Sekretionsweg in der Zelle, Skripte von Molekularbiologie

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Vorlesung 3: Sekretionsweg

vesikulärer Transport: selektiver Transport zwischen Membranorganellen unter Aufrechterhaltung der Organell-Integrität via Budding (Knospen) + Fusion; nur richtig gefaltete Proteine werden über Vesikel transportiert (Chaperone binden nicht richtig gefaltete Proteine und verhindern Transport)

 Budding (Knospen): Vesikelbildung (mit Cargo-Proteinen) + Abschnüren

 Fusion: Transport zur Zielzelle > Vesikel fusionieren mit Membran

3 Arten von Vesikel-Coats (beim Budding):

 COPII (Vesikelbildung für Transport von ER -> Golgi = anterograder Trasnport)

 COPI (VB für T. von Golgi > ER = retograder Transport)

 Clathrin (VB für T. von Plasmamembran > Endosom)

Bildung Vesikel-Coats: reguliert durch G-Proteine (GTPasen, also Proteine, die GTP binden können; initiieren Coat-Bildung)

GEF: guaninnukleotid exchange factor; wenn GDP gebunden: GTPase ist inaktiv; GEF tauscht GDP mit GTP (GTPase wird aktiv, durch Bindung von Effektoren); GAP deaktiviert die GTPase wieder

Zu den G-Proteinen gehören: RAB (Membranfusion); Ras (Signaltransduktion); Rho (Zytoskelett); Ran (Kerntransport)

Sar1: GTP-bindendes Protein für COPII-Vesikel (GDP gebunden: inaktiv; GTP: aktiv); beginnt Membran für Budding zu biegen + bildet Assemblierungskeim (Sar1 als Standort für die Vesikelbildung)

Sar1 kann auch Effekttoren binden: Sec23/24: Bindungsstelle für Membranproteine (Cargo+Cargo-Rezeptor) + Sec13/31: löst Membran-Biegung aus

Bildung von COPII-Vesikeln: Sar1 mit GTP beladen (aktiv) bindet an ER-Membran; beginnt Membran zu biegen; Sec23/Sec24-Komplex bindet an Sar1 (hilft beim Verformen); Sec24 bindet Cargo + Cargo-Rezeptor > Sec13/31 kommt dazu > Abschnürung

Bildung von COPI-Vesikeln: durch Arf1; Bindung von GTP (ARf1 aktiv) > Cargos werden gebunden > Rücktransport von Cargos in COPI-Vesikeln

KDEL: Peptid-Sequenz (Rücksendecode) in Proteinen, die im ER verbleiben (ER-residente Proteine) = Cargo-Protein ist ein solches Protein; werden aufgefangen von KDEL-Rezeptoren und zum ER zurückgeschickt (Rücktransport durch COPI-Proteine); reguliert durch pH (ist neutral im ER/im Golgi sauer)

Vesikelfusion: Vesikel muss richtige Zielmembran finden (Spezifität der Fusion) + Überwindung der biophysikalischen Barriere der Membran; vermittelt durch Rab-Proteine (G-Proteine)

Rab-Proteine: vermitteln Wechselwirkung von Molekülen auf gegenüberliegenden Membranen auf lange Distanz: Rab-GTPase definiert Organell-Identität (Bindung von tethering-Faktoren an Proteine: Tethering) > aktive Rab-Proteine binden Effektoren > Vesikel erhalten dadurch Affinität zu tethering-Faktoren auf Zielmembran > wissen so wo sie hin müssen

Rab-Effektoren: binden Rab-GTP + stimulieren GTP-Hydrolyse

GDI (GDP-dissoziations-Inhibitor): bindet Ran-GDP im Cytosol (GEF stimuliert Austausch GDP > GTP)

Membranfusion: vermittelt durch SNARE-Proteine (zur Überwindung der Membran); v-Snare an Vesikel-Membran + t-Snare an Zielmembran

NSF: Enzym; ATpase; bringt später die Snares wieder auseinander (ATP-Hydrolyse durch NSF liefert Energie für Membranfusion)

Hemifusion: Fusion äußere Seite des Lipidlayers; ermöglicht dann Fusion der inneren Seite

homotypische Membranfusion: Fusion von gleichen Organellen/Vesikeln miteinander (z.B: Endosomen)

virale Membranfusion: vermittelt durch virales Fusionsprotein (gebunden an Gylko-Protein des Virus); Glyko-Protein bindet an Rezeptor > Fusionsprotein dringt in Membran ein und wickelt sich auf > verkürzt damit Distanz zwischen Virusmembran - Zielmembran; Virushülle wird (durch Bindungsenergie) zur Fusion herangezogen (selbständige Snarefunktion)

Golgi-Apparat: Prozessierung + Sortierung von Proteinen (Trimmung/Prozessierung von N-gekoppelten Zuckerketten, O-Glykosylierung, Phosphorylierung, Proteolytische Spaltung); Fließband-Prozessierung: Prozessierung einzelner Schritte nacheinander; definierte/ von einander in den Zisternen getrennte Abfolge

 Cis-Golgi-Netzwerk: sorgt für Transport der Proteine

 Golgi-stack: unterschiedliche Schritte an Gykolysierungs-Kette

 Trans-Golgi-Netzwerk: posttranslationale Modifikationen

 Sorting: Sortierung der Proteine zur Plasmamembran in sekretorischen Veiskeln

verschiedene Transportmodelle des Golgi: vesikulärer Transport ( in Vesikeln von Zistern zu Zistern); zisternale Maturation; Zisternen-Reifungs-Modell (durch Zisterne hindurch)

Warum Gykosylierung der Proteine? (Oligosaccharid-Prozessierung): werden Stück für Stück im Golgi aufgebaut; O- und N-Linked Glykosylierung zum Schutz vor Proteolyse, Stabilität (posttranslationale Modifikation)