerung über SNARE-Proteine:
v-SNARE
t-SNARE
SNARE-Proteine bilden Dimere an der Zielmembran
Energiebedürftiger Prozess: Beteiligung von Rab-GTPasen (phylogenetsich alte
Proteinfamilie, typisch für Eucyten)
5. Doppelstunde am 24.11.2014 (H.-P. Mock)
Aufbau von Proteinen, Primär- Sekundär-, Tertiärstruktur, Dimere/Komplexe
Isoelektrischer Punkt von Proteinen
Enzymaktivität
Omics-Techniken, Vergleich Transkriptom/Proteom (mehrfach erhöhte Komplexität durch
Modifikationen wie Phosphorylierung, Glycosilierung etc)
Dynamik des Proteoms, Einfluss von Entwicklungsprogrammen und Stressfaktoren
Trenntechniken für komplexe Proteinproben (SDS-PAGE, 2-D Gelelektrophorese)
Färbetechniken für Proteine (Sensitivität, dynamischer Bereich)
Gezielter Nachweis und Quantifizierung von Proteinen: Western-Blotting
Identifizierung von Proteinen über Massenspektrometrie: Typtischer Verdau, PeptidmassenFingerprint, Peptidsequenzierung mit MS/MS-Techniken
Funktionsweise eines MALDI-TOF-MS.
LC-basierte Analyse von komplexen Proteingemischen; ESI-MS/MS
Sub-Proteomanalysen: Chromatographische Techniken, Zellfraktionierung (Organellen,
Plasmamembran)
6. Doppelstunde am 2.12.2013
Das Cytoskelett
Funktionen: Verankerung, Bewegungen von Zellbestandteilen (Komparetimenten, Vesikeln,
Ribosomen u.a.), Information über Polarität
7
Grundkomponenten:
Untereinheit
Aktin
Mikrotubuli
Intermediärfilamente
Grundbaustein
G-Aktin
α-, ß-Tubulin
Heterodimer
nicht besprochen
Polymer
Aktinfilament
Mikrotubulus aus 13
Protofilamenten
nicht besprochen
Durchmesser
6 nm
25 nm
10 nm
Polarer Aufbau von Aktinfilamenten und Mikrotubuli (+- und – Pol)
Zerfall und Assemblierung
Gifte, die auf das Cytoskelelett abzielen:
Colchicin, Taxol: Mikrotublin
Phalloidin, Cytochalasin B: Aktin
Bewegung und Verankerung von Organellen und anderen Kompartimenten bei Tier und
Pflanze
Kompartiment
ER
Golgi
Mitochondrien
Plastiden
Zelkern
Aktinfilamente
Pflanze
Pflanze
Pflanze
Pflanze
alle Eucyten
Mikrotubuli
Tier
Tier
Tier
alle Eucyten
Der Zellkern
Aufbau des Zellkerns:
Kernhülle (doppelte Hüllmembran, verbunden mit ER)
Poren mit Kernporenkomplexen
Kernmatrix
Kernlamina: Lamine sind Intermediärfilamente, verankert in Kernmembran über einen
Prenylrest
Phosphorylierung: Auflösung der Lamina vor der Mitose
Nucleolus:
Transkription der ribosomalen Gene (rDNA, hochrepetitiv)
Bildungsort für RNA-Proteinkomplexe
Präribosomen, Prozessierung der rRNA durch sno-RNA (small nucleolar RNAs)
SRP
U6-snRNP (Untereinheit des Spleißapparats)
Telomerase
Kernporenkomplexe (NPC):
30 verschiedene Proteine
Achtstrahlige Symmetrie, Korbbildung aus 8 Filamenten (Länge: 100 nm)
Transport in den Kern und aus dem Kern, NLS, Importine, NES, Exportine, Ran GTP
Kernproteine größer 40kD brauchen eine Kernlokalisationssequenz (NLS),
Centromer mit Kinetochoren zur Verankerung der Mikrotubuli
Chromatin: Eu- und Heterochromatin (fakultativ und konstitutiv)
Histone: H1-Linkerhiston, H2A, H2B, H3, H4
Modifikationen an Histonen: Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung
8
Nukleosomen: Histonoktamere aus H2A, H2B, H3, H4 und 168 bp DNA
Epigenetik, Chromatinmodellierung, Histon-Code
Histon-Modifikationen: Acetylierung, Phophorylierung, Methylierung
Acetylierung: Lockerung des Chromatins, erhöhte Zugänglichkeit für Transkriptionsfaktoren
Telomere, Telomerase (RNA-als Matrize)
Krebszellen haben erhöhte Telomeraseaktivität
7. Doppelstunde am 9.12.2013
Plastiden
Entstehung durch Endosymbiose; ein einmaliger Vorgang in der Evolution?
Paulinella hat Chromatophoren, die auf dem Weg zum Chloroplasten sind.
Die Schnecke Elysia nimmt Chloroplasten auf und kann damit Energie gewinnen.
Algen haben einen bis wenige Chloroplasten pro Zelle.
Höhere Pflanzen haben viele (ca. 100) Chloroplasten pro Parenchym-Zelle.
