HOOFDSTUK 4:PROTEIN-TARGETTING & VESICULAIR TRANSPORT
INLEIDING
DE DRIE CENTRALE BEGRIPPEN
A. Protein Targeting (Transport)
Dit is de "postcode" van het eiwit. Eiwitten bevatten vaak een signaalsequentie (een
korte reeks aminozuren) die fungeert als adreslabel. Specifieke receptoren herkennen dit
label en begeleiden het eiwit naar de juiste bestemming (bijv. de nucleus, mitochondriën
of het ER).
B. Protein Sorting (Sorteren)
Dit gebeurt hoofdzakelijk in het Golgi-apparaat. Nadat eiwitten in het ER zijn gemaakt,
worden ze naar het Golgi gestuurd. Hier worden ze gesorteerd en verpakt in
transportvesikels die gericht naar hun eindstation reizen (bijv. de celmembraan voor
secretie).
C. Oriëntatie (Membraanproteïnen)
Membraaneiwitten hebben hydrofobe delen die in de lipide dubbellaag vastzitten. Omdat
eiwitten te groot en te geladen zijn om aan flip-flop (het omwisselen van de binnen- naar
de buitenkant) te doen, moet de oriëntatie (welke kant wijst naar het cytosol, welke naar
buiten?) tijdens de synthese in het ER-membraan direct goed worden vastgelegd.
VAN DNA NAAR RIBOSOOM: DE START
Voordat het transport begint, doorloopt de cel de volgende stappen:
1. Transcriptie: In de nucleus wordt DNA overgeschreven naar pre-mRNA.
2. Processing (Eukaryoten): Het pre-mRNA krijgt een 5'-cap, een poly-A-staart en
de introns worden eruit gespliced. Het resultaat is matuur mRNA.
3. Export: Het matuur mRNA verlaat de nucleus via de kernporiën.
4. Translatie: In het cytosol binden vrije ribosomen aan het mRNA en begint de
eiwitsynthese.
DE TWEE HOOFDROUTES NA DE START VAN TRANSLATIE
Zodra het ribosoom begint te translaten, wordt de bestemming bepaald. Er zijn twee
scenario's (die in de volgende pagina's van je cursus waarschijnlijk dieper worden
uitgewerkt):
Route 1: Post-translationele import De translatie wordt volledig afgewerkt in
het cytosol. Het voltooide eiwit wordt daarna getransporteerd naar bijvoorbeeld de
nucleus, mitochondriën of peroxisomen.
Route 2: Co-translationele translocatie Zodra de signaalsequentie uit het
ribosoom komt, bindt het SRP (Signal Recognition Particle). De translatie pauzeert
en het hele complex verhuist naar het Ruw ER. Het eiwit wordt terwijl het
gemaakt wordt het ER in geduwd. Dit is de route voor secretie-eiwitten en
membraaneiwitten.
,PROTEIN-TARGETTING.
1. DE EERSTE SORTERING: DE "POSTCODE"
Het lot van een eiwit wordt bepaald door de targetsequentie (het adreskaartje, zit
vervat in de genetische code (het DNA))
Geen sequentie: Het eiwit blijft in het cytosol.
Wel een sequentie: Het eiwit wordt herkend door specifieke transporteiwitten en
naar een organel gestuurd.
Deze sequentie is plaatsspecifiek en kan, wanneer het op de plaats van bestemming is,
eraf geknipt worden of blijft eraan zitten. Onderstaande tabel illustreert een aantal
richtingen en sequentie-eigenschappen:
Verwijder
Bestemming Locatie Kenmerk
d?
N-
ER (Lumen) Ja 6-12 hydrofobe AZ + basische AZ
terminus
Mitochondri N-
Ja Amfipatische helix (Arg/Lys vs. hydrofoob)
on terminus
C-
Peroxisoom Nee SKL-motief (Ser-Lys-Leu)
terminus
Kern NLS (Nucleair Lokalisatie Signaal): rijk aan
Variabel Nee
(Nucleus) Lys/Arg
2. DE TWEE HOOFDWEGEN
A. DE SECRETORISCHE WEG (CO-TRANSLATIONEEL)
Eiwitten die bedoeld zijn voor het ER, Golgi, lysosomen, celmembraan of export uit de cel,
worden tijdens de synthese het ER in geduwd.
Het bestaan van de secretorische weg is bewezen door aanwezigheid van ribosomen op
het RER, de labeling-experimenten; men had cellen in een milieu gebracht met
radioactief geladen AZ, zodat deze automatisch werden ingebouwd in de secretorische
proteïnen. Deze cellen werden gehomogeneerd en gescheiden zodat men microsomen
verkreeg → klein gedeelte van het RER; dus ER, bedekt met ribosomen, en de
(secretorische) proteïnen in het lumen. Deze microsomen werden vervolgens gescheiden
in twee groepen:
, 1. Groep 1 werd behandeld met detergenten (er ontstonden gaten in het membraan
van het ER) en daarna werden proteasen toegevoegd → de secretorische
proteïnen werden verteerd.
