BLOCK 1 ÜBUNGSFRAGE 4:Mikrotubuli-Dynamik - Aufbau Mikrotubuli
Auf unserem Zytoskelett ist eine Menge los. Sie Struktur des Spindelapperates wird durch Mikrotubuli aufgebaut. Mikrotubuli-assozieerte Proteine (MAPs) sind Mototproteine, die wichtig sind für den intrazellulären Transport. Da Tubuline so eine essentielle Rolle spielen, ist ihre Struktur hochkonserviert. In Prokaryoten nennt man das Protein FtsZ, es ist nahe verwandt mit Tubulin. Tubulin und FtsZ sind GTPasen. Eine Frage ist - haben wir Eukaryoten denn auch FtsZ in unseren Zellen? Die Antwort - ja klar. Zellorganelle mit prokaryotischer Herkunft wie Mitochondiren enthalten ebenfalls FTsZ.
Schauen wir uns das Tubulin mal genauer an. Zu aller erst: Tubulin geht Dimere ein. Man hat so ein Tubulin-Dimer mit zwei eng verwandten Untereinheiten. Jede Untereinheit bindet dabei ein GTP. Wow ganz schön viel. Aber nur die beta UE hydrolisiert GTP. Wichtig zu wissen ist außerdem, dass es mehrere Varianten von alpha und beta Tubulinen gibt, in Arabidopsis z.B. gibt es 11 verschiedene beta Tubuline.
Diese Tubuline bilden filamentare Strukturen mit konstanten Durchmesser von 25nm. Wiederum 13 dieser Filamente legen sich zu einer Röhre zusammen. Fertig ist das Mikrotubuli:
Alpha und Beta-Tubuline reihen sich aneinander und erzeugen so eine Polarität. das + Ende und das - Ende verhalten sich unterschiedlich.
Mikrotubuli-Nukleation: Nennen sie die beteiligten Proteine und ihre Anordnung. (Übungsfrage 4)
ÜBUNGSFRAGEN: Mikrotubuli-Dynamik:
Mikrotubuli-Nukleation: Nennen sie die beteiligten Proteine und ihre Anordnung.
Gamma-Tubulin bindet an accesory prtoeins und bildet so den gamma-Tubulin-small-complex.
Sieben dieser gamma-TuSC reihen sich spiralförmig mit Überlapp aneinander und erzeugen eine “Naht”.
Anschließend binden Tubulin-Dimere mit alpha und beta Untereinheit am gamma-Tubulin. Mit der Ausrichtung zuerst alpha Tubulin, dann gamma. Dieses Ende ist das Minus-Ende.
Der Small-Komplex bildet zusammen dann den Gamma-Tubulin-Ring-Complex, kurz gamma-TuRC.
BLOCK 1 ÜBUNGSFRAGE 1: Mikrotubuli-Dynamik - Centrosom & dynamische Instabilität
Was ist eigentlich der Unterschied zwischen einem Centromer und einem Centrosom. Irgendwie bring ich das durcheinander.
Centromer: schon im Zanin-Teil besprochen.
Ah ja und hier sehen wir auch was ein Centrosom ist!
Centrosom:
Alberts S. 621: Das Centrosom ist in tiersichen Zellen das wichtigste Organisationszentrum der Mikrotubuli. Mikrotubuli werden in Zellen in spezialisierten organisierenden Zentren gebildet, die ihre Anzahl, Position und Orentierung im Cytoplasma festlegen. In tiersichen Zellen organisiert beispielsweise das Centrosom - das sich üblicherweise nahe beim Zellkern befindet, wenn keine Mitose erfolgt - die Anordnung der Mikrotubuli, die von hier nach au0en ins Cytoplasma ausstrahlen. Centrosomen enthalten hunderte von ringfrömigen Strukturen, die aus einem anderen Tubulintyp bestehen, dem gamma-Tubulin.
Jeder gamma Tubulinring dient als Aufgangspunkt oder Keimbildungsstelle (nucleation center) für das Wachstum eines Mikrotubulus (aha Einzahl von Mikrotubuli - klar latein lässt grüßen). Die alpha/beta-Tubulindimere werden an den gamma Tubulinring mit einer spezifischen Ausrichtung angefügt, sodass das Minus-Ende in das Centrosom eingebettet ist, und das Wachstum nur am plus-Ende stattfindet.
