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Membranproteine

Signalanker und Stopptransfer-Sequenzen

Die Aminosäure-Sequenz eines Proteins enthält alle Signale für den Export eines Proteins an seinen Wirkort. Neben dem N-terminalen Signalpeptid legen weitere hydrophobe Protein-Segmente und flankierende positiv geladene Aminosäurereste Lage und Orientierung des Proteins in der Membran fest.

Definition
Das Signalpeptid ist eine N-terminale Sequenz aus 20-25 Aminosäuren. Diese besteht aus einem hydrophilen, meist basischen N-Terminus (Lysin und Arginin) und einer hydrophoben mittleren Region, auf die wiederum eine hydrophile Region folgt, die eine reverse turn-Konformation aufweist. Hier befindet sich die Spaltstelle der Signal- oder Leaderpeptidase, die meist in der Nähe kleiner Aminosäuren (Ala, Gly, Ser) lokalisiert ist. Das Signalpeptid wird nach der Insertion des Proteins in die Membran abgespalten.

Signalanker und Stopptransfer-Sequenzen interagieren beide mit der Sec-Transportmaschinerie und befinden sich zumindest zeitweise innerhalb des membrandurchspannenden Transportkanals, der von SecYEG gebildet wird. Im Kanal wird die hydrophobe Transmembrandomäne des Proteins erkannt, diese kann sich dann lateral aus dem Kanal hinausbewegen und in die umgebende Membran inserieren. Wie das genau funktioniert, ist noch nicht voll geklärt. In allen Fällen wird der Bereich hydrophober Aminosäuren durch eine Reihe von positiv geladenen Aminosäuren zum Cytoplasma hin begrenzt (positive-inside-Regel).

Wie wirken Signalanker?

Transmembrane Helices können auf verschiedene Art in die Membran eingelagert sein, dieses wird durch die Umgebung der Helix bestimmt. In den ersten beiden Beispielen der Abbildung wirkt das N-terminale hydrophobe Segment je nach Orientierung des Peptids als Signalanker oder als reverser Signalanker.

Abb.1
Signalanker

Während Signalankersequenzen bei Sec-abhängigen Proteinen zu finden sind, initiiert ein reverser Signalanker die Sec-unabhängige Translokation eines N-terminalen Schwanzes zur Periplasmaseite hin.

Wirkung einer helicalen Haarnadelschleife

Eine N-terminale Transmembrandomäne und die zweite, interne Transmembrandomäne wirken beide wie ein Signalanker.

Signalpeptid und Stopptransfer-Sequenz

Diese Anordnung führt zur Abspaltung der N-terminalen Signalsequenz durch die Leaderpeptidase.

Abb.2
Signalpeptid und Stopptransfer-Sequenz
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