Bachelor Modul biol113
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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 13 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 14
