VL 12: Membrantransport

Question 1

Fluid Mosaik Modell

Answer 1

• Dynamisch
• Bilayer aus Phospholipiden
• Freibeweglich
• Globuläre Proteine inserieren in die Membran; frei diffussibel

Question 2

BEstandteile der Membran

Answer 2

• Phospholipide
• Hydrophober Schwanz Fettsäuren
• Hydrophile Kopfgruppe
  
  • Glycerolrest verestert mit Fettsäuren
  • Cholin
  • Usw.
• Integrale Proteine
  
  • An Außenseite häufig mit Glykosylreste versehen
    
    • Kontakt zu z.B. Kollagen
    • Identität
  • Membran mit Cytoskelett verbinden (Akti, Mikrotubuli
    
    • Zellform gewährleeistet
  • Sehr viele (innere Mitochondrienmembran hat meisten integralen proteine, ETK)

Question 3

Flüssigkeit der Membran

Answer 3

• Abhängig der Temperatur
• Diffusionsgeschwindigkeit

Question 4

Integrale Membranproteine

Answer 4

1. Transporter
2. Enzyme
3. Oberfrlächenrezeptoren
4. Iidentiitätsmarker
5. Zell-Zell-Adhäsionsprooteine
6. Anheftung ans Zytoskelett

Question 5

Aktiver Transport

Answer 5

• ATP-abhängig
• Kein …-Gradient nötig
  
  • Geht sogar gegen Gradienten
  • Erlaubt ddie asymmetrische Akkumulation von Substanzen über membranen
• Pumpen
  
  • Ionenpumpen: Na+, K+, Ca++, Cl-
  • Austauschpumpen: Na+-K+-Pumpe

Question 6

Natrium-Kalium-Pumpe Funktionsweise

Answer 6

1. Bindung von cytoplasmatischem Na+ stimuliert die Phosphorylierung
2. Phosphorylierung führt zur Konformationsänderung
3. Konformationsänderung dissoziiert Na+ nach aussen –> extrazelluläres K+ wird gebunden
4. K-Bindung führt zur Dephosphorylierung
5. Rückfaltung der Pumpe in alte Konformation
6. K+ wird gelöst und Na+ kann erneut gebunden werden

Question 7

Funktionen von Natrium-/Kalium-Pumpen

Answer 7

• Regulation des Zellvolumens
  
  • Anschwellen der Zelle stimuliert die Na+/K+ Pumpe: Ionenkonzentration erniedrigt, Osmolarität erniedrigt
• Wärmeproduktion (Thyroidhormon: erhöht anzahl der Pumpen, Nebenprodukt Wärme; Energie aus Fetten
• Erhält Membranpotential
  
  • Innen negativ; außen posititv
• Erlaubt Symport in diee Zelle zusammen mit Na+
  
  • So wird Glucose in der Niere aus dem urin in den Körper zurückgeholt

Question 8

Sekundärer aktiver Transport

Answer 8

• Kotransport von Na+ und Glucose
• ATP-abhängiger Export von Na+
• Na+ Gradient treibt Import von Glucose an

Question 9

Genomik von Transportproteinen

Anzahl von Membranproteinen an allen ORFs

Answer 9

¼ von allen bekannten ORFs in Genomen für Membranproteine

Question 10

Funktionen von Transmembranproteinen in Hefe

Answer 10

• Transport (32%)
• Vesikeltransport
• Metabolismus (Lipide werden an der Membran synthetisiert
• Organellorganisation
• Protein Modifikationen
• Etc.

Question 11

Anzahl Transmembrandomäne verrät viel über Art des Proteins

Answer 11

• 7 Transmembrandomäne häufig Rezeptoren
• TM -> Helikale mit hydrophoben SK
• Transporter meist mit vielen Transmembrandomänen

Question 12

Typen von Membranproteinen

Answer 12

• Monotopische Membranproteine
• Beta-Barrel
• Helikale Bündel

Question 13

Monotopische Membranproteine (Proteine mit Membrananker, periphere Membranproteine)

Answer 13

• Periphere Membranproteine
• Proteine mit Membrananker
• In einem Layer der Membran verankert
• Nonpolarer Membrananker (Fettsäure, Prenylierung, Lipidanker)
• Frei in einer Schicht bewegbar
• Hängen an ein Phospholipid, über Zuckerbrücke
• Eintauchend

Question 14

Bitopische Membranproteine

Answer 14

• Membrandurchreichend
• Helikale Bündel
  
  • Alpha-Helices
  • Neurorezeptoz bspw.
  • Nur Loops gucken aus Membran raus
• Beta-Barrel
  
