Prüfungsthema. Motorproteine, Zellbewegung Biologische Rolle der Motorproteine. Klassifizierung der Motoreiweiße

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1 Motorproteine, Zellbewegung den 02. Dezember 2016 Prüfungsthema Motorproteine, Zellbewegung. Definition der Motorproteine. Klassifizierung der Motorproteine. Der ATPase-Zyklus von Myosin (Querbrückenzyklus). Die charakteristische Eigenschaften und Funktion einzelner Motorproteine (Myosin, Kinesin). In dem Buch: Seite Definition sie binden sich spezifisch an ein Zytoskelettfilament entlang des Filamentes bewegen sie sich oder üben Kraft aus benutzen dabei ATP Biologische Rolle der Motorproteine Zellteilung Zellbewegung Intrazelluläre Transportprozesse Wachstum Fortbewegung von Bakterien Muskelkontraktion Zytoskeletales Motortransportsystem = Motor + Weg + Energiequelle Klassifizierung der Motoreiweiße I. Motorproteine auf Aktinbasis: Myosine I. Motoreiweiße auf Aktinbasis II. Motoreiweiße auf Mikrotubulusbasis III. Motoreiweiße auf DNA-Basis IV. Rotationsmotoren pubs.rsc.org 1

2 Myosin II Halsregion Schwere Ketten Spazierendes Myosin V (Rrealtime) a-helikale Coiled-Coil leichte Ketten Motordomänen Die globulären Motordomänen katalisieren die Hydrolyse von ATP und sie wechselwirken mit Aktin Halsregion: unterschiedliche Anzahl von Bindedomänen für leichte Ketten a-helikaler Schwanz Domäne: der größte Unterschied ist in dieser Region zwischen den unterschiedlichen Klassen Muskel-Myosine: unterschiedliche Proteininteraktionsdomänen Myosin-Fasern, die Bestandteil des Sarkomers sind Nicht-Muskel-Myosine: die Spezifität des Transporters Die Mehrzahl bewegt sich zum Pluspol (Ausnahme: Myosin VI) Die Bewegung von Myosin im Querbrückenzyklus II. Motoreiweiße auf Mikrotubulusbasis Durch Bindung von ATP löst sich das Myosin vom Aktin Durch Hydrolyse von ATP wird das Myosinköpfchen gespannt In den meisten Zellen tragen MTs ihr Plus-Ende in der Peripherie und ihr Minus-Ende am MTOC. Rigorkomplex, ohne ATP bleibt das Myosin im Anschluss an einen durchlaufenden Querbrückenzyklus fest an Aktin gebunden (Zustand der Totenstarre) Bei der Abdiffusion von Phosphat (P) und danach ADP kommt es zur Kippbewegung des Myosinköpfchen und damit zum Kraftschlag, das Aktinfilament wird hierbei zur M-Linie gezogen das Myosinköpfchen bindet an Aktin Zwei Familien von Motorproteinen, Kinesin und Dynein, transportieren Vesikel, Organellen und Proteine an Mikrotubuli entlang. Kinesine bewegen sich zum Plus(+)-Ende Dyneine bewegen sich zum Minus(-)-Ende Dabei wandern die Kopf-Regionen am Mikrotubulus entlang Die Schwanz-Regionen binden das Transportgut (Cargo) Kinesinkomplexe binden ein zu transportierendes Molekül an sich und 'laufen' dann entlang einem Mikrotubulus. Sie bewegen sich prozessiv, d. h. sehr stabil an die Mikrotubuli gebunden, da immer einer der beiden Köpfe an Mikrotubuli gebunden ist. 2

3 III. Motoreiweiße auf DNA-Basis IV. Rotationsmotoren F1FO ATP-Synthase Bei hohem Protonengradient: ATP-Synthase Abbau des Gradienten Bei niedrigem Protonengradient: ATP -Hydrolyse Aufbau des Gradienten /Jan%20Stegmaier.pdf Anwendungen Biophysik von Motorproteinen: Arbeitszyklus, Prozessivität In vitro Motilitätsprobe ATP-Hydrolyse-Zyklus assoziiert r off total dissoziiert off Die Rate des Arbeitszyklus: Es ist der Quotient aus Bindedauer und totaler Zyklusdauer total. Prozessive Motoren: r 1 z.b.: Kinesin, DNS-, RNS-Polymerase Nonprozessive Motoren: r 0 z.b.: Myosin II 3

4 Pseudopodien Lamellipodien: flache Fortsätze im Bereich der aktiv wandernden Zellfront. Sie enthalten querverbundenes Netzwerk des Aktins. Filopodien: Sie enthalten lange, gebündelte Filamente. Arp 2/3 Nukleationsfaktor: in der Verzweigungspunkten Formin Nukleationsfaktor: am + Ende des Filaments Bewegung der prokariotischen Zellen Fortsätze Fimbrien: kurze Borsten, mit denen sich die Zellen an Oberflächen anhaften können (nicht der Fortbewegung) Sexpili :durch diesen Verbindungstunnel können sie Plasmide austauschen. Flagellen (Geißeln): sind lange und sehr dünne bewegliche Fäden, die zur Fortbewegung dienen. Escherichia coli-bakterien: Deutlich sind die Flagellen (Geißeln) zu erkennen Theriot Lab, Department of Biochemistry, Beckman Center, Stanford University Medical School, in Palo Alto, CA. Salmonella typhimurium Zellen eindringen in human Epithalialzellen. 4

5 Julie Theriot & Dan Portnoy Bewegung von L. monocytogenes Bakterien in PtK2 Zellen. Dr. Beáta Bugyi Biomymetische Anwendung ahmt die Bewegung der bakteriellen Zellen nach. 5