(A) Ein Centrosom besteht aus einer amorphen Proteinmatrix, die Gamma-Tubulinringe enthält, an denen das Wachstum der Mikrotubuli gestartet wird. In tiersichen Zellen enthält das Centrosom ein Centriolen-Paar, jedes Centriol besteht wiederrum aus kurzen Mikrotubuli, die Zylinderförmig angeordnet sind. (Warum verstehe ich nicht…) Alberts out.
Aus der Vorlesung lernen wir: Pflanzen haben eine andere Art von Organisationszentren.
Was versteht man unter dynamischer Instabilität? (Übungsfrage 1)
Neben den Phasen Rescue und catastrophe (dynamische Instabilität) gibt es auch das sogenannte “treadmilling). Das gilt für Mikrotubuli, die mit dem Minus-Ende nicht im Centromer verankert sind. Da schrumpft das Minus-Edne und das Plus Ende erhält zuwachs.
Gifte, die Mikrotubuli am wachsen oder schurmpfen hindern, sind natürlich sehr mächtige Gifte die auch in Chemoterhapien eingesetzt werden um die Zellteilung zu verhindern, natürlich mit extremen Nebenwirkungen für den menschlichen Körper.
Z.b.
Taxol: blockiert catastrophe
Colchicin: blockiert catastrophe/rescue durch Bindung freier Dimere
Vinblastin: blockiert rescue
hier überspringe ich Folie 18 bis 31, es geht um Tubulin Mutanten. Dabei ging es darum dass eine abnorme Anordnung von Tubulin zu einem helikalen Waschtum von Arabdiposis thailiana führte. War die Mikrotubuli Anordnung linkshändig, drehte sich die Pflanzer echtshändig und visa versa.
ÜBUNGSFRAGE 1: Mikrotubuli-Dynamik - Centrosom
Protofilamente können wachsen und schrumpfen. Sie schrumpfen durch die Hydrolyse von GTP der beta UE des Tubulindimers. Die Hydrolyse destabilisiert die Protofilamente. Dadruch entsteht eine Krümmung -> catastrophe. Der Zerfall kann stoppen und Tubulinsimere werden am Plus-Ende angehängt, so dass das Filament wieder wächst (-> rescue).
BLOCK 1 ÜBUNGSFRAGE 2 & 3: MAPS & posttranslationale Modifikationen
MAPs - das sind Mikrotubuli assoziierte Proteine. Und das sind ganz schön viele. So viele, dass man sie in einzelnde Klassen aufteilen muss.
Nennen sie drei wichtige Proteinfamilien innerhalb der Mikrotubuli-assoziierten Proteine (MAP) und beschreiben sie deren zelluläre Funktion. (Übungsfrage 3)
Nennen sie zwei regulatorische Mechanismen der Mikrotubuli-Dynamik. (Übungsfrage 2)
ÜBUNGSFRAGE 3: MAPS & posttranslationale Modifkationen
Theoretisch muss ich nur drei davon wissen, gehen wir aber sicherheitshalber mal alle durch. Eine wichtige Klasse sind die gamma-Tubulin-Ring-Complexe ganz oben, die für die Nukleation sorgen. Die hatten wir ja auch schon.
Mikrotubuli-Vernetzer: dazu gehören MAP2 (größerer Abstand) und tau (kleinerer Abstand). Die bündeln Mikrotubuli und besitzen zwei Mikrotubuli-binde-Domänen.
Destabilisierungs (catastrophe)-Faktoren & Stabilisator-Faktoren:
Kontrollieren Übergang zwischen Zerfall und Wachstum, hoch konservierte Proteine. Z.b.:
catastrophe factor kinesin 13 bindet an Plus Ende und erhöht die Katastrophen-Frequenz.
Stabilisierungsfaktor XMAP215 fördert Polymerisation.
Plus-end tracking proteine (TIPs)
bleiben assoziiert mit dem wachsenden Plus-Ende und können MT verlinken mit anderen Strukturen, wie z.B. Membran. Beispiel: End binding 1 (EB1), geht bei Zerfall verloren, bietet wichtige Plattform für andere Proteine.
Tubulin Einlagerer: z.B Stathmin (Op18), bindet freie Tubulin-Dimere und verhindert Montage - erhöht somit Wahrscheinlichkeit für MT-Zerfall, wird durch Phosphorylierung inhibiert.
