Proteinimport in Zellkern: PPKKKRLProteinimport in ER:

MMSFVSLLLVGILFWATEAEQLLTKCEVFQRetention im ER: KDQL

Proteinimport in Mitochondrien: MLSLRQSIRFFKPATRTLCSSRYLL

Proteinimport in Peroxisomen: SKL

Signalsequenzen binden an Transportproteine (Rezeptoren) dadurch wird Weg des

Proteintransports in der Zelle festgelegt- + ausgedehnter hydrophober Bereich

im Gefrierbruch sichtbare

„Verbindungskanäle“

zwischen Zellkern-Cytoplasma

Import in Zellkern findet über Kernporen statt

Schematische Darstellung Kernpore

Import Kernproteine

annuläre

luminale

säulenförmige

ringförmige

UntereinheitCytosol

Nucleus

Kernpore: aus ca. 100 verschiedenen Proteinen bestehende komplizierte Struktur

ER, Ribosomen und Proteinlokalisation in der lebenden Zelle

Freie Ribosomen

cytosolische

Proteine

Hämoglobin

Polyribosomen

Proteinlokalisation in Zelle

Glycoproteine

Membranproteine

sekretorische Proteine

rauhes ER

Anordnung als freie oder am ER gebundene

Ribosomen hängt von Anwesenheit

von Signalsequenzen in translatierter mRNA

ab

Zellkern und Endoplasmatisches Reticulum (ER)

Lenkung cytosolischer bzw. sekretorischer Proteine

Proteinlokalisation in

Endoplasmatisches Reticulum (ER)

Lokalisation in ER-Lumen: sekretorische und Membranproteine

Glycoproteine, Lipoproteine

Proteolytische Prozessierung Transmembranprotein

Verankerung eines Transmembrananteilsin Membran

start

stop

Signalsequenzeneukaryotischer sekretorischer Proteine

hydrophobbasischbasisch

Kovalente Modifizierung im ER

Proteinmport in Mitochondrien

Chaperone: Protein-Entfaltung vor Import in Mitochondrien und Chaperon (Hsp70)-vermittelte

Faltung

Protein-Qualitätskontrolle beim Austritt aus ER: Chaperone

Chaperone

- verhindern Aggregation

- entfalten fasch gefaltete Proteine

- helfen Proteine zu entfalten, welche durch biologische Membranen zu transportieren sind

Dyctiosom

raues ER

Transportvesikel Sekretvesikel

Vesikelabschnürung aus Golgi-Zisternen

Proteinmodifizierung zu Lipoproteinen (lp) glattes ER (ger) und Golgi anschl. Exocytose in Sekretvesikeln (sv)

Golgi-Apparat als Verschiebebahnof und Endfertigung der Zelle

Liganden- bzw. Antikörper-gekoppelte Fluoreszenzmarker

Signalamplifikation mittels Sekundärantikörper

ER -> Golgi -> Zellmembran ER-> Golgi-> Endosom -> Lysosom

Nach kurzfristigem Angebot radioaktiv markierter Aminosäure (pulse-chase)

Enzymhistochemie: Lichtmikroskop Enzymcytochemie: Elektronenmikroskop

Fraktionierung Zellorganellen in Ultrazentrifuge

Direkte Beobachtung der Fraktionen im Transmissions-EM

Enzymbestimmungen (Markerenzyme für Organellen)

in situ Lokalisierung des Enzyms

Identifizierung organspezifischer Proteine mit spezifisch bindenden Liganden oder

Antikörpern

(Fluoreszenz-, Goldpartikel-)

„leichte“ und „schwere“ Lysosomen

mit Detergens bzw. kolloidalen Gold

Zellfraktionierung und Enzymlokalisation

Leitenzyme der Zellorganellen

• Zellmembran: Na+/K+ ATPase

• Zellkern: DNA- bzw. RNA-Polymerase

• Cytosol: Enzyme der Glycolyse

• sER: Hydroxylierungsenzyme

• rER: ribosomale Proteine

• Golgi: Galactosyl-Transferase

• Lysosomen: saure Phosphatase

• Peroxisomen: Katalase

• Mitochondrien: Cytochrom c-Oxidase

Exocytose (Trans-Golgi-Netzwerk) Endocytose (Endosom, Lysosom)

