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Zur Erinnerung...
-Der Einschluss der DNA in ein eigenes Kompartiment, dem Zellkern, machte einen intensiven Stoffaustausch zwischenCytoplasma und Kern notwendig.-Ort des Transports ist die Kernpore, eine der größten Strukturen in derZelle (125MDa, ca. 1000 Proteine).-Kleine Proteine und Metaboliten können passiv in den Kern gelangen.Große Moleküle (40kDa und größer) benötigen hingegen einen aktiven und Rezeptor-vermittelten Transportprozess.-Moleküle die in den Kern transportiert werden haben ein sogenanntesnuclear location signal (NLS, das klassische Signal ist PKKKRKVE).-Importrezeptoren sind die Importine. Für die klassische NLS gibt es einImportin-heterodimer das man Importin /ß nennt.-Die Importine können das Cargo nur an die Kernpore bringen (docking).Für die nachfolgende Translokation ist der Transportfaktor Ran und GTPnotwendig.
Das Importin /ß Dimer ist nicht für den Transport ausreichend
Docken ist möglich,nicht aber die Translokation in den Zellkern
Eine kleine GTPase reguliert den Kerntransport
RanGTP dissoziiert den Importin Komplex
Die Rolle von Ran beim Kernimport
RanGDPRanGTP
RanGDP
RanGTP
Der Ran-Zyklus bestimmt die Richtung des Transportvorgangs
Der Kernexport von Cargo
-viele Komponenten des Zellkerns müssen auch exportiert werden(mRNAs, Ribosomen, diverse Proteine etc.)
Der Export ist ebenfalls durch spezifische Signale, den Nuclear Export Signals (NES) vermittelt. Diese Signale liegen i.d.R. auf spezifischen Proteinen
LPP LER LTL die klassische NES vom HIV1 Rev
Leucin-Reste sind sehr wichtig(hydrophob, vgl. NLS)
Der Kernexport von Cargo
- Die NES wird im Zellkern von spezifischen Exportrezeptoren,den Exportinen erkannt.-Im Gegensatz zum Import ist die Interaktion von NES mit Exportinaber nur in Anwesenheit von RanGTP möglich. Ran GDP dissoziierthingegen den NES-Exportin-Komplex
RanGDP
Zurück zur Tagesordnung: Der Abbau von Proteinenund Aminosäuren
-Der Abbau von Proteinen ist Quelle von Aminosäuren, die an mehrerenStellen im Metabolismus Verwendung finden. Der Abbau von Proteinenfindet durch die Verdauung von Nahrung und durch die gezielte Degradation über das Ubiquitin-System in der Zelle statt.
- Aminosäure sind Bausteine für Proteine und Vorstufen für andere(häufig stickstoffhaltige) Verbindung wie z.B. Nucleotidbasen. Amino-säuren können nicht als Energiespeicher dienen, sondern werden direktin den Energiestoffwechsel eingeschleust.
-Die Einschleusung der meisten Aminosäuren in den Energie-stoffwechsel erfolgt über den Harnstoff-Zyklus.
Die Aufnahme von Aminosäuren durch NahrungZymogene des PankreasChymotrypsinogenTrypsinogenProcarboxypetidaseProelastase
Pepsinogen (pH 2-Optimum)(Magen)
spezifische Transporter
Die Ubiquitin-abhängige Degradation von Proteinen
- Jedes Protein hat eine charakteristische Halbwertzeit (von wenigenMinuten bis Jahren).
-Defekte Proteine müssen ebenfalls abgebaut werden.
-Proteine, die abgebaut werden sollen, werden mit einem spezifischen„Marker“ versehen. Dieser Marker ist ein kleines Protein („Ubiquitin“),das kovalent an das zu degradierende Protein genüpft wird.
-Ubiquitin ist hochkonserviert und bei allen Eukaryonten zu finden (Unterschied zwischen Hefe und Mensch: 3 As von 76)
C-Terminus von Ubiquitin bindet anein oder mehrereLysin-Reste(=verzweigtes Protein)
Markierung mit Ubiquitin
Tetraubiquitin: Das Abbausignal
-Lysin 48 eines Ub ist mit C-Terminus eines zweiten Ubs verküpft
Die Ubiquitinkonjugation
E1: aktivierendes Enzym. Bildet Adenylat-Zwischenprodukt undThioester zwischen Ub und E1 (vlg. Aktivierung von FS in ß-Oxid.)E2: konjugierendes Enzym (Übernimmt aktiviertes Ub von E1)E3: katalysiert den Transfer auf das Zielprotein (Spezifität!)
