Proteinsorting und Proteintargeting

• In einer Zelle gibt es viele funktionelle Kompartimente=> Zellorganellen
• jedes Zellorganell hat spezielle Stoffwechsel-Funktionen und Strukturen
• damit Organell diese Funktionen übernehmen kann, braucht diese spezielle Proteine
• damit sichergestelle ist, dass jedes ORganell mit den richtigen PRoteinen versorgt wird, gibt es Proteinsorting
• Proteinsorting
  • Proteine haben spezielle AS, welche als Signal von anderen Proteinen erkannt werden könnnen => 'Postleitzahlen' (viele Proteine haben auch kein Signalpeptid)
  • die Signale werden dazu verwendet, das Protein an seinen Bestimmungsort zu bringen
    • spezifische Signalsequenzen steuern den Proteintransport zu spezifischen Kompartimenten
• Beispiele
  • Insulin
  • ....

• Zytoplasmatischer Weg
  • Proteine ohne Signalpeptid
  • Synthetisierung im Zytoplasma an freien Ribosomen
  • verbleib inm Zytosol
  • b.B. weitertransport in die Mitochondrien, Chloroplasten, Zellkern
• Sekretorischer Weg
  • Proteine mit Siganlpeptid
  • Synthetisierung am rauen ER und Prozessierung im Golgi
  • Sekretion der Proteine aus der Zelle
  • Einlagerung in Lysosomen
  • Einbau in die Plasmamembran

• Gated Transport
• Transmembraner Transport
• Vesiculärer Transport

• Transport zwischen Zytoplasma und Zellkern
• Transport durch ‘Gates’ durch nukleäre Poren
  • Zellkern besteht aus einer äusseren und inneren Membran, welche verbunden sind
    • Äussere Membran geht ins ER über
    • Innere Membran enthält die Poren
  • Passive Diffusion von kleineren Molekülen
  • Aktiver Transport von fertig prozessierten Proteinen und RNA’s
    • Unter ATP-Verbrauch => benötigt Energie
    • Saturierbar
      • Ab einer gewissen Konzentration von Proteinen, kann die Einschläussung nicht mehr gesteigert werden, da nur eine begrenzte Anzahl von Transportproteine vorhanden ist

• Membrangebundene Translokatoren bringen Protein durch die Membrane
  • Jedes Organell hat seine Translokatoren
• Proteine werden von Zytosol in die Mitochondrien, Chloroplasten, Peroxisomen oder ER transportiert

• Protein mit Signalsequenz
  • Signalsequenz transportiert Protein an den richtigen Ort
• Chaperons
  • binden an Proteine unter ATP verbrauch
  • machen, dass Protein ungefalltet ist, damit es durch die Membran transportiert werden kann
• auf jeder Seite der MEmbran gibt es ein Protein-Translocator-Komplex, durch das Protein transportiert wird
  • TOM (Translocase of Outer Membran)
  • TIM (Translocase of Inner Membran)
• auf der Innenseite binden andere Chaperone an Protein und verhindern eine vorzeitige Faltung resp.  helfen das Protein hinein zu transportieren
• Im Mitochondrium wird Signalsequenz durch Signalpeptidase abgeschnitten
• Chaperons lösen sich von Protein und PRotein nimmt seine ursprüngliche Faltung an

Translocator-Komplex bei den Chloroplasten:

• TOC (Translocase of Outer Chloroplast membran)
• TIC (Translocase of Inner Chloroplast membran)

• es können gfaltete Proteine transportiert werden
• Signalsequenzen:
  • PTS 1 (Peroxisomal Targeting Sequenz) => meiste Proteine
    • SKL-Sequenz (Serin Lysin(K) Leucin)
    • Carboxyterminales Ende
  • PTS 2
    • aminoterminales Ende
• Pex5 transportiert Protein zu Peroxisom
• Pex5 dockt an Pex14 an
• Protein wirdinkl. Pex5 über Pex2/10/12-Komplex ins Peroxisom transportiert
• Pex,5 wird anschliessend über gleichen Komplex wieder heraustransportiert (recycling*)

• für Entgiftung verantwortlich
• Degradation von grossen Fettsäuren

*die Natur kennt keine Abfälle!!!! 