2. De tweede groep werd niet behandeld met detergenten (membraan blijft heel),
maar de proteasen werden wel toegevoegd: men zag dat de secretorische
proteïnen beschermd bleven; bewijs dat de eiwitten niet cytosolair zaten.
En door de translocatie van gesecreteerde proteinen vereist een N-terminale ER-
signaalsequentie
Als laatste kon men ook nog bewijzen dat het proces cotranslationeel verliep (wat
essentieel bleek te zijn voor de maturering van het proteïne):
1. Proteïne-synthese buiten de cel → hier zijn dus geen microsomen aanwezig.
Worden er vervolgens aan deze proteïnen microsomen toegevoegd, komen deze
proteïnen niet binnen en wordt de N-terminale signaalsequentie er niet af geknipt.
2. Proteïnesynthese in een milieu waarin microsomen aanwezig zijn leverden mature
proteïnen op.
B. DE NIET-SECRETORISCHE WEG (POST-TRANSLATIONEEL)
Eiwitten voor de kern, mitochondriën, chloroplasten of peroxisomen worden eerst volledig
afgemaakt in het cytosol en pas daarna naar hun organel getransporteerd.
3. HET MECHANISME: SRP EN HET TRANSLOCON (COTRANSLATIONEEL PROCES)
Om het co-translationele proces mogelijk te maken, zijn er drie centrale spelers nodig:
SPELER 1: SRP (SIGNAL RECOGNITION PARTICLE)
Dit is een ribonucleoproteïne (bestaat uit RNA en eiwit).
Partikel dat signaal in polypetpitdelketen herkend,
combi van RNA en eiwit
P54 subunit: Bevat een hydrofobe bindingsgleuf die de 6-12 hydrofobe
aminozuren van de ER-signaalsequentie herkent en bindt.
P9/P14 subunits: Interageren met het ribosoom om de translatiesnelheid te
verlagen (de "pauze").
P68/P72 subunits: Essentieel voor de eigenlijke translocatie naar het membraan.
SPELER 2: DE SRP-RECEPTOR
Dit is de "ontvanger" op het ER-membraan die ervoor zorgt dat het ribosoom op de juiste
plek landt.
Interactie: De signaalsequentie wordt herkend door het SRP. Dit complex zorgt
ervoor dat de proteïneproductie (translatie) vertraagt.
Targeting: Het SRP-complex reist door het cytosol tot het interacteert met de
SRP-receptor, een transmembraan eiwit in het membraan van het ER.
GTPase Activiteit: Zowel het SRP als de SRP-receptor hebben GTPase
activiteit. Dit betekent dat ze GTP kunnen binden en splitsen.
INLEIDING
DE DRIE CENTRALE BEGRIPPEN
A. Protein Targeting (Transport)
Dit is de "postcode" van het eiwit. Eiwitten bevatten vaak een signaalsequentie (een
korte reeks aminozuren) die fungeert als adreslabel. Specifieke receptoren herkennen dit
label en begeleiden het eiwit naar de juiste bestemming (bijv. de nucleus, mitochondriën
of het ER).
B. Protein Sorting (Sorteren)
Dit gebeurt hoofdzakelijk in het Golgi-apparaat. Nadat eiwitten in het ER zijn gemaakt,
worden ze naar het Golgi gestuurd. Hier worden ze gesorteerd en verpakt in
transportvesikels die gericht naar hun eindstation reizen (bijv. de celmembraan voor
secretie).
C. Oriëntatie (Membraanproteïnen)
Membraaneiwitten hebben hydrofobe delen die in de lipide dubbellaag vastzitten. Omdat
eiwitten te groot en te geladen zijn om aan flip-flop (het omwisselen van de binnen- naar
de buitenkant) te doen, moet de oriëntatie (welke kant wijst naar het cytosol, welke naar
buiten?) tijdens de synthese in het ER-membraan direct goed worden vastgelegd.
VAN DNA NAAR RIBOSOOM: DE START
Voordat het transport begint, doorloopt de cel de volgende stappen:
1. Transcriptie: In de nucleus wordt DNA overgeschreven naar pre-mRNA.
2. Processing (Eukaryoten): Het pre-mRNA krijgt een 5'-cap, een poly-A-staart en
de introns worden eruit gespliced. Het resultaat is matuur mRNA.
3. Export: Het matuur mRNA verlaat de nucleus via de kernporiën.
4. Translatie: In het cytosol binden vrije ribosomen aan het mRNA en begint de
eiwitsynthese.
DE TWEE HOOFDROUTES NA DE START VAN TRANSLATIE
Zodra het ribosoom begint te translaten, wordt de bestemming bepaald. Er zijn twee
scenario's (die in de volgende pagina's van je cursus waarschijnlijk dieper worden
uitgewerkt):
Route 1: Post-translationele import De translatie wordt volledig afgewerkt in
het cytosol. Het voltooide eiwit wordt daarna getransporteerd naar bijvoorbeeld de
nucleus, mitochondriën of peroxisomen.
