Bio 5

Endoplamatisches Retikulum
• Glattes Endoplasmatisches Retikulum (sER)
• Rauhes Endoplasmatisches Retikulum (rER)
Aufgaben des sER
• Synthese der Membranlipide
• Entgiftungsfunktion (Cytochrom P450)
• Synthese von Steroidhormonen
• Proteinreifung
• Vesikeltransport zum Golgi-Appart
• Sonderform: sarkoplasmatisches Retikulum in Muskulatur (Ca2+-Speicher)
Aufgaben des rER
• Proteinsynthese:
– Für Sekretion
Plamaproteine zB Albumine, Immunglobuline
strukturelle Proteine (Kollagen)
enzymatische und proteolytische Enzyme (Trypsin)
– Für intrazelluläre Funktion
– Für Zellmembranen
Proteinsynthese bei Eukaryonten
• erfolgt im Cytoplasma an freien Ribosomen
• oder an Ribosomen am rauhen ER
• bei Vorliegen einer kurzen spezifischen Aminosäuresequenz am Amino- (NH2)
terminalen Ende wird der jeweilige weitere Transport veranlaßt
Typische Signalpeptide zB für
• Import in das ER:
• Verbleiben im ER:
• Import in Mitochondrien:
• Import in den Kern: ((-Pro-Pro-Lys- Lys-Lys-Arg-Lys-Val …nicht Details der Aminosäuresequenz lernen!)
• Import in Peroxisomen usw.
Freie und membrangebundene Ribosomen
• ribosomale Untereinheiten lagern sich an mRNA
• abhängig von der gebildeten ASSequenz erfolgt die weitere Synthese im Cytoplasma oder
am ER
„signal recognition particle“ SRP
• das SRP (Signal-Erkennungspartikel) erkennt das kurze Signalpeptid eines für das ER
bestimmten Proteins
• bindet dieses
• verhindert zunächst die weitere Synthese
• bindet (nach Diffusion spezifisch) an den SRP Rezeptor des ER
• dann erfolgt durch ein Translokatorprotein (wird durch Ribosomenbindung geöffnet) die
weitere Synthese und Übertragung des Proteins in das Lumen des ER
Qualitätskontrolle im ER
• im ER werden falsch gefaltete Proteine durch Chaperon-Proteine zurückgehalten
• gegebenfalls nachgefaltet oder sofern dies nicht gelingt, ins Cytoplasma abgegeben und
abgebaut
Glykosylierung in ER
• Proteine werden im ER Lumen meist sofort glykosyliert
→ es werden Zuckergruppen, Glukose, Mannose usw. an NH2 Gruppen von Asparagin
angehängt (NGlykosylierung)
Synthese eines Transmembranproteins
• Proteine, welche als Transmembranproteine in die Phospholipidmembran eingebaut werden,
weisen eine (oder mehrere) Start-Transfer- und Stop-Transfer-Peptidsequenz(en) auf
Aufgaben des Golgi-Apparats I
• Modifikation der N-Glykosylierung
• O-Glykosilierung (an OH-Gruppen von Serinund Threonin-Seitengruppen durch
Glycosyltransferasen)
• Modifikation und Verteilung von Proteinen, Lipiden, Proteoglykanen für sekretorische Vesikel,
Plasmamembran und Lysosomen
Aufgaben des Golgi-Apparats II
• Bildung der extrazellulären Matrix
• unterschiedlichen Sekreten aus Glykoproteinen, Proteoglykane und Peptidoglykanen
• Synthese von Bestandteilen der Glykokalix
• Bindung von Sulfatgruppen an Proteoglykane
Oligosaccharidtypen
• Mannose-reiche Oligosaccharide
• komplexe Oligosaccharide (aus verschiedenen Zuckerresten)
Glykosilierung in ER- und Golgi-Lumen
• In einem mehrstufígen Prozess werden zuerst Zuckergruppen von der N-Glykosylierung durch
Glucosidasen und Mannosidasen noch im ER abgespalten
• im Golgi-Apparat werden zunächst weitere Mannosereste abgespaltet und dann nach
Phosphorilierung weitere Zuckergruppen angefügt, dabei auch O-Glykosylierung
Sekretion
• konstitutiv (kontinuierlich)
oder
• reguliert (zB. über Rezeptoren vermittelt)
Ribosomen
• aus großer und kleiner Untereinheit aufgebaut
• mit A-(Aminoacyl-tRNA)-, -P-(Peptidyl-tRNA)-, und E-(Exit)-Bindungsstellen und
Peptidyltransferase an großer Untereinheit und mRNA-Bindungsstelle an kleiner Untereinheit
eukaryontische Ribosomen
• aus 28 S, 5.8 S und 5 S rRNA wird große Untereinheit mit (etwa 50) Proteinen aufgebaut
• die kleine Untereinheit besteht aus der 18 S rRNA und (etwa 30) Proteinen
• die 45 S rRNA (für 28,18,5.8 S rRNAs wird an der NOR an kurzen Armen der akrozentrischen