(nice to know) Stathmin knock out Mäuse haben keine Angst mehr.
Tubulin-Severing-Proteine: z.B. Katanin verursacht Brüche in Mikrotubuli und trennt sier so von ihrem nucleation centers (das englische Wort gefällt mir besser)/Spindelpol. Wichtig für die Reorganisation von MT-Formationen.
Die Antwort auf diese kryptische Frage fidnen wir in der Zusammenfassung: Post-translationale Tubulin-Modifikationen regulieren die Dynamikl und modifizieren physikalische Eigenschaften! Jawohl.
Posttranslationale Modifikationen können stattfinden am globulären Tubulin (Acetylierung, Polyaminierung und Phosphorylierung), sowie am Carboxy Terminus: Glutamlyierung ect.
regulatorischer Mechanismus 1: Prominentes Beispiel: K-40- Acetylierung von alpha Tubulin verringert die Biegesteifigkeit von Mikrotubuli.
regulatorischer Mechanismus 2: Dynamik der Mikrotubuli wird durch Tubulin—Isotypen reguliert.
(ob sie das hören will k.a weil das sind ja nicht wirklich “mechanismen”)
BLOCK 1 ÜBUNGSFRAGE 5 & 6: Kinesine und Dyneine & die mitotische Spindel
Eigentlich sind das ja die ersten Proteine, an die man denkt, wenn man an Mikrotubuli denkt: Die Motorproteine.
Schauen wir uns das mal an: In der Mitte sehen wir ein Zentrosom. Von dem gehen Mikrotubulli aus, sie sind - wie wir wissen verankert mit ihrem Minus Ende im Centrosom, das Plus Ende ragt ins Cytosol. Dynein (rot) vermittelt den Transport von Organellen in Richtung des Minus Endes. Kinesine machen das vice versa. Vice versa macht wirklich sinn im biologischen kontext, kann man die ganze Zeit brauchen… Eselsbrücke: KINesine - wie Kinn ist Gesichtsperipherie - RETROgrader Transport. DynNEIne wie “Nei” fränkisch für hinein. Nciht sehr elegant aber hey it works….Anterograder Transport wie Antwort “im zellinneren” … bah eh…
Beschreiben sie die Unterschiede zwischen in vitro Kinesin Gliding Assay und Stepping Assay. (Übungsfrage 6)
Es gibt vier bekannte Kinesinarten, die dur dir nicht merken brauchst: Kinesin 1, Kinesin 5, Kinesin 13 und 14. Kinesin 13 ist uns schon ein Begriff als MAP, bzw als catastrophe Faktor.
Kinesin 5 kann z.B. Dimere bilden und so zwei Mikrotubuli gleichzeitig fassen. Pflanzen haben in der Regel mehr Kinesine)
Der Kraftschlag von Kinesin beruht auf ATP. Der hintere Kopf ist stärker gebunden als der vordere. Der Vordere tauscht ADP durch ATP, das verusacht eine Vorwärtsbewegung von ca 6nm. Die Vorwqärtsbewegeung beruht auf eine Konformationsänderung des neck-liner. Die Ablösung erfordert die Hydrolyse von aTP, der hintere Kopf wird nach vorn geschleudert. Ein Kopf ist immer fest gebunden.
(Ende der ersten Vorlesung - Folie 49 von 70. Der Rest ist in Teil b reorganisiert)
Weiter mit Dyneinen. Sie sind aufgebaut aus einer schweren, leichten und einer intermediären-Kette.
Sie können auch drei Motoren statt zwei haben:
So sieht es aus mit einem Motor.
Der Dynein Motorkopf ist ein planarer Ring (Hexamer aus AAA Domänen), die ATP-Hydrolyse bewirkt Mikrotubuli Bindung, dann ADP + Pi bewikrt Konformationsänderung, Drehung des Motors und Stiels relativ zur Tail-Region.
Nochmal zum überprüfen: Was ist Retrograder und anterograder Transport?
Weiter zu mitotischen Spindel. Die mitotische Spindel ist eine Mirotubuli-basierte Maschine.
Auf diesem Bild siehst du in grün: astrale Mikrotubuli, in rot: interpolare Mikrotubuli und in blau: kinetochore mikrotubuli, die ans Kinetochor des Centrosoms binden. Auch zu sehen: Spindelpole und Centrosome. Es gibt auch mitotische Spindeln ohne Centrosom, z.b. in Xenopus Eizellen. Wie geht das? In der DNA gibt es nucleation centers, die reichen um eine Spindel zu organisieren.
