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Proteintransport durch Membranen

Eukaryontische Proteintranslokation: Der Transport ins endoplasmatische Retikulum

In Eukaryonten werden die meisten Organellen- und Membranproteine nach ihrer Synthese im Cytoplasma ins endoplasmatische Retikulum (ER) gebracht, von wo aus sie durch vesikulären Transport weiterbefördert werden. Der Transport in das ER erfolgt entweder noch während der Proteintranslation am ER (co-translational) oder nachdem das Protein vollständig synthetisiert wurde (post-translational). Dabei sind jeweils verschiedene Transportproteine beteiligt.

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Abb.1
Die wichtigsten Bestandteile einer Tierzelle

Der co-translationale Transport von Proteinen in das ER erfolgt SRP-abhängig

Die meisten Proteine, die zum Transport in das ER bestimmt sind, werden bereits während der Translation transportiert. Während lösliche Proteine und die kerncodierten mitochondrialen Proteine an freien Ribosomen im Cytoplasma synthetisiert werden, findet die Synthese von sezernierten Proteinen und von Membranproteinen am rauhen endoplasmatischen Retikulum (RER) statt, also an Ribosomen, die an das ER gebunden sind.

Wie kommen die Ribosomen des RER an das Endoplasmatische Retikulum?

Sekretorische Proteine und integrale Membranproteine besitzen ein Signalpeptid am N-Terminus, das der Signalsequenz sekretierter Proteine in Bakterien ähnelt. Wenn die wachsende Aminosäure-Kette eine Länge von etwa 80 Aminosäuren erreicht hat, interagiert das Signalpeptid mit dem SRP (signal recognition particle) im Cytoplasma. Diese Interaktion mit dem SRP unterbricht die Translation und der Komplex aus SPR/Ribosom/wachsender Peptidkette wird zum ER dirigiert. Dort wird der Komplex an den SRP-Rezeptor (SRap/SRbp-Komplex, auch docking protein genannt) gebunden, der auf der cytoplasmatischen Seite des ER lokalisiert ist und in Kontakt zum Sec61p Translokationskomplex in der Membran steht. Das SRP wird ins Cytoplasma freigesetzt wird; nun bindet das Ribosom an die Translokationsstelle der ER-Membran. Die Translation wird weitergeführt und die wachsende Peptidkette wandert durch den wassergefüllten Kanal in der Membran.

Am Transport von Proteinen durch die Membran ist auch ein Glucose-reguliertes 78.000 Da-Protein beteiligt (GRP78 oder Kar2p in der Hefe), das zu den Hitzeschockproteinen (Hsp70-Familie) gehört und auf der zum ER-Lumen gerichteten Membranseite sitzt. Für den vollständigen Transport von Proteinen ins ER-Lumen ist GRP78/Kar2p essenziell.

Der post-translationale Transport von Proteinen in das ER erfolgt SRP-unabhängig

Alle eukaryontischen Zellen verfügen auch über einen SRP-unabhängigen Pfad zum Transport von Proteinen, über den allerdings bei höheren Eukaryonten wenig bekannt ist. In Hefen scheint dieser Transportweg post-translational zu erfolgen. Möglicherweise entscheidet die Hydrophobizität der Signalsequenz, ob ein Polypeptid co- oder post-translational transportiert wird: Vorläuferproteine mit sehr stark hydrophoben Signalsequenzen werden bevorzugt durch das SRP erkannt, während Proteine mit weniger hydrophoben Signalsequenzen über beide Pfade transportiert werden können.

Der SRP-unabhängige Transport von Proteinen erfolgt durch den gleichen Membrankanal, der auch vom SRP-abhängigen Pfad genutzt wird (Sec61abcp). Weitere membranassoziierte Proteine und Chaperone sind ebenfalls beteiligt.

Abb.2
Post-translationaler Transport von Proteinen ins ER bei der Hefe

Der Sec61p-Komplex der ER-Membran besteht aus drei Polypeptiden: Sec61αp, Sec61βp und Sec61γp. Diese drei Polypeptide bilden einen wassergefüllten Kanal und sind auch für die Erkennung der Signalsequenz verantwortlich.

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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