5. Endoplasmatisches Reticulum und Golgi-Apparat

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1 5. Endoplasmatisches Reticulum und Golgi-Apparat Institut für medizinische Physik und Biophysik Ramona Wesselmann

2 Endoplasmatisches Reticulum Umfangreiches Membransystem endoplasmatisch im Cytoplasma reticulum Netz ER-Lumen ist durch eine Membran vom Cytosol getrennt ER-Membran geht direkt in die Kernhülle über Zwei Bereiche: - glattes ER, trägt auf der dem Cytosol zugewandten Seite der Membran keine Ribosomen - rauhes ER, mit Ribosomen besetzt

3 Zellaufbau

4 ER (Fluoreszenzaufnahme) (rauhes ER) (glattes ER)

5 Rauhes ER (elektronenmikroskopische Aufnahme) der mit Ribosomen besetzte Teil des endoplasmatischen Reticulums Ort der Proteinbiosynthese Ort der Membransynthese wächst durch Einlagerung neuer Phospholipdund Proteinmoleküle

6 Glattes ER (elektronenmikriskopische Aufnahme) Stoffwechselwege (Kohlenhydratstoffwechsel, Beseitigung von Giften und Arzneimitteln) Enzyme: Synthese von Fettsäuren, Phospholipiden, Steroiden (Geschlechtshormone und verschiedene Steroidhormone der Nebennieren) und anderen Lipiden Zellen (Hoden und Eierstöcke), die Steroidhormone produzieren, besitzen große Mengen an glattem ER, ein Strukturmerkmal, das zur Funktion der Zelle passt.

7 ER

8 Trennung durch Gradientenzentrifugation

9 Golgi-Apparat Ort der posttranslationalen Modifikation und Sortierung der Proteine Ort der Synthese von Glykolipiden und Polysacchariden Modifikation von lysosomalen Proteinen zur Bindung an M-6-Rezeptoren im Trans-Golgi-Netzwerk und Transport zu Lysosomen

10 Golgi-Apparat (elektronenmikroskopische Aufnahme)

11 Proteinbiosynthese

12 Prinzip der Translation Synthese von Polypeptiden, wird von der mrna gesteuert Die Zelle muss die Basenfolge eines mrna-moleküls in die Aminosäuresequenz eines Polypeptids übersetzen Die Translation ist somit der letzte Schritt in einem Prozess, bei dem anhand des genetische Codes aus Erbinformationen ein Eiweißmolekül hergestellt wird. Dieser letzte Schritt geschieht in lebenden Zellen an besonderen Strukturen, den Ribosomen

13 Das Ribosom

14 Der genetische Code Regel, nach der Dreiergruppen aufeinander folgender Nucleotide (Nucleobasen), Tripletts oder Codons genannt in Aminosäuren (AS) übersetzt werden, findet nur bei der Bindung der AS an trna statt. Nucleobasen: Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil einige Codons stehen nicht für eine AS, sondern werden als STOPP-Codon bezeichnet, welche die Proteinsynthese beenden (Beispiel: UGA) AUG dient sowohl als Codon für Methionin als auch als Startsignal der Translation

15 Der genetische Code

16 t-rna (tansfer-rna) Ribonucleinsäure, die aus 80 Nucleotiden besteht vermittelt bei der Translation die richtige Aminosäure zum entsprechenden Codon auf der mrna Kleeblattartige Struktur (Paarungen konjungierender Basen: Adenin Uracil, Cytosin Guanin)

17 t-rna tatsächliche dreidimensionale Struktur ist einem L ähnlich Aminosäuren-Akzeptorstamm Anticodonschleife

18 1. Beladung von t-rnas mit Aminosäuren

19 Stufen der Peptidsynthese am Ribosom (Elongation) 1. Codonerkennung: Eine ankommende Aminoacyl-tRNA bindet an das an der A-Stelle befindliche Codon. 2. Peptidbindung: Zwischen der neuen AS und der wachsenden Polypeptidkette wird eine Peptidbindung geknüpft. 3. Translokation: Die trna an der P-Stelle wird entlassen. Die trna an der A-Stelle wird zur P-Stelle verschoben. Bei diesem Vorgang bewegt sich das Ribosom um ein Codon in 5` 3`-Richtung vorwärts.

20 Posttranslationaler und cotranslationaler Proteintransport

21 Proteintargeting Alle Proteine erhalten eine typische N-terminale Signal-Sequenz, die von einem speziellen Protein, dem signal recognition particle (SRP) erkannt wird. SRP bindet an ein Rezeptorprotein in der ER-Membran SRP wird freigesetzt, während sich das wachsende Polypeptid durch ein Kanalprotein in der ER-Membran schlängelt. SRP wird enzymatisch entfernt und die fertige Polypeptidkette faltet sich zu ihrer, für das betreffende Protein typische Konformation

22 Proteinsynthese am rauhen ER: Lösliche Proteine

23 Der sekretorische Weg: 1. Vom ER zum Golgi

24 Der sekretorische Weg: 2. Wege im Golgi

25 Der sekretorische Weg: 3. Vom Golgi zu Plasmamembran und Lysosomen

26 Modifikation in ER und Golgi: Glykosylierung

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28 Medizinische Bedeutung der spezifische Glykosylierung: Beispiel AB0-Blutgruppensystem

29 Beispiel AB0-Blutgruppensystem