Erklären sie warum die Mikrotubuli-Dynamik in der Mitose zunimmt und nennen sie dafur verantwortlichen Proteine. (Übungsfrage 5)
Ok. Cilien und Flagellen überspring ich mal, da es hier zu keine Übungsfrage gibt.
ÜBUNGSFRAGE 5 & 6: Kinesine und Dyneine & die mitotische Spindel
Gliding/Sliding-Assays: Kinesine haften z.B. über Antikörper an Glasoberfläche (hydrophob) und Mikrotubuli gleitet über die Oberfläche
Stepping-Assays: Antikörper an Glasoberfläche fixieren Mikrotubuli, GFP-markierte Kinesin-Moleküle bewegen sich entlang des Mikrotubuli
anterograd: zytoplasmatische Dyneine Transport is Zellinnere
retrograd: Kinesine Transport an Zellperipherie
bzw man kann auch sagen Dyneine richten sich auf das Mikrotubuli - Ende, Kinesine auf das + Ende
Durch den Aufbau der mitotischen Spindel, es bilden sich astrale Mikrotubuli aus, Kinetochor-Mikrotubuli und interpolare Mikrotubuli, die alle von den Spindelpolen ausgehen. Dabei unterdrückt XMAP215 - Ein Polymerisierungsfaktor Kinesin-13 (catastrophe).
Erinnerung an XMAP 215:
Es beginnt in der Prophase, wenn die Centromere getrennt werden, Kinesine drücken antiparallele Mikrotubuli auseinander. Dynesine binden Mikrotubuli an die Kernhülle.
In der Prometaphase wird eine Spindelmittelzone erzeugt . Kinesine vom Typ 5, K11 und K15 sortieren Mikrotubuli. Mikrotubuli “fangen” Chromosmenpaare an ihren Kinetochoren. Chromosomen richten sich in der Mitte der Spindel aus.
In der Metaphase werden die Chromosomen auf der Metaphasenplatte ausgrichtet. Der Spindelkontrollpunkt verzögert die Anaphase, bis alle Chromosomen angeheftet sind.
In der Anaphase A trennen sich die verdoppelten Chromosomen und bewegen sich zu den Spindelpolen, indem sich die Mikrotubuli am Kinetochor und am Spindelpol verkürzen (kinesin 13- catastrophe Factor).
In der Anaphase B bewegen sich die Spindelpole auseinander, angetrieben durch Kinesin 5, welches sich zu den Plus-Enden bewegt. Kortikal gelegenes Dynesin zieh zusätzlich an den astralen Mikrotubuli.
BLOCK 2 ÜBUNGSFRAGE 2 & 3 & 4: tierische Zellteilung
Der Zellzyklus - eine kleine Wiederholung schadet nicht.
Was wir hier nochmal sehen, sind die sogenannten Checkpoints. Im Zellzyklus gibt es davon drei große:
G1-Checkpoint: Am Ende der G1-Phase muss überprüft werden - ist die Zelle groß genug, gibt es genug Proteine für die S-Phase? Wenn ja kann die Zell in den Zellzyklus starten
G2-Checkpoint: Wurde die DNA repiliziert? Wenn ja - Eintritt in die Mitose
Mitose-Checkpoint: Zwischen Meta zu Anaphase wird überprüft ob die Chromosomen korrekt an an der Spindel liegen.
Im Anschluss an die Anaphaseund die Telophase wird dieZelle physisch geteilt (Cytokinese). Dabei gibt es große Unterschiede zwischen Tieren, Pilzen und Pflanzen: Zellwand, Zellmigration, MTOCs und molekulare Motoren und somit auch die Teilungsebene unterscheiden sich.
