Zellbiologie, Biomembran

Siehe Bild

Unsymetrie der Membran

P-Seite: Zytoplasmatische Seite

E-Seite: Extrazytoplasmatische oder externe Seite

Synthese der Biomembran:

-       Im ER mit anschliessendem Transport via Vesikeln zu Golgi, PM, Endosomen, Lysosomen, z.T. dann noch weitere Modifikationen

-       Mitochondrien und Peroxisomen: z.T. Synthese in diesen Organellen z.T. Import durch Assoziation mit dem ER

Asymmetrische Phospholipidverteilung:

1.   Bakterienmembran h.s. ein Phospholipidtyp ohne Cholesterin, Stabilität durch Zellwand

2.   Eukaryontenzellen viel Cholesterin und unterschiedliche Phospholipide

3.   Phosphatidylinositol geringe Mengen , sehr wichtig in der Signalübertragung

4.   Lipidzusammensetzung auf E-und P-Seite sehr unterschiedlich

5.   Erythrozytenmembran: E-Seite h.s. Cholinhaltige Lipide (Phosphatidylcholin, Sphingomyelin)

P-Seite Lipide mit terminaler AS-Gruppe (Phasphatidylethanolamin und –serin)

6.   Das negativ geladene Phosphatidylserin (immer auf der Innenseite) ergibt im Vergleich zur Aussenseite eine Ladungsdifferenz um die Membranfunktion zu gewährleisten

Die 4 Blutgruppen entstehen durch die Oligosaccharide, die sich auf der Erytrozytenmembran befinden. A hat andere Antigene als B. 0 hat keine Antigene. Enzym hängt bei A ein GalNAc an, bei B ein Gal, bei Blutgruppe 0 sind beide Enzyme inaktiv

-Siehe Bild

Interaktionen zwischen den hydrophoben Schwänzen erniedrigen die Fluidität:

- Kürzere Fettsäuren machen weniger Interaktionen

- Ungesättigte Fettsäuren stören durch ihren “Knick” die Wechselwirkungen

 Cholesterin vermindert die Fluidität

- Verunmöglicht Interaktionen

- Unterbindet die Beweglichkeit der hydrophoben Fettsäurenreste

- Stabilisiert die Membran

- Verhindert Auskristallisation der Phospholipide 

Membranproteine:

2 Gruppen von Membranproteinen:

1.    Periphere MP: ca. 20% der MP, leiccht ablösbar nach Veränderung des Ionenmilieus (v.a. mit EDTA)

2.    Integrale MP: hydrophobe WW zwischen ihnen und Membranlipiden manchmal über S-S kovalent gebunden

Einteilung der integralen MP:

Typ I MP: besitzen Membrandurchgang mit Aminoende auf E-, Carboxylende auf P-Seite

Typ II MP: membrandurchgehend, aber umgekehrt zu Typ I

Typ III MP: mehrere Membrandurchgänge mit unterschiedlichen Orientierungen

Unterschiedliche Funktionen von Membranporteinen:

1.    Transport: hydrophiler Kanal ohne ATP, oder unter Verbrauch von ATP (beide spezifisch)

2.    Enzymaktivität: Auch mit mehreren nacheinander

3.    Signal Transduction

4.    Intercellulare Verbindung

5.    Zell-Zell-Erkennung mittels Glycoproteinen

6.    Attachment zum Cytoskelett und der ECM

Membrantransport:

Freie Diffusion durch Membran nur für sehr kleine Moleküle (Gase), sonst spezifischer Transport für bestimmte Moleküle mit bestimmten Membranproteinen:

1.    Spezifischer Transport ist schneller als freie Diffusion

2.    Er geschieht über integrale Translokatoren (Carrier, Transportproteine)

3.    Substratspezifisch

4.    Saturierbar

5.    Häufig durch Substratanaloga oder „Gifte“ spezifisch hemmbar

Aufbau der Oligosaccharidketten:

Es gibt N- oder O-linked = N- oder O-glycosidisch an Proteine gebundene Oligomere:

N= es wird an das N- des Asparagin gebunde; Im ER (bei Eukaryonten, Hefen)

