2. ER - Aufg. / Glykolysier./ Protfaltung

raues ER

Aufgaben:

fast alle Proteine durchwandern das ER

1. Proteinbiosynthese

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   -> Synthese sekretorischer und membranständiger Proteine:

   • Ribosomen am rauen ER synthetisieren Proteine, die ins ER-Lumen gehen oder die Membran eingebaut werden

     
     

   postranslationale Modifikationen:

   
   

   1. Proteinfaltung

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      • im Lumen des rauen ERs

      • Chaperone (helfen bei der korrekten Faltung)

      [Qualitätskontrolle]:

      • Fehlgefaltete Proteine werden im ER erkannt und refaltet // oder über den ER-assoziierten Abbau in das Cytosol exportiert und abgebaut

        
        

   2. N-Glykolysierung

      —————————

      (N-verknüpfte Oligosaccharide)

      • hilft bei der korrekten Proteinfaltung

      • und Markierung von Proteinen für den Transport

      
      

      -Disulfidbrückenbildung (Stabilität des Proteins)

      -Lipidanker dran (für Verankerung in die Membran)

   
   

   1. Intrazellulärer Transport

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   1. (Prot. Verpackung in Vesikel-> dann zu Golgi)

      • Proteine durchwandern das ER und werden zum Golgi-Apparat weitergeleitet, um:

        • an Zielorte in der Zelle

        • oder aus der Zelle hinaus transportiert zu werden

N-Glykolysierung

• Ort: raues ER

• Prozess:

  • im ER-Lumen, noch während der Translation

  • ein vorgefertigtes Oligosaccharid wird an das wachsende Polypeptid angehängt

    -> an die Seitenkette von Asparagin (Asn) im Protein

• Enzym:

  • Oligosaccharyltransferase

    -> ist an den Translokator (Kanal) gekoppelt

    -> überträgt das Oligosaccharid vom Lipidanker Dolicholphosphat auf das Asn

    (Asn muss in spezifischen Seq. liegen)

    
    

• Das Protein wird weiter translatiert, gefaltet und von Chaperonen überwacht

• Funktion:

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  -> unterstützt korrekte Faltung des Proteins

  -> Qualitätskontrollmechanismus (Oligosacch. dienen als Marker für korrekte Faltung ; unvollst. gefaltete Prot. werden nicht weitertransportiert (-> N-glyk. Form erkennen Chaperone wie Calnexin…s.nächste Karte)

**Sie findet nur an Proteinen statt, die ins ER-Lumen gelangen oder in die Membran eingebaut werden.

**Zytosolische Proteine werden nicht N-glykosyliert, da die notwendigen Enzyme im ER-Lumen lokalisiert sind.

N-Glykolysierung und Proteinfaltung

1. Ungefaltetes Protein:

   • Das frisch translokierte Protein enthält ein N-verknüpftes Oligosaccharid (OS)

     (besitzt mehrere Glukose- und Mannosereste)

2. Trimming der Glukose:

   • Spezifische Enzyme entfernen (trimmen) 2 der Glukosereste vom OS

   • Das verbleibende Monoglukose-Signal wird vom Chaperon Calnexin erkannt

3. Bindung an Calnexin:

   • Calnexin unterstützt die Faltung des Proteins, indem es das Protein vor vorzeitigem Austritt aus dem ER hindert

   [korrekt gefaltet]:

   • Nach erfolgreicher Faltung entfernt die Glukosidase die letzte Glukose

   
   

   [falsch gefaltet]:

4. Falsch gefaltetes Protein:

   • Wenn das der Fall ist, fügt die Glukosyltransferase eine Glukose zurück, damit es erneut an Calnexin binden kann

   • Dieser Zyklus wird wiederholt, bis das Protein korrekt gefaltet ist

     
     

5. Korrekt gefaltetes Protein:

   • Proteine, die korrekt gefaltet sind, verlassen das ER und werden in den Golgi-Apparat transportiert

     
     

6. ERAD (ER-assoziierter Abbau):

   • Fehlgefaltete Proteine (werden durch den ERAD-Weg erkannt und) ins Zytosol exportiert, wo sie durch das Proteasom abgebaut werden

Trimming der Oligosaccharide:

• Oligosaccharidkette (die im ER auf Proteine gesetzt wird)

  -> wird von Chaperone genutzt bei der Faltung bzw. beim Festhalten der ungefalteten Proteine im ER

=> nicht korrekt gefaltete Proteine sollen nicht weiter transportiert werden

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• wenn das Protein nicht korrekt gefaltet ist:

  -> bindet das getrimmte Oligosaccharid weiterhin an Chaperone wie Calnexin

  (sorgen dafür, dass das Protein weiter gefaltet wird)

  
  

  -> das Protein wird nicht sofort freigegeben, sondern verbleibt im ER, um weiter gefaltet zu werden.