Schildern sie die wichtigsten Schritte der tierischen Zellteilung und nennen sie die beteiligten zellulären Strukturen und Proteine. (Übungsfrage 2)
Schildern die wie die Anordnung der Chromosomen in der Teilungsebene erfolgt und nennen sie die wichtigsten beteiligten Proteine. (Übungsfrage 3)
Schildern sie das Experiment mit Frosch Oozyten, mit denen nachgewiesen wurde, dass Spindeln auch in Abwesenheit von Zentrosomen gebildet werden. (Übungsfrage 4)
BLOCK 2 ÜBUNGSFRAGE 2: tierische Zellteilung
Schildern sie die wichtigsten Schritte der tierischen Zellteilung und nennen sie die beteiligten zellulären Struklturen und Proteine. (Übungsfrage 2)
(Alberts S. 670) DieTeilung einer Zelle in zwei Tochterzellen geschieht in der M-Phase des Zellzyklus. Die M-Phase besteht aus Kernteilung (Mitose) und cytoplasmatischer Teilung (Cytokinese).
Die Mitose kann in fünf Schritte unterteilt werden:
Prophase: replizierte Chromosome kondensieren, zwei dicht aneinander lagernde Schwesterchromatide entstehen. Centrosome migrieren an Zellpole, Mitosespindel bildet sich außerhalb des Kerns zwischen zwei Centrosomen. Daran sind Kinesine und Dyneine beteiligt, sowie z.B. Polyerisationsfaktoren wie XMAP215. Kinetochor-Komplexe bauen sich im Zellkern auf. Jedes Schwesterchromatid hat ein Kinetochor-Komplex.
Prometaphase: Kernhülle bricht auf, Spindelmikrotubuli haben jetzt Zugriff auf die replizierten Chromosome und fangen sie an ihren Kinetochore (spezialisiertes Proteinkomplex) ein. Es entsteht eine bipolare Ausrichtung der Chromosome und erzeugt ine Spannung auf den Kinetochoren. Das Zellzyklus-Kontrollsystem überwacht diese Spannung um zu überprüfen, ob die Chromosome korrekt angelagert wurden.
Die Zahl, der Mikrotubuli die mit dem Kinetochor verbunden ist, variiert von Spezies zu Spezies (menschlich: 20-40, Hefe: 1).
Metaphase: In der Metaphase ordnen sich die Chromosomen am Äquator der Spindel an. Es bildet sich eine Metaphasenplatte. An dem Transport der Chromosome zum Äquator sind die Motorproteine beteiligt.
Anaphase: Chromosomen trennen sich in der Anaphase. In der Anaphase A trennen sich die verdoppelten Chromosomen und bewegen sich zu den Spindelpolen, indem sich die Mikrotubuli am Kinetochor und am Spindelpol verkürzen (kinesin 13- catastrophe Factor).
Telophase: Mitosespindel zerfällt, um jede Chromosomengruppe wird eine Kernhülle gebaut. Kernporen pumpem Kernproteine ins Kerninnere, der Kern dehnt sich auf und die DNA kann in den Interphase-Zustand gehen. DNA nun wiede rzugänglich für Transkription. Mitose ist abgeschlossen, es fehlt die Trennung in zwei Tochterzellen.
Im Anschluss folgt die Cytokinese: Während Mitose vom Spindelapperat abhängt, gängt Cytokinese von kontraktilem Ring ab - einer Struktur aus Aktin und Myosinfilamenten. Mitosespindel bestimmt die Teilungsebene.
Mitotische Spindeln können sich in Abwesenheit von Zentrosomen bilden. Zentrosomenfreie Extrakte können aus Froschozyten isoliert werden, die in der Mitose verhaftet sind, indem die Eier zentrifugiert werden, um ein lösliches Material von den Organellen und dem Dotter abzutrennen. Wenn fluoreszenzmarkiertes Tubulin zusammen mit DNA-bedeckten Kügelchen zu den Extrakten gegeben wird, bilden sich um die Kügelchen spontan mitotische Spindeln aus zufällig nukleierten Mikrotubuli. Es gibt nucleation centers in der DNA die reichen um eine Spindel zu organisieren.
BLOCK 2 ÜBUNGSFRAGE 1: Vergleich zwischen Tieren, Pflanzen und Pilzen bzgl Teilungsebene
Zur Teilungsebene lesen wir doch einfach das Kapitel im Alberts S.680:
Bereits in der Anaphase fängt die Plasmamembran an sich zu furchen.
Die Furchung erfolt immer senkrecht zur Längsachse der Mitosepindel. Bei der Einfurchung ist der kontraktile Ring von entscheidender Bedeutung. Er setzte sich aus einer überlappenden Anordnung von Aktin und Myosinfilamenten zusammen. Der kontraktile Ring ist so stark, dass er eine dünne Nadel biegen kann. Die Zellteilung hat bei vielen tierischen Zellen eine Änderung der Zellgestallt zur Folge.