O= es wird an das O- des Serins gebunden; Im Golgi (Eukaryonten)

Zuckerbäumchen aufbauen

1. Dolicholphosphat (hat 1 Phosphat)
2. 1 Posphat und 1 GlcNac
3. 1 weiteres GlcNac
4. 5 Mannosen
5. Flipase flippt den Komplex ins ER Lumen (über hydrophilen Kanal)
6. 4 weitere Mannosen gelangen durch Flipase gelangen ins Lumen
7. 3 Glucosen gelangen durch flip

N-Glykosylierung

1. Oligosaccharid-Transferas (OTS) erkennt Asn-x-Ser/Thr und transferiert Zuckerbäumchen von Dolichol auf das Protein am Asn
2. Die 3 Glucosen werden schrittweise entfernt
3. es wird analysiert ob das Protein richtig gefalten ist: keine Glc mehr vorhanden ist gut
4. 1 Mannnose wird abgeschnitten
5. In Vesikel weiter zum cis-Golgi

Transport durch Golgi

1. In jedem Stack hat es unterschiedliche Enzyme wird über Signal Sequenz gesteuert im cis werden 3 Mannosen entfernt
2. Medial: + 1 GlcNac, -2 Man, +3GlcNac, +1Frucose
3. Trans: +3 Galactose (Galacosyltransferase), + 3 Sialinsäuren (Sialyltransferase)

Funktion der N-Glycane:

ER:

• Singal ob das Protein richtig gefaltet ist
• Ist Glucose nicht daran gebunden und das Protein ist noch im ER wird es degradiert (ERAD-ER associated protein degradation)
• Es wird dafür gesorgt dass die Proteine im trans golgi erkannt werden.
• Signal für die Manose6transferase Signal für lysosomale Enzyme
• Vor allem Lektine erkennen spezifisch Zuckerstrukturen

Extrazellulär:

• Binden Selectin (E,L,P) -> zelladhäsionsmolekül, adhäsion zwischen Zellen
• Binden Siglec -> binden Sialic acid , kommen vorwiegend auf Immunzellen vor
• Binden Galectin

Hefezellen:

• Bauen extrem viel Mannose auf und hängt keine anderen Zucker an
• Mannose als endständige Struktur es wird von den Mannoserezeptoren auf den Makrophagen erkannt und abgebaut
• Säugerzellen bauen die typische Man9GlcNac2 precursor auf und trasnferieren GlcNAc und galactose um das oligosaccharid in seine Kompexen typ aufzubauen
• Säugerzellen und hefe haben beide Glc3Man9GlcNAc2-dolicol als Ausgangsmaterial

Insektenzelle

zB Lactoferrin ist das gleiche Protein, ob native oder in SF9 synthetisiert, aber die Glykosylierung ist ganz anders, eher komplexer in Säugerzellen

-siehe Bild

Die Glykoproteine der Membran bilden mit den Gesamtlipiden eine stark polare Glykocalix. Sie ermöglicht Interaktionen mit anderen Zellen (über Lectin). Glykoproteine sind sehr wichtig was Erkennungsvorgänge unter verschiedenen Zellen angeht... Können in dieser Beziehung wie "Rezeptoren" verstanden werden.

Die meist integralen Glykoproteine sind

• Translokatoren

• Rezeptoren, Signalrezeptoren

• MHC-Moleküle (major histocompatibility complex), die erlauben, eigene von fremden Zellen zu unterscheiden.

• Strukturen sind exponiert, rufen in Fremdorganismus Immunantwort hervor = membranständige Antigene,

• z. B. CD = Cluster of differentiation zur Bestimmung der Entwicklungsstadien von Immunzellen (CD1-100)

• Sind eine Gruppe von spezifischen Glycoproteinen
• Sie können an Kohlenhydratstrukturen binden
• Häufige Bindungsorte der Lektine sind Zellmembranen
• Lösen spezifische Reaktionen aus
• Sind wichtig für:
  • Mitose
  • Immunreaktion
  • Agglutination von Zellen
  • Proteinbiosynthese der Ribosomen