Route 2: Co-translationele translocatie Zodra de signaalsequentie uit het
ribosoom komt, bindt het SRP (Signal Recognition Particle). De translatie pauzeert
en het hele complex verhuist naar het Ruw ER. Het eiwit wordt terwijl het
gemaakt wordt het ER in geduwd. Dit is de route voor secretie-eiwitten en
membraaneiwitten.
,PROTEIN-TARGETTING.
1. DE EERSTE SORTERING: DE "POSTCODE"
Het lot van een eiwit wordt bepaald door de targetsequentie (het adreskaartje, zit
vervat in de genetische code (het DNA))
Geen sequentie: Het eiwit blijft in het cytosol.
Wel een sequentie: Het eiwit wordt herkend door specifieke transporteiwitten en
naar een organel gestuurd.
Deze sequentie is plaatsspecifiek en kan, wanneer het op de plaats van bestemming is,
eraf geknipt worden of blijft eraan zitten. Onderstaande tabel illustreert een aantal
richtingen en sequentie-eigenschappen:
Verwijder
Bestemming Locatie Kenmerk
d?
N-
ER (Lumen) Ja 6-12 hydrofobe AZ + basische AZ
terminus
Mitochondri N-
Ja Amfipatische helix (Arg/Lys vs. hydrofoob)
on terminus
C-
Peroxisoom Nee SKL-motief (Ser-Lys-Leu)
terminus
Kern NLS (Nucleair Lokalisatie Signaal): rijk aan
Variabel Nee
(Nucleus) Lys/Arg
2. DE TWEE HOOFDWEGEN
A. DE SECRETORISCHE WEG (CO-TRANSLATIONEEL)
Eiwitten die bedoeld zijn voor het ER, Golgi, lysosomen, celmembraan of export uit de cel,
worden tijdens de synthese het ER in geduwd.
Het bestaan van de secretorische weg is bewezen door aanwezigheid van ribosomen op
het RER, de labeling-experimenten; men had cellen in een milieu gebracht met
radioactief geladen AZ, zodat deze automatisch werden ingebouwd in de secretorische
proteïnen. Deze cellen werden gehomogeneerd en gescheiden zodat men microsomen
verkreeg → klein gedeelte van het RER; dus ER, bedekt met ribosomen, en de
(secretorische) proteïnen in het lumen. Deze microsomen werden vervolgens gescheiden
in twee groepen:
, 1. Groep 1 werd behandeld met detergenten (er ontstonden gaten in het membraan
van het ER) en daarna werden proteasen toegevoegd → de secretorische
proteïnen werden verteerd.
2. De tweede groep werd niet behandeld met detergenten (membraan blijft heel),
maar de proteasen werden wel toegevoegd: men zag dat de secretorische
proteïnen beschermd bleven; bewijs dat de eiwitten niet cytosolair zaten.
En door de translocatie van gesecreteerde proteinen vereist een N-terminale ER-
signaalsequentie
Als laatste kon men ook nog bewijzen dat het proces cotranslationeel verliep (wat
essentieel bleek te zijn voor de maturering van het proteïne):
1. Proteïne-synthese buiten de cel → hier zijn dus geen microsomen aanwezig.
Worden er vervolgens aan deze proteïnen microsomen toegevoegd, komen deze
proteïnen niet binnen en wordt de N-terminale signaalsequentie er niet af geknipt.
2. Proteïnesynthese in een milieu waarin microsomen aanwezig zijn leverden mature
proteïnen op.
B. DE NIET-SECRETORISCHE WEG (POST-TRANSLATIONEEL)
Eiwitten voor de kern, mitochondriën, chloroplasten of peroxisomen worden eerst volledig
afgemaakt in het cytosol en pas daarna naar hun organel getransporteerd.
3. HET MECHANISME: SRP EN HET TRANSLOCON (COTRANSLATIONEEL PROCES)
Om het co-translationele proces mogelijk te maken, zijn er drie centrale spelers nodig:
SPELER 1: SRP (SIGNAL RECOGNITION PARTICLE)
Dit is een ribonucleoproteïne (bestaat uit RNA en eiwit).
Partikel dat signaal in polypetpitdelketen herkend,
combi van RNA en eiwit
P54 subunit: Bevat een hydrofobe bindingsgleuf die de 6-12 hydrofobe
aminozuren van de ER-signaalsequentie herkent en bindt.
P9/P14 subunits: Interageren met het ribosoom om de translatiesnelheid te
verlagen (de "pauze").
P68/P72 subunits: Essentieel voor de eigenlijke translocatie naar het membraan.
SPELER 2: DE SRP-RECEPTOR
Dit is de "ontvanger" op het ER-membraan die ervoor zorgt dat het ribosoom op de juiste
plek landt.
Interactie: De signaalsequentie wordt herkend door het SRP. Dit complex zorgt
ervoor dat de proteïneproductie (translatie) vertraagt.
Targeting: Het SRP-complex reist door het cytosol tot het interacteert met de
SRP-receptor, een transmembraan eiwit in het membraan van het ER.
GTPase Activiteit: Zowel het SRP als de SRP-receptor hebben GTPase
activiteit. Dit betekent dat ze GTP kunnen binden en splitsen.