Zusammenfassend ist zu sagen:
Die Position des Spindelapperats bestimmt die Teilungsbene.
für die Zellteilung ist der kontraktile Ring aus Myosin II und Aktin notwendig, der sich bereits in der Anaphase ausbildet
Astrale Mikrotubuli hemmen die Rekrutierung von Myosin II an den Zellpolen
Molekulare Schalter: Kleine GTPasen der Rho/rac Familie regulieren die kontraktile Ringbildung.
Der Mechanismus der Cytokinese in höheren pflanzlichen Zellen unterscheidet sich vollständig von dem in tierischen Zellen. Pflanzliche Zellen sind von einer kräftigen Zellwand umgeben. Hier gibt es z.B. keinen kontraktilen Ring,sondern die Ausbildung einer neuen Zellwand. Bereits zu Beginn der Telophase beginnt sich die Zellwand zu bilden. Der Aufbau wird durch eine Struktur gelenkt, die wir Phragoplast nennen. Er entsteht aus den Überresten der interpolaren Mikrotubuli am Äquator. Kleine membranumschlossene Vesikel, die hauptsächich vom Golgi-Apparat stammen und mit Polysacchariden und Glykoproteinen für den Aufbau der Zellwandmattrix gefüllt sind, werden entlang der Mikrotubuli zum Phragmoplasten transportiert. Hier verschmelzen die Vesikel und bilden seibenförmige membranumhüllte Struktur aus, bis sie die Plasmamembran und die ursprüngliche Zellwand erreicht und die Zelle zweiteilt.
Vergleichen Sie die Selektion der Zellteilungsebene in Eukaryoten (Tiere, Pflanzen, Hefe) hinsichtlich:
a. Zellzyklus Stadium
b. molekulare Komponenten
c. cytokinetischer Apparat
Tiere: In der Anaphase beginnt sich der kontraktile Ring auszubilden.
Pflanzen: Erste Markierung bereits in der Prophase durch das Präprophasenband. In der Telophase bildet sich die Zellwand aus, die die beiden Tochterzellen trennt.
Pilze: Narben früherer Teilungen bestimmen die künftige Lage der Teilungsebene bereits in der späaten G2 Phase
Tiere: Aktin und Myosin II bilden den kontraktilen Ring, kleine GTPasen aus der Rho/rac Familie regulieren ihn
Pflanzen: Kinesin-12C/D sind Kernbestandteil der Teilungsstelle, identifizieren Teilungsstelle, entscheidend für die Steuerung des Phragmoplasten.
Pilze: Landmark Proteine (Axl2) und kleine GTPasen marieren die Position der neuen Knospe und damit der Teilungsbene. Ein Aktin-Myosin-Ring trennt die beiden Tochterzellen
c. cytokinetischer Apparat (und Ausrichtung - ergänze ich hiermal)
Tiere: Der kontraktile Ring bildet sich senkrecht zur Längsachse des Spindelapperats
Pflanzen: Die Ausrichtung trägt zur zellulären Morphogenese bei. Phragmoplast steuert Zellteilung.
Pilze: Aktin-Myosin Ring und Septum Formierung, position des Zellkerns relevant für Teilungsebene
BLOCK 2 ÜBUNGSFRAGE 5& 6: Phragmoplast
Nochmal kurz zur Wiederholung der pflanzlichen Zellteilung: In der Pro-Phase bildet sich das Prä-Pro-Phasenband und markiert die Cortical-Division-Zone. Diese ist ein ein ringörmiger Proteinkomplex und fungiert als molekulares Gedächtnis der Teilungsebene, ersetzt das Pär-Pro-Phasenband ab der Metaphase.
Beschreiben sie möglichst detailliert die Funktion des Phragmoplasten und seine zelluläre Organisation. (Übungsfrage 5)
Erklären Sie die molekularen Abläufe in der Signalkaskade, die für die laterale Expansion des Phragmoplasten essentiell sind. Benennen Sie die wichtigsten regulatorischen Proteine der Signalkaskade und ihr Zielprotein. (Übungsfrage 6)
Phragmoplast-Funktionen:
Führung der Vesikel in die Teilungsebene
Führung der Zellplatte
Verankerung der Zellplatte an der elterlichen Wand
MAP65 vernetzen antiparallele Mikrotubuli in der Mittelzone des Phragmoplasten.