Verschiedene Plastidentypen, Differenzierungsmöglichkeiten
Entwicklung von Chloroplasten aus Proplastiden im Gramineenblatt
- Entstehung von Thylakoiden: Vesikel aus der inneren Hüllmembran fusionieren
Entwicklung von Chloroplasten aus Etioplasten (Ergrünung)
- Etioplasten, Prolammellarkörper
- Chlorophyllbiosynthese, Lichtabhängigkeit bei Angiospermen, ProtochlorophyllidOxidoreduktase (POR)
- Entstehung von Thylakoiden bei der Ergrünung: Primärthylakoide entwickeln sich
ausgehend vom Prolamellarkörper
Subkompartimentierung eines Chloroplasten
Zwei Hüllmembranen mit Intermembranraum
Stroma
Thylakoidmembran mit Lumen
Struktur des Thylakoidmembransystems: Grana- und Stromathylakoide
Laterale Heterogenität in der Verteilung der Komplexe
des Photosyntheseapparates:
Komponente
% Vorkommen in
Granathylakoiden
% Vorkommen in
Stromathylakoiden
PSII
85
15
PSI
10
90
Cyt f/b6
50
50
LHCII
90
10
ATP-Synthase 0
100
Plastocyanin
(Lumen)
60
9
40
8. Doppelstunde am 16.12.2013
Vorteile der lateralen Heterogenität in der Thylakoidmembran:
1. Langfristige Anpassung an Lichtbedingungen durch Änderung des Verhältnisses von
Stroma/Granatylakoiden bzw. des Verhältnisses zwischen den Photosystemen
2. Kurzfristige Anpassung an Lichtänderungen durch „State-Transition“
State-Transition: Wanderung des LHCII zwischen PSII und PSI,
Wenn PSII aktiver ist als PSI kommt es zur Reduktion des Plastochinon-Pools, dadurch wird
eine Kinase aktiv, die den LHC phosphoryliert, dieser wandert dann nach PSI.
Umgekehrt, wenn PSI aktiver ist als PSII; wird LHC-P dephosphoryliert und LHC wandert
zurück zum PSII im Granabereich.
Literatur dazu: Buchanan et al. (2000) Biochemistry & Molecular Biology of Plants, ASPB, S.
590-596
Plastidenteilung
arc-Mutanten mit unterschiedlicher Größe und Zahl an Plastiden
Proteine des inneren Ringes: FtsZ1,2; ARC6
Proteine des äußeren Ringes: ARC3, ARC5
Ringpositionierung durch die Min-Proteine
Immunologischer Nachweis der Ringproteine
Methoden: Nachweis von Protein-Protein-Interaktionen:
- FRET (Fluoreszenzresonanzenergietransfer)
- Bimolekulare Fluoreszenzkomplementation (BiFc)
Plastiden-DNA ist verpackt in Nukleoiden
Hohe Kopienzahl pro Plastiden und pro Zelle
9. Doppelstunde am 13.1.2014
Plastiden-DNA (ptDNA)
Größe und Struktur: LSC, IRa, IRb, SSC
Kodierungspotential
Gennomenklatur: Tabelle BIUZ, 2011
psa, psb, pet, atp, ndh, trn, rrn, rps, rpl
Evolution: Gentransfer in den Kern
Nukleoide, Polyploidie
Beteiligung von kernkodierten und plastidenkodierten Proteinen am Aufbau des
Photosynthesepparates u. a. Proteinkomplexe der Plastiden
ca. 85 Proteine der Plastiden sind plastidenkodiert; 3000-4000 Proteine sind kernkodiert
Aufbau des PS-Apparates erfordert Proteine von außen, innen und Kofaktoren wie
Chlorophyll
10
10. Doppelstunde am 20.1.2014. Mitochondrien und Peroxisomen
Evolution der Mitochondrien
Abgewandelte Mitochondrien in einzelligen Parasiten:
Mitosomen in Archaezoen, stark reduziert, ohne Genom
Hydrogenosomen, entwickeln Wasserstoff, können Genom besitzen
Funktionen von Mitochondrien
Übersicht über die Atmung: Glykolyse, Citratzyklus, Atmungsketter
Komplexe der Atmungskette, Alternative Oxidase
ATP-Synthase, Protonengradient
Photorespiration
Alter: Abnahme in der Faltung der inneren Hüllmembran, Verlust der lateralen Heterogenität,
Bildung von Vesikeln, Austritt von Cytochrom c: Signal für Apoptose
Größe, Form, Zahl pro Zelle
Dynamik: Gleichgewicht von Fusion und Spaltung
Vor Teilung von Zellen: Bildung eines grossen mitochondrialen Netzwerkes
FtsZ in der Rotalge Mallomonas, sonst während der Evolution verloren gegangen
Spaltung erfordert DRP (Dynamin related proteins)
Genom der Mitochondrien, Mastergenom und subgenomische Formen
Kodierungsskapazität bei Mensch, Hefe, Pflanzen
Plastidengene in mitochondrialer DNA
Mitochondriale Gene und Funktionen
Gen
cob
coxI
nad
rrn
trn
atp
Protein
Cytochrom c Apoprotein
Untereinheit I der Cytochrom
c Oxidase
Untereinheit der NADH
Dehydrogenase
18SrRNA, 26SrRNA
tRNA
ATP Synthase
Funktion
ATMUNG
ATMUNG
ATMUNG
Proteinbiosynthese
Proteinbiosynthese
ATP-Synthese
rpo Gene nur bie Reclinomonas
5SRNA nur bei einer Grünalge nachgewiesen
SSS=substoichiometrisches Shiften: bestimmte Gene können in höherer Kopienzahl
vorhanden sein
CMS. Cytoplasmatisch männliche Sterilität
Peroxisomen
Anderer Name: Microbody
Leitenzym: Katalase: Disproportionierung von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff
11
Entstehung aus dem ER oder Vermehrung durch Teilung (ähnlich wie bei Mitochondrien)
Import von peroxisomalen Proteinen: SKL-Sequenz am C-Trminus; gefaltet
Funktionen:in der Pflanze:
Photorespiration (zusammen mit Plastiden und Mitochondrien)
ß-Oxidation von Fettsäuren
Tier: ß-Oxidation in den Mitochondrien
Funktionelle Spezialisierung.
