Endozytose - Uni
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Biologie für Mediziner WS 2013/14 Teil Allgemeine Genetik Prof. Dr. Uwe Homberg Fachbereich Biologie Tierphysiologie Karl-von-Frisch-Str. 8 E-mail: [email protected] http://www.uni-marburg.de/fb17/fachgebiete/tierphysio/ Biologie für Mediziner WS 2013/14 Teil Allgemeine Genetik, Prof. Dr. Uwe Homberg 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Endozytose Lysosomen Genetik 1: Zellkern, Chromosomen Struktur und Funktion der DNA, Replikation Genetik 2: Zellzyklus und Zellteilung (Mitose) Reifeteilung (Meiose) Signaltransduktion 1: Zellkommunikation Signalmoleküle, Rezeptoren, Signalantworten Signaltransduktion 2: Enzymgekoppelte RezeptorSignalwege 10. Apoptose, Nekrose Folien zum download: http://www.uni-marburg.de/fb20/cyto/lehre/medi1 Biologie für Mediziner WS 2013/14 Praktikum (Parallelkurse) Prof. Dr. Uwe Homberg FB Biologie, Lahnberge, Karl-von-Frisch-Str. 8 Großer Zoologischer Kurssaal, Raum 1015 11.11.+12.11. Dr. Kathrin Bolte: Lichtmikroskop, Vakuolen, Blutausstrich mit Malariaerregern Skript Malaria ausdrucken, lesen Pinzetten, Zeichenmaterial mitbringen 18.11.+19.11. Prof. Dr. Schachtner/Dr. Martin Kollmann: Mitose/Meiose 25.11.+26.11. Prof. Dr. Schachtner/Dr. Martin Kollmann: Sinneswahrnehmung, Signaltransduktion Folien zum download: http://www.uni-marburg.de/fb20/cyto/lehre/medi1 Biologie für Mediziner WS 2013/14 Teil Allgemeine Genetik, Prof. Dr. Uwe Homberg Endozytose Lysosomen Genetik 1: Zellkern, Chromosomen Struktur und Funktion der DNA, Replikation Genetik 2: Zellzyklus und Zellteilung (Mitose) Reifeteilung (Meiose) Signaltransduktion 1: Zellkommunikation Signalmoleküle, Rezeptoren, Signalantworten Signaltransduktion 2: Enzymgekoppelte RezeptorSignalwege 10. Apoptose, Nekrose 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Folien zum download: http://www.uni-marburg.de/fb20/cyto/lehre/medi1 Stoffaustausch über biologische Membranen Lipiddoppelschicht permeabel für unpolare Moleküle: CO2, O2 bedingt permeabel für kleine polare Moleküle: H2O, NH3 nicht permeabel für: Ionen, Proteine und andere Makromoleküle Ionenkanäle andere Kanalproteine (z.B. Aquaporin für H2O) Carrierproteine (z.B. Glukose) vesikulärer Transport (Proteine, andere Makromoleküle) Exozytose Endozytose Endozytose • Aufnahme von Material, durch Einsenkung und Abschnürung der Zellmembran Bildung von Vesikeln • Pinozytose: Aufnahme löslicher, flüssiger Stoffe; „trinken“ (Makromoleküle, Proteine, Lipoproteine) Endosom • Clathrin/Rezeptor-vermittelte Endozytose • Caveolae-vermittelte Endozytose • Clathrin/Caveolae unabhängige Endozytose • Phagozytose: feste Substanzen; „essen“ (Partikel > 0,5 µm, Bakterien, Zelltrümmer) Phagosom Endozytosewege Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Clathrin/Rezeptor-vermittelte Endozytose Lodish et al. 2008 Molecular Cell Biology Clathrin-vermittelte Endozytose Aufnahme von: Cholesterol (Low-density Lipoproteine) Eisen (Transferrin) Proteinhormonen, z.B. Insulin Glykoproteinen Viren (Poliovirus, Adenovirus) etc. mit einem Stück Plasmamembran (Fibroblasten: 1% der Membran pro Minute) Tansportvesikel erhalten einen Coat COPI/II = coat protein I/II Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Bildung Clathrin-beschichteter Vesikel Coated pits Coated vesicles Aufnahme von Lipoproteinpartikel zur Dotterbildung in Hühneroozyte Perry and Gilbert (1979) J Cell Science 39:257 Clathrin Triskelion Clathrin-umhüllte Vesikel Elektronenmikroskopie: Clathrin beschichtete Vesikel an Innenseite von Fibroblasten Bildung der Clathrinhülle, Abknospung Adaptin = Adapter Protein Komplex = AP-Komplex Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Funktion des Dynamins Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Drosophila Mutante shibire Bildung der Clathrinhülle, Abknospung, Zerfall durch Uncoating ATPase (Chaperonprotein der hsp70 Familie) Recycling von Clathrin Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Endozytose: Endosom Lysosom Lodish et al. 2008 Molecular Cell Biology Lysosom • Abbau von aufgenommenem Material • extrazellulärer oder intrazellulärer Herkunft • sauerstes Kompartiment der Zelle Lysosomen Größe 0,1-1 µm > 40 verschiedene