CDK vermittelt phosphorylierung von NACK1 Kinesin und NPK1. MAPK-Signalkaskade ist inhibiert.
Niedriger CDK-Spiegel aktiviert MAPK Signalkaskade.
MAPK-Kaskasde reguliert Phragmoplast. MAPKKK phosphoryliert MAPKK, diese phosphoryliert MAPK und die MAP65. MAP65 löst sich von den Mikrotubuli. Mikrotubuli Depolymerisierung.
BLOCK 3 ÜBUNGSFRAGE 2, 6, 7, 1/KLAUSURFRAGE: Proteinabbau - Proteasom und N-End-Regel
Ein Proteinabbau muss reguliert sein. Logisch. würde ein Proteinabbau nicht reguliert sein, wäre das lethal. Der Abbau von Proteinen erfolgt daher in Lysosomen in tierischen Zellen, sowie in Vakuolen bei Pflanzen und Hefen. Der Turn-Over von Proteinen ist in der Regel relativ hoch. So werden z.B. 40 Prozent aller Proteine in einer Leberzelle der Ratte pro Tag abgebaut. Als relativ kurzlebiges Protein gilt die RNA-Pol I mit einer Halbwertszeit von 1,3 Stunden. Das Immunglobulin G hinwiederum hat eine Halbwertszeit von 21 Tagen. Das Linsen Crystallin ist ene große Ausnahme, es hat eine Halbwerszeit von 80 Jahren.
Die Kontrolle des Protein Abbaus erfolgt durch die Aminosäure-Sequenz. Hier gibt es drei immer wiederkehrende Motive:
Die N-End-Regel: basische und sperrige, sowie hydrophobe Aminosäuren am N-Terminus begünstigen den Abbau. (z.B. Lysin oder Arginin, auch viel Stickstoff im Rest oder Phenylalanin)
PEST-Sequenz: Proteine mit Anhäufung von Prolin (P), Glutaminsäure (E), Serin (S) und Threonin (T) werden schneller abgebaut (Achtung Klausurfrage!!!!!)
Destruction-Box in mitotischen Cyclinen
Auf die N-End-Regel kommen wir später noch zurück. Jetzt geht es erstmal um Ubiquitin-Konjugation. Ubiquitinierung ist ja eine Modifikation die wir schon kennen.
Bei Ubiquitin handelt es sich um ein kleines, globuläres, sehr konserviertes Protein (76 Aminosäuren).
Erläutern sie die wichtigsten Schritte der Ubiquitinylierung eines Proteins. Was ist besonders bei der Aktivierung des Ubiquitins? Welche Enzyme sind beteiligt und was ist ihre genaue Funktion (Übungsfrage 2)
Wie ist das 26 S Proteasom aufgebaut und welche Funktionen haben die unterschiedlichen Bestandteile? (Übungsfrage 6)
Nennen sie drei Beispiele fur zelluläre Prozesse für die Proteasom-vermittelte Proteolyse wichtig ist (Übungsfrage 7)
Beschreiben sie den sogenannten N-Ende-Regelweg (N-end-rule). Nennen sie die primär destabilisierenden Aminosäuren am amino terminalen Ende von Peptiden. Benennen sie die Degron Typen primär stabilisierender Aminosäuren. (Übungsfrage 1)
BLOCK 3 ÜBUNGSFRAGE 2/KLAUSURFRAGE: Proteinabbau
Ein E1-Enzym bindet Ubiquitin unter ATP-Verbrauch und aktiviert es.
Das aktivierte Ubiquitin wird kovalent über eine Thioesterbindung an das E1-Enzym gekoppelt.
Das aktivierte Ubiquitin wird von E1 auf ein E2-Enzym übertragen.
E2 trägt nun das Ubiquitin und interagiert mit dem nächsten Enzym.
Das E3-Enzym erkennt das abzubauende Zielprotein und vermittelt die Übertragung von Ubiquitin vom E2-Enzym auf das Substrat.
Meist wird eine Kette aus mehreren Ubiquitin-Molekülen (Polyubiquitinierung) angehängt, was das Protein für den Abbau durch das 26S-Proteasom markiert.
Das ubiquitinierte Protein wird schließlich zum Proteasom transportiert und dort in kleinere Peptide zerlegt.
