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Proteintransport durch Membranen

Proteintransport in Gram-negativen Bakterien: Der Sec-abhängige Pfad

Viele neu synthetisierte Proteine der äußeren Membran und des Periplasmas Gram-negativer Bakterien werden im entfalteten Zustand über den Sec-Pfad transportiert. Alle Proteine, die Sec-abhängig transportiert werden, besitzen ein Signalpeptid von 18-26 Aminosäuren am N-Terminus.

Der Membranaufnahmekomplex

Der Translocase-Komplex der inneren Membran besteht aus zwei trimeren Komplexen: SecDFyajCp und SecYEGp. Dieser Komplex wird von SecAp mit hoher Affinität gebunden. Elektronenmikroskopische Studien zeigten, dass SecYEGp eine ringartige Struktur bildet und möglicherweise eine Art Kanal darstellt, durch den das Protein transportiert wird. Die anderen Komponenten sind für den Transport durch den Kanal verantwortlich. Interessanterweise sind die beiden kanalbildenden Komplexbestandteile homolog zur eukaryontischen Transportmaschinerie durch die ER-Membran: SecYp ist homolog zum Sec61p der Hefe und dem Sec61a aus Säugerzellen, SecEp zeigt Homologien zum Sss1p der Hefe und zum Sec61g aus Säugern.

SecBp ist ein Chaperon des Cytoplasmas. Es bindet ca. 150 Aminosäuren des entweder bereits fertig translatierten oder sich noch am Ribosom befindenden Präproteins, hält dieses in einem transportkompetenten (d.h. entfalteten) Zustand und dirigiert es zur Plasmamembran.

Wie kommt es zur Translokation des entfalteten Proteins?

  • Der Komplex aus SecBp und wachsender Polypeptid-Kette am Ribosom bindet vermutlich schon im Cytoplasma das SecAp-Homodimer.
  • Diese Bindung bewirkt dann die Bindung von ATP an SecAp, wodurch eine Konformationsänderung des SecAp induziert wird und dieses teilweise zusammen mit ca. 20-30 Aminosäuren des neu synthetisierten Polypeptides in die Membran inseriert (vermutlich in den SecYEGp-Translokationskanal).
  • Das neu synthetisierte Polypeptid aktiviert auch die ATPase-Aktivität von SecAp. ATP-Hydrolyse führt zur Freisetzung von SecAp von der Membran, worauf ein weiteres SecAp-Dimer an das membrangebundene Präprotein binden kann und weitere 20-30 Aminosäuren durch die Membran schleusen kann.

Wenn das Protein den SecYEGp-Kanal passiert hat, spaltet die Signalpeptidase das Signalpeptid (gelb) ab und das Protein wird ins Periplasma entlassen.

Abb.1
Proteintransport: Der Sec-abhängige Pfad
© Wiley-VCH

Literatur

Agarraberes, F. A.; Dice, J. F. (2001): Protein translocation across membranes.. In: Biochim. Biophys. Acta. 1513 , 1-24
Driessen, A. J.; Manting, E. H.; van der Does., C. (2001): The structural basis of protein targeting and translocation in bacteria.. In: Nature Struct. Bio.. 8 , 492-498

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