Proteinsekretion & Membranproteinsynthese in Bakterien
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Proteinsekretion &
Membranproteinsynthese in Bakterien"
1
2
Proteinsekretion & Membranprotein-
synthese in Bakterien, Brock Kap 6:"
1
2
Membranproteinbiogenese
und Proteinsekretion in
Bakterien"
1. Insertion in die Innere
Membrane (IM)"
1 2. Transport ins Periplasma"
2
3. Insertion in die äussere
3
Membran"
4 4. Export aus der Zelle"
E. coli: Proteinexport ins Periplasma"
Faktoren für gerichteten Transport und Translokation"
P"
Vorraussetzung für Proteintransport
über die innere Membran
Signalsequenz!
zytosolische Chaperone (SecB, SRP)"
Translokationsmotor (SecA, Ribosom)!
Translokationskanal (SecYEG)"
Energiequelle !
[Chaperone und modifizierende Enzyme im"
Periplasma]!
Signalsequenzen
Signalsequenz"
+ +
kein Pro "
Consensus"
kein " aa mit kurzen" kein Pro "
Glu, Asp," " Seitenketten" "
Lys, Arg." "
• in sekretorischen Proteinen"
• durchschnittlich15 - 30 aa; hydrophober Kern & "
netto-positive Ladung am N-Terminus"
• i. A. am N-Terminus von Proteinen"
• meist während oder nach der Translokation abgespalten durch
Signal-Peptidase"
• Spaltstelle bestimmt durch aa an Positionen -3 and -1
Sec-abhängiger Proteintransport durch
die innere Membran von Bakterien
1. Schritt: Targeting (gerichteter Transport zur !
! ! Membran)"
Signalsequenz!
!
2 Formen der Translokation!
!
1. Sec B /SecA/ATP, posttranslational, für lösliche sekretorische Proteine!
! SecB “targeting“ Chaperon"
SecA Translokationsmotor (ATPase)!
2. SRP/SRP receptor (SR), cotranslational, für Membranproteine"
E.coli SRP besteht aus !
Ffh: fifty four homolog (GTPase) / 4.5S RNA"
FtsY = SRP Rezeptor!
Hydrophobizität der Signalsequenz bestimmt targeting durch SecB oder SRP
Chaperon Definition:" Ein Molekül (muss kein Protein sein), das unerwünschte Interaktionen zwischen Proteinen und dadurch Aggregation verhindert und Proteinfaltung vorantreibt." "
Posttranslationale Translokation von
sekretorischen Proteinen
• SecB: homotetrameres zytoplasmatisches Chaperon;
erhält sekretorische Proteine translokationskompetent"
• sekretorische Protein/Sec B-Komplexe induzieren
ATP-Bindung an Sec A"
• SecA/ATP bindet an Translokationskanal (SecYEG),
ändert dessen Konformation"
• bei ATP-Hydrolyse ändert sich SecA Konformation"
noch einmal, ADP dissoziiert, Zyklus beginnt von vorn"
"
SecB und SecA gibt es nur in Bakterien"
SecA Zyklus – power stroke (alt) "
SPase
Modell beruht auf Analyse der SecA-Konformation mit "
biochemischen Methoden
Pollard and Earnshaw, Cell Biology "Reale SecA Konformationsänderung
(Kristallstrukturanalyse + EM)"
Ruhezustand"
an SecYEG"
gebunden"
Collinson et al., 2015"SecA Konformationsänderung" - SecA-ATP mit sekretorischem Protein" (blau) bindet an SecYEG" " - PPXD Domäne (braun) faltet sich " das sekretorische Protein und klemmt" es fest" " - die HF-Domäne schiebt sich in den " Eingang des SecYEG Kanals" " - die Bewegung der PPXD Domäne löst" ATP-Hydrolyse durch die Nukleotid-" bindedomänen aus" Collinson et al., 2015"
Zwei Modelle des SecA-
