Zellbiologie, Proteinsorting
Zellbiologie 3
Zellbiologie 3
Kartei Details
| Karten | 15 |
|---|---|
| Lernende | 11 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Biologie |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 21.12.2015 / 15.01.2024 |
| Weblink |
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die einzelnen Schritte der Proteinsynthese zu beschreiben
Allgemein:
DNA im Kern -> Transkription -> prä-mRNA -> RNA Prozessierung (spleissen, polyA Schwanz, CAP) -> mRNA im Cytosol -> Translation -> Polypeptid
Informationsfluss: Gen zu Protein
1. Transkription: An Hand der DNA wird eine prä-mRNA erstellt (Zellkern)
2. RNA-Prozessing: die mRNA wird mehrfach verändert → RNA (Zellkern
3. mRNA verläst Zellkern
4. Translation: an den Ribosomen wird an Hand der mRNA ein Protein synthetisiert
RNA-Prozessing 1:
- 5’CapStruktur und Poly-A-Schwanz an 3‘ Ende werden angefügt (werden nicht translatiert)
- notwendig für Export und Schutz vor vorzeitigen Abbau durch Ribonucleasen
- Vermitteln im Cytoplasma zusammen mit Proteinen die Ribosomenbindung
RNA-Prozessing 2: Spleissen der RNA:
- die Introns werden herausgetrennt und die Exons zusammengespleisst
- Oft Intronbereich länger als die der Exons
Translation:
- mRNA wird durch Ribosom geleitet
- mit Aminosäuren beladene tRNA (Aminoacyl-Transfer-Ribonucleinsäure AA-tRNA) bindet mit Anticodon an Codon der mRNA
- Sie überträgt dabei den Aminosäurerest an die wachsende Polypeptidkette
die Grundprinzipien des Proteinsortings anhand von Beispielen zu erklären
Grundprinzipien
- Proteine haben Aminosäuren welche als Signal von anderen Proteinen erkannt werden können, damit werden Proteine zu/in ein bestimmtes Organell gesteuert
- Signalsequenzen sind Regionen von 3-60AS im Protein welches sortiert werden soll
- Spezifische Signalsequenzen steuern den Proteintransport zu spezifischen Kompartimenten
- Leu val ile trp = hydrophobe AS -> Signalsequenz welche Protein in ER synthetisiert
Proteinsynthese
1. Proteinbiosynthese beginnt an den Ribosomen im Zytosol (ausser einige in den Mitochondrien und Chloroplasten)
2. Die Proteine werden gemäss einem „Sorting Signal“ (=Signalpeptid) an ihren Zielart mit Hilfe der entsprechenden Rezeptoren geliefert (meisten haben kein Sorting Signal & bleiben im Zytosol)
die unterschiedlichen Transportwege der Proteine in der Zelle zu benennen
Zytoplasmatischer Weg:
- Haben keine Signalsequenz und werden im Zytoplasma synthetisiert
Sekretorischer Weg:
- Werden im ER synthetisiert und im Glogi prozessiert. Sie werden aus der Zelle geschieden, sie lagern sich in Lysosomen und bauen sich in die Plasmamembran.
Gated Transport:
- zwischen Cytosol und Zellkern
Transmembraner Transport:
- vom Cytosol zu Mitochondrien, ER, Plastiden und Peroxisomen
Vesiculärer Transport:
- zwischen Golgie und Zelloberfläche. Entweder über die Late und Early Endosome oder über den sekretorische Vesikel.
den Transport durch nukleäre Poren, Mitochondrien zu erklären
Nukleäre Poren:
- Gated Transport
- Durch Poren: keine Energie nötig wenn kleines Molekül, Energie nötig wenn fertig prozessierte Proteine und RNA
Transmembran (Mitochondien, Chloroplasten, Peroxisomen)
- Membrangebundene Translokatoren bringen Protein durch Membran
Mitochondrien:
- TOM und TIM
- Signalsequenz wird von TOM (O=outer Membrane) erkannt
- Peptid gelangt durch Import pore in Intermembran Bereich
- TIM (I=Inner Membrane) bringt Peptid in Mitochondrielle Matrix
den Transport durch Chloroplasten und Peroxisomen zu erklären
Chloroplasten:
- TOC und TIC
- Signalsequenz wird von TOC (Translokon at the outer chloroplast Membrane) erkannt und gelangt in den Intermembraner Bereich
- TIC (Translokon at the inner chloroplast Membran) bringt das Peptid in das Stroma
- Ein weiteres Translokon bringt das Peptid in die Lumen
Peroxisomen:
- PEX5 Rezeptor erkennt signalsequenz und bindet an ein anderer PEX14 an der Membran
- Dieses PEX5 gelangt dann PEX10 und PEX12 in die Peroxisomale Matrix
- PEX5 kann wieder aus dem inneren gelangen und eine weitere Signalsequenz erkennen
- Signalsequenz wird nicht abgeschnitten!
die Grundschritte des vesikulären Transportes zu erklären
Sekretorischer Weg = Vesikulärer Transport
- erster vesikulärer Transport vom ER in Golgi Apparat
- kleine, membranumschlossene Transportvesikel bringen Proteine von einem Organell ins nächste
- Bei jeder Zwischenstation (Box) wird entschieden, ob das Protein in diesem Kompariment bleibt oder ob es weiter transportiert wird
- So wandert das Protein von einem Kompartiment zum anderen bis zum Zielort
den Mechanismus zu erklären wie sekretorische Proteine und Membranproteine synthetisiert werden
Cotranslationales Targeting von secretorischen Proteinen in das ER:
1. Wenn die Signalsequenz aus dem Ribosom kommt wird sie vom SRP (Signal recognistion particel) erkannt und gebunden
2. Dieser Komplex geht an die ER-Membran wo es an den SRP-Rezeptor bindet
3. Das SRP wird abgetrennt, das Ribosom bindet an das Translocon, Signalsequenz wird in den Membrankanal eingefügt
4. Translation wird weitergeführt und die Polypeptidkette verlagert sich durch den Membrankanal
5. Die Transpeptidase schneidet die Signalsequenz ab und das Polypeptid gelangt in das Lumen des ER
Signalsequenz:
Befindet sich am N-Ende, mit positiv geladenen und lipophilen Aminosäuren, wird meist abgeschnitten nach dem Transport!