Das 26S-Proteasom besteht aus einem 20S-Kern welches von zwei 19S-Einheiten flankiert wird. Die 19S-Einheiten wirken regulatorisch, der 20S-Kern katalytisch.
Der 20S-Kern besteht aus vier Ringstrukturen (alpha, beta, beta strich, alpha strich) wobei jede Ringstruktur aus 7 Untereinheiten besteht. Bestimmte beta-Proteine sind proteolytisch aktiv.
Die 19S-Einheit bindet Ubiquitin-konjugierte Substrate, und spaltet Ubiquitin mit Hilfe von Isopeptidase-Aktivität ab. Unter ATP-Verbrauch entfaltet sich das Substrat. In der 20S Einheit zerlegen multikatalytische Proteasen das Substrat.
Proteasom kontrolliert Assembly von Proteinkomplexen
Die N-End-Regel: basische und sperrige, sowie hydrophobe Aminosäuren am N-Terminus begünstigen den Abbau.
Die N-End-Regel ist ein wichtiger Bestandteil des Ubiquitin-Proteasom-Systems. Dabei wirkt die E3-Ubiquitin-Ligase als N-Recognin, also als Erkennungskomponente eines N-End-Regelweges, welche spezifische N-Degrons bindet.
Dabei können primär-destabilisierende Aminosäuren in zwei Gruppen unterteilt werden.
N-Degron:
Typ 1 - basische Aminosäuren: Arginin, Lysin, Histidin
Typ 2 - sperrige, hydrophobe Aminosäuren: Penylalanin, Tryptophan, Tyrosin, Leucin)
(Proteine mit sekundär destabilisierenden Aminosäuren werden erst modifiziert. N-terminales Asp, Glu, oder oxidierte Cys-Reste werden durch eine R-Transferase mit einem Arg versehen.
Proteine mit tertiären N-terminalen destabilisierenden Aminosäuren werden vor der Arginylierung modifziert:
1. Asparagin (N) wird deamidiert durch eine N-terminale(N) Amidase zum sekundär destabilisierenden Aspertat.
2. Gln (Glutamin/Q) wird durch eine Nt(Q)Amidase zu Glutamat. )
BLOCK 3 ÜBUNGSFRAGE
Proteinabbau - ERAD & UPR
Was versteht man unter ERAD? Beschreiben Sie diesen Mechanismus. (Übungsfrage 3)
Was versteht man unter der Unfolded Protein Response (UPR)? Wieso ist sie ebenso wie ERAD essentiell? (Übungsfrage 4)
Beschreiben sie die unfolded Protein Response (UPR) Feed-back Mechanismus am Beispiel der Transmembrankinase IRE1 mit Hilfe einer Skizze. (Übungsfrage 5)
Im Lysosom werden Proteine abgebaut. Erstellen Sie eine Zeichnung eines Lysosomes mit Beschriftung. Nennen sie die Enzymklasse die für den Abbau verantwortlich ist und geben sie drei Beispiele. Was ist der pH-Wert im Lumen des Lysosomes und wie wird der ph Wert aufrecht erhalten? (Übungsfrage 8)
ER-associated protein degradation
Fehlerhaftes Protein (misfolded protein) -> Retrograder Transport durch ER-protein-Translocator -> Ubiquitination -> Abbau im 26-Proteasom
Was versteht man unter der Unfolded Protein Response (UPR)? Wieso ist sie ebenso wie ERAD essentiell? (Übungsfrage 4
UPR ist wie ERAD zusätzliche Feedback-Kontrolle. Anhäufunf von ungefalteten Proteinen im ER induziert eine Feedback-Regulation. Ziele sind: Translationsstopp, Abbu ungefalteter Proteine underhöhte Chaperone-Synthese
offene fragen:
üfrage 2 modifikationen nicht sicher beantwortet
lücken zu tubulin mutanten und cilien und geißeln.
Zellteilung übungsfrage 2: wie ordnen sich Chromosome an der spindel an nenen wichtig eproteine…? was will sie hören?
Proteinabbau Übungsfrage 7
ÜBUNGSFRAGEN: Zelluläre Organisation der Eukaryoten:
Benennen sie die wichtigsten zellulären Unterschiede innerhalb der Eukaryoten. (Tiere, Pflanzen, Pilze)
Zuletzt geändertvor 3 Tagen