Transcytose

basolateral

apikal

wie werden Proteine an richtigen Ort in der Zelle dirigiert ?

bezüglich Verbreitung in Gewebe kommt es auf Art der Zell-Zell-Verbindung an

Gerichteter Vesikeltransport von

Donator- zu Acceptororganelle

organellspezifische G-Proteine

auch als Auslöser für

Membranfusion

Wie können sogar Proteine ohne Signalsequenz an richtigen Ort in Zelle gelangen?

merokrine

(Exocytose)

apokrine

(Brustdrüse)

holokrine

(Talgdrüse)

Sekretion

Exocytose: konstitutiv bzw. getriggert

Immunogold-Lokalisierung Sialinsäure-Transferase im Golgi-Apparat

Konstitutive und getriggerte (regulierte) Sekretion

Exocytose sekretorischer Vesikel

hochkonzentriertes, sofort freisetzbares Insulin

(stimuliert Glucoseaufnahme)

Mastzelle vor (li) und nach (re)Triggerung und Freisetzung von Histamin

Trennung Motoneuron (nz) von Muskelzelle (mz) durch

synaptischen Spalt (ss)

praesynaptische (prm)

postsynaptische (pom)

Membran

Neurotransmitter-Vesikel

sec.

neural

min.

hormonell

Koppelung Endocytose/ExocytoseEntkoppelung von Ligand- und Rezeptorkreislauf

„Stachelgrübchen“

„Stachelvesikel“

Clathrin-vermittelte EndocytosePhagocytose als Spezialfall der Endocytose

Rezeptorvermittelte Endocytose von Cargomolekülen

Clathrin-coated pits an Zellmembran->Clathrin-coated vesicles in Zytoplasma

->Vesikelbildung mit H+ Pumpe-> frühes Endosom -> Lysosom

Goldpartikel

Compartment

of Uncoupling

Receptor-Ligand

EndocytoseFlüssigkeit (Pinocytose)

Partikel, größeres Molekül (rezeptorvermittelt)Phagocytose Bakterien, Parasiten

Phagocytose Erythrocyt durch Makrophagen

Phagocytose von Bakterien durch Makrophagen

Phagocytose Bakterium durch Leukocyten

Lysosomen: Orte hydrolytischen Abbaus in Zellen

Enzymcytochemische Lokalisierung saurer Phosphatase in Lysosomen

Aktivität

Saure Phosphatase in

(nicht allen s. *) Lysosomen

aber auch in

Vesikel des

Golgi-Bereichs

Mannose-6-P:Lokalisierungssignal für Lysosomen

Lysosomen aufgrund räumlicher Nähe zum Golgi als primäre Lysosomen? jedoch

direkter Nachweis: „wer fusionierte in welcher Reihenfolge mit wem?“ ist problematisch

Nachweis: „wo und wie genau“ jedoch nicht immer unproblematisch

primäres Lysosom:

Transportvesikel von Trans-Golgi

sekundäres Lysosom:

Mit Auto- oder Hetero-Phagosomen fusioniertes primäres Lysosom

tertiäres Lysosom:

Autophagosome und heterophagosome Partikel

bzw. Abbauprodukte davon

enthaltend (Konfluenz)

Heterophagie

Autophagie

Konfluenz

Autophagie(Abbau Mitochondrium)

a: teilw. Von ER-Cisterne umschlossenes Mitochondrium

b: von einfach- bzw. Doppelmembran umschlossenes Mitochondrium

c: als ehem. Mitochondrium nur noch

vage zu erkennen bzw. zu „erahnen“

Beweis: Konfluenz Autophagie mit Heterophagie

Endosom mit Mitochondrium, gleichzeitig Goldpartikel von

Endocytose enthaltend

Aufgrund saurer Phosphatase-Aktivität als Pb3(PO4)2 : Identifizierung als

Lysosom

Pflanzliche Vakuole als „Riesenlysosom“

Hypervariabilität Zellorganellen