Glyoxisomen in fettreichen Samen
Gluconeogenese (können nur Pflanzen)
11. Doppelstunde am 27.1.2014
Genexpression Kerngene
Regulation auf verschiedenen Ebenen:
Transkription; RNA-Polymerasen in der Pflanzenzelle
Prozessierung von RNA, u.a. Spleissen und Edierung
Translation
Stabilität von Proteinen,
Proteasom im Zellkern und Cytoplasma: Abbau ubiquitinylierter Proteine
12
Übersicht über die Genexpression in Organellen
verschiedene Ebenen der Genexpression:
Gendosis (Kopienzahl)
Transkription
Prozessierung, Spleissen, Edierung
Translation
Proteinabbau
RNA-Polymerasen in Plastiden und Mitochondrien
PEP: prokaryotisches Enzym
Phagen-Polymerasen: ptNEP, mtNEP
Import kernkodierter Plastidenproteine:
TOC und TIC, Importexperiment mit radioaktioven in vitro Translationsprodukten
Ähnlicher Mechanismus bei Mitochondrien: TOM/TIM
Präsequenzen für Import; Prozessierung in Matrix und Stroma
Importexperimente mit radioaktiv markierten Translationsprodukten
Pflanzenzellen haben drei Genome
Koordination der Geneexpression in drei Kompartimenten:
Retrograde Signale (BIUZ 2011): u.a. ROS, Intermediate der Chlorophyllbiosynthese, Häm,
Störungen der Proteinbiosynthese
Plastiden können Stromuli bilden. Diese können bei der Übertragung von Signalen eine Rolle
spielen (BIUZ
12. Doppelstunde am 2.2.2014
Ergänzung zum Import in Organellen
Überraschungen von Proteomuntersuchungen.
An einer Auswahl von 500 Proteinen der Palstiden stellte man fest:
260 haben eine PTP-Sequenz
40 haben eine MTP-Sequenz
Daraus folgt:Duales Targeting in Plastiden und Mitochondrien
50 haben eine Signalpeptid (SP)-Sequenz
Daraus folgt: Alternativer Importweg in die Plastiden: ER- oder Golgi-Vesikel
Diese Proteine kann man auch an Glykosylierung erkennen.
140 haben keine N-terminale Targetingsequenz
Bei diesen weiß man noch nicht, wie sie in das Organelle gelangen
Die Vakuolen der Pflanzenzellen
Es gibt mehrere Typen von Vauolen, u.a PSV (Proteinspeicher) und LV (lytische Vakuolen).
Proteintransport in die Vakuole:
Prolamine in ER Proteinkörperchen, Aufnahme durch Phagocytose
Globuline in Golgivesikel
Funktionen
Osmoregulation, pH-Homeostase:
Protonentransportsysteme: Pyrophosphatase und ATP-abhängige Protonenpumpe
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Entgiftung: Bildung von GSH-Konjugaten unter Katalyse durch Gluthathiontransferasen
Transport der Konjugate über ABC-Transporter im Tonoplasten
ABC-Transporter heißen auch MDRP (multidrug resistance proteins)
GSH: Tripeptid aus Cystein, Glutamat, Glycin; enzymatische Biosynthese, Redoxsystem
Bildung von Phytochelatinen durch Transpeptisierung von GSH:
(Glu-Cys)nGly
n=2-11
Phytochelatine komplexieren Schwermetallionen, z.B. Cd2+
Rolle der Vakuole beim Zelltod bzw. bei der Autophagie
Beispiel. Aleuronprotoplasten: Fusion von PSV und LV
LV enthalten Proteasen, u.a. Cysteinproteasen
Caspasen bei der Apoptose in Tierzellen: Cysteinproteasen
Autophagie bei Hefezellen unter Mangelbedingungen
Autophagie als Entgiftungsprozeß
Autophagie-Mutanten: schnellere Seneszenz, weil Kompartimente mit toxischem Inhalt nicht
mehr entfernt werden können
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