  • Sehr starr
  • Beta-sheets
  • Hydrophob nach außen, innen hydrophil
  • Raum im Inneren, wo größere Metabolite durchfließen können
  • Porine in äußere Membran gramnegativer Bakterien

Question 15

Insertion von Helikalen Bündeln in die Membran

Answer 15

• Während der Synthese (wahrscheinlich)
• werden hineinsynthetisiert
• Seitenaussteiger: Modell der Insertion von Membranproteinen
  
  • Bereiche Stopptransfersequenzen (Hydrophobe Eigenschaft)
  • Helices: Pore, wo Protein/AS-Kette durchsynthetisiert wird, mit hydrophoben Eigenschaften nach außen
  • Pore macht auf, wenn synthetisiertes Protein hydrophob ist → Seitenausstieg, Diffusion in die Membran

→ strittig

Question 16

Anordnung der Helices in einer Membran

Answer 16

• TMH koennen auf zwei Arten angeordnet sein in der Membran
  
  • N-Terminus im ER-Lumen, C-Terminus in Cytosol (Typ I und III)
  • und umgekehrt (Typ II)
    
    • single pass membrane protein
• ist vorgegeben, richtet sich nach Ladungsverteilung der Helix
  
  • Helix ordnet sich so an, dass positive ladung auf seite cytosol und negative seite seite des lumen, was an der ladungsverteilung des Kanals der Pore liegt (Cytosol +, ER-Lumen -)

→ Positive Inside Rule (innen heisst cytosol)

• Topologie von membranproteinen mit nur einer Transmembrandomäne
• C- und N-Terminus können auf unterschiedlicheen Seiten der membran liegen
• Unterschied zwischen außen und innen
• Richtet sich nach Ladungsverteilung einer Helix aus
• Helix ordnet sich innerhalb der Pore an
• Positive Ladung immer auf seite Cytosol und vice versa
• Liegt an Ladungsverteilung der Pore
• Ladung der die Transmembrandomäne umgebenden Sequenzen und der Hydrophobizität des Membranankers bestimmen die Insertionsrichtung

Innen Cytosol! Lumen Außen

Question 17

Minimalwissen Membranproteine

Answer 17

• Welche Membranproteintypen gibt es
  
  • Helixbündel, Beta-Barrel; machen 30 % des Proteom aus (Zahl nicht Masse!)
• Transporter
  
  • Symporter, Antporter, sekundärer und primärer aktiver Transport
  • • Die Orientierung von membrandomänen richtet sich nach der positive-inside-rule

Question 18

Vesikulärer Transport

Answer 18

• Endocytose – Aufnahme von Substanzen
  
  • Phagocytose – Partikel werden aufgenommen
  • Pinocytose – Flüssigkeit wird aufgenommen
  • Rezeptor-vermittelte Endocytose – Aufnahme nur nach Kontakt mit spezifischen Molekülen mittels Rezeptor
• Exocytose – Abgabe von Substanzen

Question 19

Phagocytose – Aufnahme von Bakterien

Answer 19

• Makrophagen fressen tote Blutkörperchen
• Innerhalb von 30 min gesamtes Plasmalemma verbraucht
• Makrophagen fressen unspezifisch (Unser Körper auch!)

Question 20

Rezeptor-vermittelte Endocytose

Answer 20

• bei Kontakt mit Ziel-Substanz findet Invagination statt
• Vesikel, welches transportiert wird zum Abbau oder Interaktion mit anderen Substanzen

Question 21

Wichtige Vesikeltransportrouten

Answer 21

• Identitätsunterscheidung der Vesikel
  
  • Unterscheidung der Vesikel aufgrund unterschiedliche Ziele und Produktionsstellen
    
    • Information auf Vesikel
    • Information auf Zielorganell
    • Routing kann gewährleistet werden

Verschiedene Routen -> Verschiedene Vesikeltypen

Question 22

Verschiedene Vesikeltypen

Answer 22

• Coated vesicles - Umgeben Proteinhülle
  
  • COP II – transportieren anterograd (vorwärts vom ER durch Golgi-Zisternen), auf dem Weg reifen Zielproteine
  • COP I – transportrieren retrograd (zum ER)
• Clathrin-Vesikel
  
  • Entweder aus Transgolginetzwerk abgeschnürt, vorwärts-Transport (z.B. Endosomen)
  • Clathrin-coated pits – Produktion clathrin-Vesikel
• Caveoline-coated membranes
  