den sekretorischen Weg zu beschreiben
Überblick über den sekretorischen Weg
1. Cotranslationeler Transport vom Zytosol ins Lumen vom ER oder in die ER-Membran
2. Vesikel llösen sich vom ER und formen das ERGIC mit dem Golgi apparat (ER-Golgi intermediate compartment; CGN cis-Golgi network) durch Fusion untereinander.
3. Vesikel durchlaufe Golgi Apparat
4. Dan wird entschied ob die Protein ausgeschütte werde über die Plasmamembran oder für die Lysosomen
5. Proteine sind bestimmt für die Lysosomen, die Zellmembran und die Sekretion aus der Zelle (Proteine die löslich sind und keinen Transmembranbereich haben)
zu erklären wie die Proteine an ihr Ziel gelangen
Wie kommen die Proteine an ihr Ziel?
- Organelle haben verschiedene Strukturen und Funktionen, basierend auf der charakteristischen Proteinzusammensetzung
- Proteine tragen eine Adresse für ihren Zielort, sog. Signalsequenzen bzw. –regionen
- Diese Signaturen werden von Rezeptoren auf den entsprechenden Kompartimenten erkannt
zwischen Signalsequenzen und Signalpatches zu unterscheiden
Allgemein:
Signalsequenzen: bestehen aus einem Peptidstück von 4 bis 60 AS
Signalpatches: entstehen durch die 3 dimensionale Faltung der Proteine
Signalsequenzen:
- Peptidstücke von 3-60AS
- diskrete Peptidabschnitte
- können innerhalb des Proteins oder am Ende lokalisiert sein
- werden z.T: von spezialisierten Signalpeptidasen entfernt, wenn das Protein am Zielort ist (ER, Mitochondrien)
Signalpatches, -regionen:
Signalpatches sind erst bei der dreidimensionalen Anordnung eine bestimmte Erkennungsstruktur und können in der linearen AS-Sequenz entfernt voneinander liegen
-Siehe Bild
Vorkommen von Signalsequenzen und -patches
1. Signalsequenzen
• dirigieren Proteine vom Zytosol ins ER, in die Mitochondrien, Chloroplasten, Peroxisomen
• Transportieren Proteine vom Nukleus ins Zytosol
• Vom Golgi ins ER
2. Signalpatches
• Neu synthetisierte Proteine für Abbau in den Lysosomen 3. Sequenzen und Patches
• Vom Zytosol in den Nucleus
anhand der Proteinsequenz zu bestimmen, ob das Protein sich im ER befindet oder von der Plasmamembran internalisiert wird
Siehe Bild
ein Experiment zu planen um zu bestimmen , ob eine gegebene Aminosäurensequenz eine Signalsequenz ist
Methode zur Charakterisierung der Signalsequenz:
Einem Protein, das sich normalerweise im Zytosol aufhält, wird eine Signalsequenz mit molekularbiologischen Methoden angehängt. Dieses neu entstandene Fusionsprotein wird gemäss der eingebauten Sequenz im entsprechenden Organell gefunden!!
zu erklären wie es zur Bildung eines Vesikels kommt
Auswahl der „Fracht“: „Coated“ Vesikel
- Transportvesikel „spriessen“ von der Membran als „coated Vesikel“
- Sie haben einen spezifischen Käfig von Proteinen welcher die zytosolische Oberfläche bedeckt
- Der Coat wird entfernt bevor der Transportvesikel mit der Zielmembran fusioniert
Funktion der Coat’s:
- spezifische Membranproteine werden an einer bestimmten Stell der Membran konzentriert welche dann den Transportvesikel bildet
- die Korbstruktur der Coatproteine deformiert die Membran und formt den Vesikel
die wichtigsten coat Strukturen zu benennen
Einige Coat Proteine:
Clathrin coated Vesikel:
- Trans-Golgi-Netzwerk→ Endosomen
- Plasmamembran → Endosomen
COP I coated Vesikel:
- retrograder Transport von Golgi → ER
- innerhalb der Golgi Cisternen
COP II coated Vesikel:
- anterograder Transport von ER → Golgi
anterograd (von ER zu Golgi)
retrograd (von Golgi zu ER)
zu erklären für was die posttranslationelle Modifikation Ubiquitin benötigt wird
Ubiquitin-Proteasom-Weg:
- dient dem gezielten Abbau von zellulären Proteinen
- Proteasomen sind Komplexe, die aus verschiedenen Untereinheiten bestehen, welche wiederum aus mehreren Proteinen zusammengefasst sind
- Proteasomen sind sowohl im Cytosol als auch im Kern
- kommen in allen Eukaryoten von und sind durch die Evolution hoch konserviert
Enzyme erkennen nicht richtig gefaltete Proteine und markieren sie mit Ubiquitin. Falsch gefaltete Proteine können noch 3 Glucose Moleküle enthalten (diese sollten bevor das Protein das ER verlässt abgeschnitten werden). Protein wird in das Proteasom hineinsythetisiert und in die einzelene AS zerstüclelt