Die Spezifität der Ubiquitinylierung
-Es gibt nur sehr wenige E1 Enzyme. -Es gibt eine größere Anzahl von E2 Enzymen, die untereinanderhomolog sind.-Es gibt viele E3-Enzyme, die zu unterschiedlichen Gruppen gehören.
Die Kombination von E2 mit E3-Enzymen bei der Übertragungvon Ub ermöglicht ein sehr großes Substratspektrum.
Wann wird ein Protein degradiert?
-bei Defekten (Missfaltungen,Oxidationen, Hydrolysen etc.).
-der N-Terminus bestimmt dieHalbwertszeit eines „normalen“Proteins (N-end rule, N-TerminusRegel).
-Spezifische Sequenzen im Proteinkönnen dieses destabilisieren (PEST-und cyclin destruction box-Sequenzen)
Das Proteasom degradiert Ub-markierte Proteine
regulatorische Einheiten
katalytische Einheit
Bindet Ub-konjugiertesSubstratIsopeptidase spaltetUb vom ProteinUnter ATP verbrauchwird Substrat entfaltet
Proteasom enthält Serin und Threonin-Peptidasen.
Fehlerhaftes zerstören von Proteinen kann Krankheiten hervorrufen
-Humanes Papillomavirus (HPV) codiert für eine spezifische E3-Ligase.Diese Ligase zerstört den Tumor-Supressor p53 (ein Protein, welchesu.a. die DNA-Reparatur kontrolliert).
Die Virus-induzierte Degradation von p53 führt häufig zu Krebs,da u.a. die DNA nicht mehr angemessen repariert werden kann!
Der Abbau der Aminosäuren
-viele Aminosäuren transferieren die Aminogruppe auf -Ketoglutaratwobei Glutamat entsteht. Glutamat kann dann desaminiert werden.
-Der Transfer der -Aminogruppe auf eine -Ketosäure wird durchAminotransferasen (auch Transaminase genannt) katalysiert.
Die Transaminase-Reaktion
Bsp: Aspartat-Aminotransferase (OAA) Alanin-Aminotransferase (Pyruvat)
Merke: Diese Reaktionen sind reversibel, und können so auch fürdie Synthese von Aminosäuren aus -Ketosäuren verwendet werden!
-Der Transfer der -Aminogruppe auf eine -Ketosäure wird durchAminotransferasen (auch Transaminase genannt) katalysiert.
Die Transaminase-Reaktion
Bsp: Aspartat-Aminotransferase (OAA) Alanin-Aminotransferase (Pyruvat)
Merke: Diese Reaktionen sind reversibel, und können so auch fürdie Synthese von Aminosäuren aus -Ketosäuren verwendet werden!
Der Kofaktor aller Transaminasen
Pyridingring,der leicht basisch ist.
Hydroxylgruppe dieleicht sauer ist.
die Aldehydgruppe ist wichtig für die Transaminierungsreaktion, da sie Schiff-Basenmit primären Aminen ausbilden kann
Der Kofaktor Pyridoxalphosphat
As aus dem aktiven Zentrumdes Enzyms
Ein internes Aldimin wird zu einem externen Aldimin
As die desaminiert werden soll
Eine Elektronenfalle
Der Mechanismus der Transaminierung: 1. Schritt
Der Mechanismus der Transaminierung: 2. Schritt
Der Mechanismus der Transaminierung: 3. Schritt
Der zweite Teilschritt ist die Umkehrreaktion der erstenz.B. kann -Ketoglutarat jetzt mit dem PMP zumGlutamat reagieren.
Der zweite Teilschritt der Transaminierung
Die oxidative Desaminierung: 1.Schritt
Glutamat-Dehydrogenase
Vergleiche zur Oxidation von Alkoholen
-Die Hydrolyse der Schiff-Base setzt das Ammoniak frei. --Ketoglutarat kann dann an einer neuen oxidativen Desaminierung teilnehmen.
Die oxidative Desaminierung: 1.Schritt
Die Bilanz der oxidativen Desaminierung
Die Regulation der Glutamat-DH
-Glutamat ist ein allosterisches Enzym mit 6 UE
-GTP und ATP sind allosterische Inhibitoren.-GDP und ADP sind allosterische Aktivatoren.
-Die Erniedrigung der Energieladung der Zelle beschleunigtden Abbau von Aminosäuren.
