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Proteine: Adressierung und Sortierung

Steckbrief

Bei der Adressierung und Sortierung werden die Proteine mithilfe einer spezifischen „Adresse“, die bereits als Signalpeptid in der Aminosäureabfolge des Proteins vorhanden ist oder als posttranslationale Modifikation angefügt wird, zu den unterschiedlichen Kompartimenten einer Zelle dirigiert. Abhängig von ihrem endgültigen Bestimmungsort werden Proteine entweder von Ribosomen am rauen endoplasmatischen Retikulum (rER) synthetisiert oder an freien Ribosomen im Zytosol.

Synthese von Proteinen am rER

Die Synthese von membranständigen, sekretorischen oder auch lysosomalen Proteinen und solchen, die für das Lumen von rER und Golgi-Apparat bestimmt sind, findet am rER statt. Diese Proteine besitzen ein N-terminales Signalpeptid, das die Ribosomen kurz nach Beginn der Translation zum rER dirigiert. Die weitere Proteinsynthese erfolgt dann direkt in das Lumen des rER. Dort finden auch erste Modifikationen der Proteine statt. Proteine ohne eine Funktion im rER gelangen zum Golgi-Apparat, in dessen Zisternen sie weiter modifiziert und ggf. auch mit spezifischen Markierungen versehen werden. Vom trans-Golgi-Netzwerk werden protein- und lipidhaltige Vesikel abgeschnürt. Diese fusionieren mit der Plasmamembran und entlassen ihren Inhalt in den Extrazellulärraum, integrieren ihre Membranbestandteile in die Plasmamembran oder werden zu primären Lysosomen.

Synthese von Proteinen im Zytosol

Zytosolische Proteine und Proteine mit Eintritts- und Zielsteuerungssequenzen für Organellen (Mitochondrien, Zellkern, Peroxisomen) werden von Ribosomen synthesisiert, die frei im Zytosol vorliegen.

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Sortierung von Proteinen in der Zelle

Die Synthese aller Proteine beginnt zunächst an freien Ribosomen im Zytosol. Besitzen die Proteine ein Signalpeptid für das rER, assoziieren die Ribosomen unmittelbar nachdem das Peptid erschienen ist, mit dem rER und das Protein wird direkt in das rER-Lumen hinein synthetisiert. Die Proteine gelangen mithilfe von Vesikeln zum Golgi-Apparat und von dort zu ihrem endgültigen Bestimmungsort (Extrazellulärraum, Plasmamembran, Lysosom). Fehlt das ER-Signalpeptid, werden die Proteine im Zytosol synthetisiert oder, falls sie weitere Zielsteuerungssequenzen enthalten, in den Zellkern, die Mitochondrien oder die Peroxisomen eingeschleust bzw. in die Membranen dieser Organellen integriert.

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    Allgemeines

    Damit Zellen funktionieren, müssen die zahlreichen von ihnen produzierten Proteine zur richtigen Membran gelangen bzw. in das richtige Kompartiment oder auch ganz aus der Zelle geschleust werden. So müssen RNA- und DNA-Polymerase in den Zellkern gelangen, Hormonrezeptoren in die Plasmamembran integriert werden, bestimmte Enzyme das Lumen der Lysosomen erreichen und Hormone sezerniert werden. Um dies zu bewerkstelligen, werden die Proteine in Zellen nach bestimmten Merkmalen sortiert und dann ihren endgültigen Bestimmungsorten zugewiesen. Im Zuge dieser Sortierung werden einige Proteine mit zusätzlichen chemischen Gruppen versehen (co- und posttranslationale Modifikation), die entweder der Sortierung dienen oder die spätere Funktionalität der Proteine sicherstellen. Eine wichtige Rolle hierbei spielen das endoplasmatische Retikulum und der Golgi-Apparat.

    Das () ist ein Membransystem aus Lamellen, Zisternen und Tubuli, das die gesamte Zelle durchzieht. Man unterscheidet glattes ER (sER; s für smooth), das frei von Ribosomen ist, und raues ER (rER), das mit Ribosomen besetzt ist, welche die Proteine teilweise oder vollständig direkt in das rER-Lumen synthetisieren. Dort finden Faltungsschritte und auch erste statt wie:

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      zuletzt bearbeitet: 03.08.2021
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