  • Grübchen
  • In Muskelzellen

Question 23

Identitätunterscheidung der Zielorganelle

Answer 23

• Modifikation von Lipidderivate – Phosphoinositide
• Bestimmen Membranspezifität
• Proteine, an bestimmten Bereichen des Golgis/Plasmamembran/etc. assembliert

Question 24

Phosphoinositoide

Answer 24

• Fettsäure
• Kopfgruppe: Inositol
  
  • Hexose
  • OH-Gruppen Phosphoryliert (nicht unbedingt überall)
  • 3 mögliche Positionen, gleichzeitig oder einzeln à bestimmen die Spezifität, Identität
• Ort der Phosphorylierung bestimmen die Identität

Question 25

Markerproteine

Answer 25

* Lipid-Rafts * Membranbereiche, die sich unterscheiden in Proteinzusammensetzung * Bereiche an Zelloberfläche, die in der Lage sind bspw. Eine Invagination durchzuführen bzw. Ziel von Vesikel sind

Question 26

Beispiel Lipid-Raft

Answer 26

* GTP-bindende Proteine wie Rab5 * Auf Endosom beheimatet * Fängt Vesikel, die von Plasmamembran kommen, Phagozytose, Verdauung in Endosomen * Bestimmen Spezifität von Membran * Rab In zwei Zuständen vorliegend * Löslich, mit GDP gebunden * Konformationsänderung GDP-GTP Exchange factor, amphipatische Helix wird frei, klappt aus, nicht in Cytosol happy à will mit Protein interagieren * Rab5 (GTP gebunden) hilft Aktivierung von Phosphoinositol-Kinasen * PI(3)P entsteht * Rekrutiert wiederum mehr Rab5 * Fleck entsteht, wo diese Proteine verstärkt konzentriert sind * Halten sich gegenseitig fest, Diffusionsrate erniedrigt * Rekrutiert Rabeffector Proteine * Interagieren mit Vesikel

Question 27

Clathrin-Vesikel

Answer 27

* Helfen bei der Vesikelbildung * Hilfsstruktur * Überlagerung der Triskelions * Bildung der Kanten * Proteine an Vertex (Verzweigungs-)-Punkten * Käfigbildung spontaner Prozess, keine Energie nötig * Definiertes Volumen

Question 28

Clathrinvesikelzyklus

Answer 28

* Initiale Ausbildung der Clathrin Schicht auf der Membran * Ankerproteine (Adaptin) in Membran veerbindet mit Clathrin mit Rezeptormolekülen * Membran wird Eingesogen, Invagination * Ausbildung des Balles * Weitere Proteine (Dynamin) hilft Abschnürung * Schnelle dissassemblierung einzelne Komponente * Vesikel goes on its way

Question 29

Erkennung des Frachtguts

Answer 29

* Adaptiine * 3 Typen * Interagieren mit Rezeptoren * Spezifisch

Question 30

Abschnürung ist energieabhängig

Answer 30

* ATP-abhängig * Dynamin * Bildung des Clathrinkäfigs ist spontan * Keinee zusätzliche Energie nötig; nur Erkennung des Rezeptors verbraucht GTP * Finale Abschnürung braucht * Dynamin * ATP

Question 31

Fusion der Vesikel mit Ziellmembran

Answer 31

SNARE * V-snare = vesicle snare * T-snare = target snare * Hohe Affinität * Verdrillen miteinander * Pressen Wasser aus der Intermembranspalte * Erkennung und Fusion laufen unabhängig voneinander ab * Entwindung de r Snares benötigt Energie * Tetanus/Botox: Toxin zerstört SNAREs (Proteasen)

Question 32

COP I und COP II Vesikelbildung

Answer 32

* Bilden ballartige Strukturen * Vesikelabschnürung * Prinzip wie bei Clathrin * Autoassemblierung von Käfigstrukturen * Wichtig für Transport zwischen Golgi und ER * COP I: Transport zurück zum ER * COP II: Vorwärtstransport durch Golgi zu Plasmamembran

Question 33

Wo spielen Endozytosen eine Rolle

Answer 33

* Protsiten (Phagozytose) * Darmepithel (Transcytose= * Rezeptor-vermittelt (Clathrin) * Caveola-abhängig

Question 34

Langstreckentransport von Vesikeln

Answer 34

* z.B. in Axonen * mithilfe Transportproteinen (Dynein, Kinesin)/Molekulare Motoren * auf Cytoskelett (Mikrotubuli) *