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• Wenn das Protein weiterhin falsch gefaltet ist:

  -> wird das getrimmte Oligosaccharid erneut von Glucosidase weiter geschnitten

  -> und der Proteinprozess geht weiter durch Faltungsversuche

• Das Trimming (Abschneiden von Glu-Resten) ist ein fortlaufender Mechanismus, der überwacht, ob das Protein korrekt gefaltet wird

Trimming der Oligosaccharide:

• Oligosaccharidkette (die im ER auf Proteine gesetzt wird)

  -> wird von Chaperone genutzt bei der Faltung bzw. beim Festhalten der ungefalteten Proteine im ER

=> nicht korrekt gefaltete Proteine sollen nicht weiter transportiert werden

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• wenn das Protein nicht korrekt gefaltet ist:

  -> bindet das getrimmte Oligosaccharid weiterhin an Chaperone wie Calnexin

  (sorgen dafür, dass das Protein weiter gefaltet wird)

  
  

  -> das Protein wird nicht sofort freigegeben, sondern verbleibt im ER, um weiter gefaltet zu werden.

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• Wenn das Protein weiterhin falsch gefaltet ist:

  -> wird das getrimmte Oligosaccharid erneut von Glucosidase weiter geschnitten

  -> und der Proteinprozess geht weiter durch Faltungsversuche

• Das Trimming (Abschneiden von Glu-Resten) ist ein fortlaufender Mechanismus, der überwacht, ob das Protein korrekt gefaltet wird

glattes ER

Aufgaben:

1. Lipidsynthese

   fast aller Lipide der Zelle (Phospholipide, Steroide, u.a. Membranlipide)

   
   

2. Kalziumspeicherung

   (wird bei Signalweiterleitung freigesetzt)

   
   

3. Entgiftung von Schadstoffen durch Enzyme

   (z.B. in Leberzellen)

Lipidsynthese im glatten ER

1. wo?

   • in der cytoplasmatischen Monolipidschicht der ER-Doppelmembran

     -> d.h. Synthese startet auf der Seite der Membran, die dem Cytosol zugewandt ist.

2. Prozess in der Lipidsynthese:

   • Die Enzyme der Lipidsynthese sind auf der cytoplasmatischen Seite der ER-Membran lokalisiert

     -> d.h. Lipidbausteine (z. B. Fettsäuren, Glycerin) werden aus dem Cytosol aufgenommen und in die Membran eingebaut

3. Asymmetrische Synthese und Flip-Flop:

   • Die Lipide werden zunächst nur in die cytoplasmatische Monolipidschicht eingebaut.

     Um die Lipide gleichmäßig in beiden Schichten der Membran zu verteilen, werden spezielle Enzyme, sogenannte Flippasen, verwendet.

     -> übertragen Lipide von der cytoplasmatischen Monolipidschicht auf die luminale Seite der Membran

4. Warum in der Membran?

   • Die Lipidsynthese erfolgt in der Membran, da die Lipide hydrophobe Eigenschaften haben und nicht einfach im wässrigen Cytosol transportiert werden können.

     Also sie werden direkt in die Membran integriert.

1. Synthese im rauen ER:

   • Die Proteine werden an den Ribosomen des rauen endoplasmatischen Retikulums (ER) synthetisiert und ins ER-Lumen importiert.

   • Im ER werden sie gefaltet und häufig mit posttranslationalen Modifikationen versehen, z. B. N-glykosyliert.

2. Verpackung in Transportvesikel:

   • Proteine, die für den Golgi-Apparat oder andere Zielorte bestimmt sind, werden im glatten ER oder Übergangs-ER in Membranvesikeln verpackt.

   • Diese Vesikel entstehen durch Abknospung (Knospung) der ER-Membran, wobei spezialisierte Proteine wie COPII-Coat-Proteine helfen, die Vesikel zu formen.

3. Transport zum Golgi-Apparat:

   • Die Vesikel bewegen sich entlang von Mikrotubuli (Zytoskelettstrukturen) in Richtung des cis-Golgi-Netzwerks.

   • Dabei helfen Motorproteine (z. B. Kinesine), die Vesikel gezielt zum Golgi-Apparat transportieren.

4. Warum Verpackung in Vesikel?

   • Der Transport in Vesikeln schützt die Proteine vor dem Abbau im Cytosol.

   • Vesikel ermöglichen einen gezielten Transport, da sie spezifische Membranproteine besitzen, die sicherstellen, dass sie an den richtigen Zielort andocken.

5. Weiterverarbeitung im Golgi-Apparat:

   • Im Golgi-Apparat werden die Proteine weiter modifiziert, z. B. durch Glykosylierung, Phosphorylierung oder Sulfatierung.

   • Von dort aus werden sie in neue Vesikel verpackt und an ihren Zielort gesendet:

     • Sekretorische Vesikel für den Transport nach außen (Exozytose)

     • Lysosomale Vesikel für den Transport zu Lysosomen

     • Plasmamembran für die Integration in die Membran