Enzyme (Hydrolasen, Phosphatasen) Protonenpumpe pumpt H+ ins Innere der Lysosomen pH-Wert: 4,5 - 5 Abbauprodukte (Aminosäuren, Zucker) verlassen Lysosom über spezifische Transporter Synthese lysosomaler Proteine Lysosomale Enzyme werden am ER synthetisiert und im GolgiApparat anhand einer Zielsteuerungssequenz erkannt. Zielsteuerungssequenz oft kurze Aminosäureabschnitte (Adresse), werden von Rezeptoren erkannt: Beispiel: NLS (nuclear location sequence) für Proteine in den Kern Rezeptor Importin Zielsteuerungssequenz für lysosomale Hydrolasen: Mannose-6-phosphat (M6P) = Kohlenhydrat Mannose-6-phosphat an lysosomaler Hydrolase Hydrolasen (hydrolytische Spaltung organischer Verbindungen) Proteasen Peptidasen Amylasen Nucleasen Phosphatasen Glykosidasen Esterasen Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Transport lysosomaler Enzyme zum Lysosom über Bindung an M6P-Rezeptor Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle M6P-Markierung einer lysosomalen Hydrolase GlcNAc = N-Acetyl-glucosamin UDP = Uridindiphosphat Abspaltung (Pfeil) von GlcNAc durch Phosphodiesterase führt zur M6P-Markierung Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Transportwege lysosomaler Enzyme Lodish et al. 2008 Molecular Cell Biology Lysosomale Speicherkrankheiten Genetische Defekte einer oder mehrerer lysosomaler Hydrolasen: • Mucopolysaccharidosen, z.B. Hunter-Syndrom: ein lysosomales Enzym ist defekt, fehlender Abbau saurer Mucopolysaccharide • Lipidosen, z.B. Niemann-Pick-Krankheit: defekte Sphingomyelinase, Sphingomyelin reichert sich an Fehler bei Phosphorylierung lysosomaler Proteine: • Mucolipidose II (I-Zell-Krankheit): fehlender Mannose-6-Phosphat Rest, in Fibroblasten lysosomale Proteine werden sezerniert Lysosomale Speicherkrankheiten Gicht und Silikose: Schädigung der Lysosomenmembran durch Harnsäure oder Silikate (z.B. bei Bergarbeitern). Führt zur Freisetzung von lysosomalen Enzymen und damit zu Entzündungsreaktionen Cystinose: mangelhafter Transport von Cystin (= Disulfid aus 2 Cysteinen, schwerlöslich) aus den Lysosomen schwere Funktionsstörungen der Niere Telolysosomen, Restkörper • Lysosomen mit unverdaubarem Material werden durch Exozytose abgegeben, wenn die Zelle Kontakt mit einer Oberfläche hat • reichern sich in langlebigen Zellen ohne Kontakt zur Oberfläche an (Herzmuskel, Leber, Nervenzellen) • braunes Lipofuszin „Alterspigment“ Clathrin/Rezeptor-vermittelte Endozytose • Aufnahme von Cholesterol • Aufnahme von Eisen • Eindringen von Viren Low-Density Lipoprotein (LDL) Partikel ~ 800 ~ 500 ~ 1500 Rezeptor-vermittelte Endozytose von LDL Clathrin/Rezeptor-vermittelte Endozytose • Aufnahme von Cholesterol • Aufnahme von Eisen • Eindringen von Viren Aufnahme von Eisen (Transferrin-Tf) Clathrin/Rezeptor-vermittelte Endozytose • Aufnahme von Cholesterol • Aufnahme von Eisen • Eindringen von Viren Influenzavirus Adenovirus Poliovirus Eindringen des Influenzavirus in Wirtszelle • Binden an Sialinsäure-haltige Oberflächenrezeptoren • Endozytose • Saures Medium Exponierung eines Fusionspeptids • Fusion der Membranen Endosom – Virus • Virus-RNA gelangt in Wirtszytoplasma Transzytose Neugeborene Ratte erhält Antikörper aus der Muttermilch (Schutz vor Infektionen) über Transport durch Darmepithel Caveolae-vermittelte Endozytose • entstehen aus Lipid-Flößen • einige Viren gelangen über diesen Weg in tierische Zellen • Strukturprotein Caveolin Caveolae in Plasmamembran eines Fibroblasten Phagozytose Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle Phagozytose • kommt nur in bestimmten Zellen vor: Phagozyten (Makrophagen, Leucozyten, etc) • Beseitigung von Zelltrümmern, Pathogenen (Bakterien) etc; Material kann mehrere µm groß sein • Zellfortsätze (Lamellipodien) schieben sich aktiv über das Partikel • Clathrin-unabhängig • Fc-Rezeptor erleichtert Aufnahme von Material, das von Immunglobulinen bedeckt ist • Phagosom fusioniert mit Lysosom Phagozytose Phagosom Neutrophiler phagozytiert sich teilendes Bakterium Fc-Rezeptoren auf Oberfläche von Makrophagen erkennen die Fc-Fragmente von Antikörper-dekorierten Bakterien Makrophage mit Lammellipodien Autophagie - Autophagosom z.B. regelmäßiger Abbau von Mitochondrien in Leberzellen Vielen Dank!