• Lösliche, in den Vesikeln verpackte PRoteine werden vom Donor- ins Zielorganell verfrachtet
• Transportvesikel 'knospen' am Donorkompartiment
• Transportvesikel verschmelzen mit dem Zielkompartiment
• Die Vesikel-bildente Membranen werden auch in das neue ORganell übertragen

• Ribosom beginnt Polypeptid zu synthetisieren
• Signal Recognition Particel (SRP) bindet an Singalsequenz (hydrophobe Alpha-Helix) vom Protein
• SRP transportiert Komplex zum SRP-Rezeptor und geht Bindung ein
• SRP entkoppelt sich und Ribosom bindet an den Ribosom Rezeptor
• Signalsequenz wird in Translokator hineinsynthetisiert
• Translation fährt fort. Die Polypeptidkette wird direkt durch daen Translokator synthetisiert
• Signalpeptidase schneidet die Signalsequenz ab und das Polypeptid wird ins Lumen abgegeben
  • wird die Signalsequenz nicht abgeschnitten, wird sie Teil der Transmembran-Abschnitt des Proteins, da hydrophob

• findet stattwährend Polypeptid ins ER translatiert wird
• findet an der Asn-X-Ser/Thr Sequenz von Polypeptid statt
  •  ist diese Squenz vorhanden, wird 'Zuckerbäumchen' am ASN-Teil an Sequenz gehängt => N-Linked-Transferrase
    • wird vom OST (Oligosaccharyltransferase) gestäuert
• zwei Enzyme spalten die drei Glucosen ab

• ähnlich wie ER Transmembrantransport
• SRP bindet an SRP-Rezeptor
• Internal Signalsequenz macht, dass Polypeptid in Translokationskanal synthetiiert wird, dabei bleibt Amino-Ende im ER-Lumen
• Stoptransfer-Sequenz stoppt translation in Lumen und schliesst Kanal => Polypeptid im Lumen formt ein Loop
• Translation geht im Cytosol weiter
• zweite Internal Signalsequenz öffnet Kanal wieder und macht, dass Polypeptid wieder ins Lumen synthetisiert wird => ein zweites Loop im Cytsol wird geformt
• diesen Prozess kann beliebig widerholt werden

• Transport via Maturation
• Vesikel lösen sich vom ER und formen das ERGIC (ER-Golgi intermediate compartment)
  • Vesikel fusionieren untereinander und bilden das cis-Golgi
• Rückwärts-Transport von Proteinen durch Vesikel, die irrtümlicherweise ins cis-Golgi transportiert wurden => Medial- resp. Trans-Golgi
• zwei Arten der Sekretion
  • regulierte Sekretion
    • Vesicel lagern such a Plasmamembran an, bis es zur Sekretion kommt => z.B. Insulin
  • konstitutive Sekretion
    • Proteine werden ständig sekretiert
    • Favorisiert beim Protein-Herstellen

• Protein bindet spezifisch an Transmembran Rezeptor in Zellmembran
  • Transmembran Rezeptor in Zellmembran ist mit Adapter Protein Komplex über Zellmembran verbunden
• Adaptin bindet an Adapter Protein Komplex auf der Seite des Cytosols
• Clathrin bindet an Adaptin
• Calthrin beginnt Zellmembran abzuschnürren und ein Vesikel zu bilden
• Dynamin schnürrt Vesikel ab
• Vesikel beginnt uncoating => Adaptin und Clathrin lösen sich
• Vesikel fusioniert mit Early-Endosom
• Protein wird von Rezeptor losgebunden
• Rezeptoren werden vesikulär zur Zellmembran zurücktransportiert (Recycling)

• Peptidstück von 4 bis 60 AS
• Signalsequenzen sind diskrete Peptidabschnitte
• können innerhalb oder am Ende des PRoteins lokalisiert sein

• dreidimensionale Anordnung von AS an der Proteinoberfläche, entstanden durch die Proteinfaltung
• AS für Patches können in der linearen AS-Sequenz entfernt voneinader liegen
  • durch Überlagerung dieser AS-Sequenzen ergibt sich eine bestimmte Erkennungsstruktur

• Signalsequenzen
  • dirigieren Proteine vom ZYtosol ins ER, Mitochondiren, Chloroplasten, Peroxisomen
  • transportieren Proteine vom Nukleus ins Zytosol
  • vom Golgi ins ER
• Signalpatches
  • neu synthetisierte Proteine für Abbau in den Lysosomen
• Sequenzen und PAtches
  • von Zytosol in den Nukleus

• Lys-Asp-Glu-Leu => KDEL

• Genabschnitt mit GFP markieren
• Organell andersfarbig markieren
• schauen, wo das Protein sich befindet

• Clathrin Coated Vesikel
  • von trans-Golgi zu den Endosomen
  • von der Plasmamembran zu den Endosomen
• COP I coated Vesicel
  • vom Golgi zu ER (retrograder Transport)
  • innerhalb des Golgi
• COP II coated Vesicel
  • ER zu Golgi (anterograde)

• gezielter Abbau von zellulären Proteinen
  • Ubiquitin wird an PRotein gehängt, dass dan sofort abgebaut wird
• Proteasom baut dann Protein ab

siehe Folie