Chromosomen gebildet
• die 5 S rRNA an Gencluster an Chromosom 1 (Angaben in Klammer auf dieser Folie nicht
lernen)
Translation
• Initiation
• Elongation
• Termination
Translation
• an mRNA in 5‘ - 3‘ Richtung
• bei eukaryontischen Ribosomen etwa 2 Aminosäuren/Sekunde in Peptidkette eingebaut (in
Prokaryonten etwa 10 x so schnell)
• nach Initiation, Elongation bis zur Termination durch Binden eines Release-Faktors
(Freisetzungsfaktors) an ein Stop-codon (Angaben in Klammer auf dieser Folie nicht lernen)
Initiation
• die Initiator-tRNA (mit gebundenem Methionin und Initiationsfaktoren)
bindet an die kleine Untereinheit (UE)
• die mRNA bindet an die kleine UE (über 5‘ Cap) und letztere sucht von 5‘- 3‘ nach dem ersten
AUG
• Intitiationsfaktoren lösen sich und die große UE bindet mit P-Stelle an Initator-tRNA
Elongation
• anschließend bindet die erste Aminoacyl-tRNA an die A-Stelle und in der PeptidyltransferaseStelle
• der großen UE wird eine Peptidbindung zwischen den ersten zwei Aminosäuren geknüpft
• dann bewegt sich die kleine UE um ein Codon nach 5‘ wodurch die A-Stelle für die nächste
Aminoacyl-tRNA frei wird und der Vorgang wird wiederholt
Proteinstabilität
• sehr variabel, für bestimmte Proteine sogar extrem unterschiedlich
• bestimmte Strukturproteine, wie in Knorpel, Knochen usw. sind für Monate bis Jahre stabil
→ Stoffwechselenzyme und Wachstumsfaktoren sind oft nur Sekunden bis Tage stabil
• Proteinfaltung erfolgt spontan oder durch Chaperone
• Proteinabbau durch Proteasen bzw. in Proteasomen
Proteasomen
• Neben den Lysosomen kommen im Cytoplasma eukaryontischer Zellen die Proteasomen für
den Proteinabbau vor
• Sie stellen kleine (etwa 10 nm Durchmesser) in wesentlichen rohrförmige Gebilde dar, die
zum Abbau von überschüssigen, fehlerhaften oder „alten“ Proteinen dienen
• der Import erfolgt über einen Ubiquitinabhängigen Transportmechanismus in das Innere der
Proteasomen
• In das Lumen der Proteasomen sind wandständige Proteasen und Peptidasen eingebaut,
welche eingebrachte Proteine in die Einzelbausteine, also Aminosäuren abbauen und wieder
in das Cytoplasma abgeben
• Bei einer schweren Krankheit, dem Angelman Syndrom, sind bei einem Teil der Patienten
Mutationen in Ubiquitin-Proteinligase E3A-Gen gefunden wurden. Das genannte Enzym ist für
das „Anhängen“ von Ubiquitin an Proteine, und damit für deren Import und Abbau wesentlich
Kernporen
• bestehen aus vielen Proteinen
→ bilden achteckigen Kernporenkomplex
• der Durchmesser der Öffnung liegt bei etwa 9 nm (kann aktiv bis auf nahezu 30 (26) nm)
erweitert werden
• Fibrillen an der cytoplasmatischen Seite und ein „nukleärer Käfig“ an der Innenseite sind für
die Funktion wesentlich
• liegen in großer Zahl an der Kernmembran vor
• sind für den Stoffaustausch zwischen Cytoplasma und Karyoplasma sehr wichtig
• ua. werden durch Kernporen ribosomale und viele weitere Proteine (zB. Enzyme, wie DNA-und
RNA-Polymerasen) in den Kern transportiert und mRNA, Ribosomenuntereinheiten aus dem
Kern transportiert
Passage durch Kernporen
• Kleine Komponenten können passiv durch Diffusion durch die Kernporen
• Größere Komponenten müssen aktiv, mit ATP Verbrauch unter Erweiterung des
Kernporenkomplexes transportiert werden
• Signalsequenzen der Proteine für den Kernimport und Rezeptormoleküle sind beteiligt
Kernlamina
• Aufbau aus Intermediärfilamenten (Lamine)
• Stabilisierung der Kernhülle
Änderung des Kerns während (mitotischem) Zellzyklus
• Im mitotischen Zellzyklus wird der Zellkern in der S (Synthese)-Phase auf etwa den doppelten
Inhalt vergrößert
• Am Anfang der Mitose wird die Kernhülle aufgelöst (zerfällt unter Phosphorilierung der
Kernlamina in kleine Fragmente)
• am Ende der Mitose wird sie durch Dephosphorilierung der Kernlaminafragmente wieder
aufgebaut