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5. Endoplasmatisches Reticulum und Golgi-Apparat Institut für medizinische Physik und Biophysik Ramona Wesselmann

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5. Endoplasmatisches Reticulum und Golgi-Apparat

Institut für medizinische Physik und Biophysik

Ramona Wesselmann

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Endoplasmatisches Reticulum

• Umfangreiches Membransystem• „endoplasmatisch“ → im Cytoplasma• „reticulum“ → Netz• ER-Lumen ist durch eine Membran vom Cytosol getrennt• ER-Membran geht direkt in die Kernhülle über• Zwei Bereiche:

- glattes ER, trägt auf der dem Cytosol zugewandten Seiteder Membran keine Ribosomen

- rauhes ER, mit Ribosomen besetzt

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Zellaufbau

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ER (Fluoreszenzaufnahme)

(rauhes ER) (glattes ER)

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Rauhes ER (elektronenmikroskopische Aufnahme)

• der mit Ribosomen besetzte Teil desendoplasmatischen Reticulums

• Ort der Proteinbiosynthese

• Ort der Membransynthese

• wächst durch Einlagerung neuer Phospholipd-und Proteinmoleküle

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Glattes ER (elektronenmikriskopische Aufnahme)

• Stoffwechselwege (Kohlenhydratstoffwechsel, Beseitigung von Giften und Arzneimitteln)

• Enzyme: Synthese von Fettsäuren, Phospholipiden,Steroiden (Geschlechtshormone und verschiedene Steroidhormone der Nebennieren)und anderen Lipiden

• Zellen (Hoden und Eierstöcke), die Steroidhormone produzieren, besitzen große Mengen an glattem ER, ein Strukturmerkmal, das zur Funktion der Zelle passt.

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ER

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Trennung durch Gradientenzentrifugation

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Golgi-Apparat

• Ort der posttranslationalen Modifikation und Sortierung der Proteine

• Ort der Synthese von Glykolipiden undPolysacchariden

• Modifikation von lysosomalen Proteinen zurBindung an M-6-Rezeptoren im Trans-Golgi-Netzwerk und Transport zu Lysosomen

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Golgi-Apparat (elektronenmikroskopische Aufnahme)

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Proteinbiosynthese

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Prinzip der Translation

• Synthese von Polypeptiden, wird von der mRNA gesteuert

• Die Zelle muss die Basenfolge eines mRNA-Moleküls in die Aminosäuresequenz eines Polypeptids übersetzen

• Die Translation ist somit der letzte Schritt in einem Prozess, bei dem anhand des genetische Codes aus Erbinformationen ein Eiweißmolekül hergestellt wird.

• Dieser letzte Schritt geschieht in lebenden Zellen an besonderen Strukturen, den Ribosomen

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Das Ribosom

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Der genetische Code

• Regel, nach der Dreiergruppen aufeinander folgender Nucleotide(Nucleobasen), Tripletts oder Codons genannt in Aminosäuren (AS) übersetzt werden, findet nur bei der Bindung der AS an tRNA statt.

• Nucleobasen: Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil

• einige Codons stehen nicht für eine AS, sondern werden als STOPP-Codonbezeichnet, welche die Proteinsynthese beenden (Beispiel: UGA)

• AUG dient sowohl als Codon für Methionin als auch als Startsignal der Translation

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Der genetische Code

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t-RNA (tansfer-RNA)

• Ribonucleinsäure, die aus 80 Nucleotidenbesteht

• vermittelt bei der Translation die richtige Aminosäure zum entsprechenden Codon auf der mRNA

• Kleeblattartige Struktur (Paarungenkonjungierender Basen: Adenin – Uracil,Cytosin – Guanin)

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t-RNA

• tatsächliche dreidimensionale Struktur ist einem L ähnlich

• Aminosäuren-Akzeptorstamm

• Anticodonschleife

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1. Beladung von t-RNAs mit Aminosäuren

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Stufen der Peptidsynthese am Ribosom (Elongation)

1. Codonerkennung:Eine ankommende Aminoacyl-tRNAbindet an das an der A-Stelle befindliche Codon.

2. Peptidbindung:Zwischen der neuen AS und der wachsenden Polypeptidkette wird einePeptidbindung geknüpft.

3. Translokation:Die tRNA an der P-Stelle wird entlassen. Die tRNA an der A-Stelle wird zur P-Stelle verschoben. Bei diesem Vorgang bewegt sich das Ribosom um ein Codonin 5`→ 3`-Richtung vorwärts.

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Posttranslationaler und cotranslationalerProteintransport

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Proteintargeting

• Alle Proteine erhalten eine typische N-terminale Signal-Sequenz, die von einem speziellen Protein, dem signal recognition particle (SRP) erkannt wird.

• SRP bindet an ein Rezeptorprotein in der ER-Membran

• SRP wird freigesetzt, während sich das wachsende Polypeptid durch ein Kanalprotein in der ER-Membran schlängelt.

• SRP wird enzymatisch entfernt und die fertige Polypeptidkette faltet sich zu ihrer, für das betreffende Protein typische Konformation

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Proteinsynthese am rauhen ER: Lösliche Proteine

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Der sekretorische Weg: 1. Vom ER zum Golgi

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Der sekretorische Weg: 2. Wege im Golgi

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Der sekretorische Weg: 3. Vom Golgi zu Plasmamembran und Lysosomen

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Modifikation in ER und Golgi: Glykososylierung

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Medizinische Bedeutung der spezifische Glykosylierung:Beispiel AB0-Blutgruppensystem

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Beispiel AB0-Blutgruppensystem