1. ER - Aufbau / Signale

ER

Aufbau

-> äußere Kernmembran geht direkt in die Membran des ER über

-> Lumen der inneren Kernmembran ist über perinukleären Raum mit dem ER-Lumen verbunden

=>=> ermöglicht den Austausch von Molekülen (Lipiden/Proteinen)

=> rER & gER strukturell und funktionell zusammenhängender Membrankomplex

*Perinuklearer Raum: Der Raum zwischen der inneren und äußeren Kernmembran

raues vs. glattes Aufgaben

1. Raues ER:

   • Synthese von:

     • sekretorischen Proteinen

     • Membranproteinen

   • Posttranslationale Modifikationen

     (z.B. Glykosylierung)

     
     

2. Glattes ER:

   • Synthese von Lipiden und Steroiden

   • Entgiftung in der Leberzelle

   • Speicherung und Freisetzung von Calcium

     (wichtig für Muskelzellen)

Signalpeptidsequenzen

-> Signalpeptide “Sortiersignale”

-> leiten Proteine zu versch. Zellkompartimenten

1. Def. / Fkt.

   —————————————-

• = kurze AS-Sequenzen

  -> geben an, wo das Prot. in der Zelle lokalisiert werden soll

  (z.B. ZK / Mitochondrien / ER)

• sind integraler Bestandteil der posttranslationalen Protein-Sortierung

  
  

1. Signalpeptide Bsp.

   —————————————-

   • Import / Export ZK

   • Import Mitochondrien

   • Import / Rückkehr ER

Signalpeptidsequenzen

Bsp. Signalpeptide

• Import / Export ZK

  -> Sequenz: (+) geladene AS (z. B. Lys, Arg) dominieren //

  -> hydrophobe und (-) geladene AS (z. B. Leu, Asp)

• Import Mitochondrien

  -> amphipathische Helices

  (mit einer Mischung aus hydrophoben und (+) geladenen AS)

• Import / Rückkehr ER

  -> oft hydrophobe AS, die die Membran des ER durchqueren können //

  -> typische Sequenz: „Lys-Asp-Glu-Leu“ am C-Terminus, die das Protein aus dem Golgi zurück ins ER transportiert*

*ER-Proteine können während des Vesikeltransports fälschlicherweise zum Golgi-Apparat gelangen -> dort werden sich durch diese Seq erkannt und zurück ins ER geschickt

Sortier- Sequenz vs. -Flecken

Seq.

• spezif. lineare AS-Abfolge

• werden von spezif. Rezeptoren erkannt

  (vermitteln dann den Transport zu einem best. Zellkompartiment… ZK/Mitoch./ER)

• nach Erreichen des Zielorts werden oft abgespalten

  (z.B. im ER)

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Flecken:

• räumliche Anordnungen von Aminosäuren auf der Oberfläche eines Proteins

  (entst. durch 3D-Faltung des Proteins)

• nicht aus einer zusammenhängenden Sequenz von Aminosäuren aufgebaut

• Sie entstehen, wenn bestimmte Aminosäuren nach der Faltung des Proteins in einer bestimmten Region auf der Oberfläche konzentriert werden

Funktion:

• Erkennung von Rezeptoren (leiten es dann an Zielort)

• wichtig für bereits gefaltete Proteine, die nach ihrer Synthese weitergeleitet werden müssen

  
  

  Bsp.

  Flecken auf der Proteinoberfläche, die den Export aus dem Zellkern (NES: nuclear export signal) oder den Import in Vesikel ermöglichen

Posttranslationale Translokation

Post-Translationale Translokation (ohne SRP):

• SRP ist nicht beteiligt.

1. Hier wird das Protein zuerst vollständig im Zytosol synthetisiert.

2. Nach der Translation bindet die ER-Signalsequenz des fertigen Proteins an spezialisierte Chaperone (z.B. Hsp70), die das Protein in einen teilweise ungefalteten Zustand bringen.

3. Chaperone bringen das Protein zum Translokationskanal (Sec61-Komplex) an der ER-Membran.

4. - Das Protein wird dann aktiv durch den Kanal ins ER gezogen.

   -Die Energie für diesen Prozess wird durch ATP-Hydrolyse (für die Chaperone) und möglicherweise durch den Protonengradienten bereitgestellt.

Ergebnis: In diesem Fall erfolgt der Transport unabhängig vom SRP, und die Chaperone übernehmen die Aufgabe, das Protein ins ER zu leiten.

allg. wohin können Prot aus dem ER gehen

Co-Translationale Translokation (mit SRP):

• SRP spielt eine zentrale Rolle.

1. Während das Protein noch an den Ribosomen synthetisiert wird, wird die ER-Signalsequenz an der wachsenden Polypeptidkette (N-Terminus) von SRP erkannt.

2. Das SRP bindet an die Signalsequenz und an das Ribosom, pausiert kurzzeitig die Translation und transportiert den Komplex zur ER-Membran

3. Dort interagiert SRP mit dem SRP-Rezeptor, und das Ribosom wird an den Translokationskanal (Sec61-Komplex) weitergeleitet

   (*Energie: Translation am Ribosom treibt den Transport durch den Kanal)

4. Die Translation setzt fort, und die Polypeptidkette wird direkt durch den Translokationskanal ins ER-Lumen transloziert / oder in die Membran eingebracht

Ergebnis: SRP sorgt dafür, dass das Protein während der Translation direkt ins ER gelangt.

SRP = Protein-RNA-Komplex, signal recognition particle

Translation ins ER-Lumen

1. Signalpeptid-Erkennung:

   • Die Translation beginnt im Zytosol.

     Sobald das Ribosom das Signalpeptid der mRNA synthetisiert, wird dieses von SRP erkannt

   • SRP pausiert die Translation und transportiert das Ribosom zur ER-Membran, wo es an den Translokator (Sec61-Komplex) bindet

     
     

2. Proteintranslokation:

   • Der Translokator öffnet sich, und die entstehende Polypeptidkette wird co-translational ins ER-Lumen transportiert

   • Das Signalpeptid wird während der Translation von einer Signalpeptidase abgespalten

     
     

3. Reifung des Proteins:

   • Die fertige Polypeptidkette faltet sich im ER-Lumen zu ihrer funktionellen Struktur

   • Proteine können zusätzlich posttranslationale Modifikationen erfahren

     (z.B. die N-Glykosylierung)

4. Freisetzung der Ribosomen:

   • Nach Abschluss der Translation löst sich das Ribosom vom Translokator und zerfällt wieder in freie Untereinheiten -> können dann erneut in den Ribosomenzyklus eintreten

(……)

Ins ER-Lumen transportierte Proteine

sind typischerweise:

• Sekretorische Proteine: werden später aus der Zelle exportiert (z. B. Hormone, Antikörper)

• Lumenproteine: verbleiben im ER oder in anderen Organellen wie den Lysosomen

  
  

Merkmale solcher Proteine:

• N-terminale Signalsequenz:

  -> wird von SRP erkannt und während der Translation an das ER-Translokon weitergeleitet

• *Keine weiteren hydrophoben Stop-Transfer-Sequenzen: Nach der Signalsequenz gibt es keine hydrophoben Regionen, die in der Membran verankert werden könnten

• *Signalpeptidase-SpaltungSignalsequenz wird im ER von der Signalpeptidase abgespalten ,wodurch das Protein vollständig ins ER-Lumen gelangt

(*) Unterschied zu Prot. für Membran

Polyribosom und versch. Ribosomenzyklen

*mehrere Ribosomen können gleichzeitig dieselbe mRNA ablesen

-> wodurch Polyribosomen an der ER-Membran entstehen

1. Freier Ribosomen-Zyklus:

   • Ribosomen existieren im Zytosol in einem gemeinsamen Pool als freie UE oder in Polyribosomen

   • Freie Ribosomen synthetisieren zytosolische Proteine, die keine Signalsequenz besitzen, und bleiben im Zytosol

2. SRP-Zyklus:

   • Wenn die mRNA ein Signalpeptid codiert (meist am N-Terminus des Proteins), wird die entstehende Signalsequenz während der Translation von SRP erkannt

   • Das SRP bindet an die Ribosomen und pausiert die Translation, bis der Komplex zur ER-Membran transportiert wird

3. Membrangebundener Ribosomen-Zyklus:

   • Ribosomen, die mRNAs mit einem Signalpeptid synthetisieren, binden an die ER-Membran über den Translokator (Sec61-Komplex)

   • Hier bilden sich membrangebundene Polyribosomen, da mehrere Ribosomen gleichzeitig die gleiche mRNA übersetzen, während das entstehende Protein ins ER-Lumen gelangt oder in die Membran eingebaut wird.

** Proteine im ER-Lumen durchlaufen Faltung und Qualitätskontrolle mithilfe von Chaperonen.

Fehlgefaltete Proteine werden durch den ERAD-Weg abgebaut.