getriebenen Proteintransports:"
Collinson et al., 2015"Zwei Modelle des SecA-getriebenen Proteintransports:
Powerstroke"
die Bewegung der kleinen HF-Domäne "
ins Vestibül des SecYEG Kanals ist zu"
gering, um die Bewegung von 25-50 aa"
pro ATP-Hydrolyse durch den Kanal zu"
erklären"
"
späte Phase der Translokation ist"
PMF-abhängig; mit diesem Modell"
schwer zu erklären"
ursprünglich wurde angenommen, dass sich ein wesentlich "
grösserer Teil von SecA in den Kanal schiebt, weil ein grosser"
Teil des Proteins bei Kanalbindung protease-resistent wird"
Collinson et al., 2015"Zwei Modelle des SecA-getriebenen Proteintransports:
ratcheted diffusion"
- Diffusion ist schneller als powerstroke"
- braucht keine spezifische Sequenz"
- kann die PMF-Abhängigkeit besser "
erklären"
Geschwindigkeit passt besser zu den zellulären Anforderungen:"
ca 1 Protein pro SecYEG Kanal pro Sekunde"
"
Zurückrutschen im Kanal verhindert durch PPXD-Klemme in
SecA?"
Collinson et al., 2015"Cotranslationale Integration von
Membranproteinen
P" : für Membranproteine"Beispiel: SRP-abhängige Insertion der Lac
Permease in die innere Membran
Cytosol"
Periplasm"E. coli SRP & SRP receptor
SRP= signal recognition particle"
"
benötigt für targeting der meisten Membranproteine"
!
SRP besteht aus Ffh (fifty four homolog) & 4.5S RNA!
"
SRP receptor FtsY = Andockstelle für E.coli SRP/
Ribosom/Polypeptidekette-Komplexe an der
Zytoplasmamembran"SRP Targeting Systeme...
Mammalian Archaeal Bacterial
9 14
SRP
72
68
54
19
54 19
48
Mammalian Archaeal & Bacterial
SR SRα
FtsY
SRβEntscheidung fällt am Ribosom:
co- oder posttranslationaler Transport
hydrophobe Signalsequenz/transmembrane Domäne"
weniger hydrophobe Signalsequenz "
SRP – signal recognition particle"
MAP – methionine aminopeptidase"
PDF – peptide deformylase
Gloge et al. Curr Opinion Struct Biology., 2014"Proteine ohne Signalsequenz bleiben im
Zytosol und falten dort
SRP – signal recognition particle"
MAP – methionine aminopeptidase"
PDF – peptide deformylase
Gloge et al. Curr Opinion Struct Biology., 2014"Der Proteintranslokationskomplex
oder das ʻTransloconʼ
• der bakterielle Proteintranslokationskanal
besteht aus 3 Proteinen: SecY, SecE, SecG"
• SecYEG bildet eine Pore, die sich lateral zur
Lipiddoppelschicht und transversal (durch die
Membran öffnen kann"
• die Translocon-Untereinheiten sind
hochkonserviert und bilden in Säugern einen
Kanal in der Membran des endoplasmatischen
Retikulums (Sec61 α,β,γ in Metazoa; Sec61
Kanal)"Translocon"
Struktur &
Öffnung
SecYEG(αβγ)
Rapoport et al. TICB, 2004Translocon
opening
Collinson et al. Royal Soc Trans., 2015"SecA-Bindung öffnet den SecYEG Kanal
Translocon
zu
opening
offen
Collinson et al. Royal Soc Trans., 2015"MBOC 4th ed.
Translokation löslicher ProteineMembranproteinintegration
Membrandomänen verlassen SecYEG lateral
und integrieren in die Lipiddoppelschicht
Collinson et al. Royal Soc Trans., 2015"Insertion von Proteinen mit mehreren
Transmembrandomänen"
Ladungsverteilung (positiv im Zytosol!) um die erste "
Transmembrandomäne bestimmt Orientierung des gesamten
Proteins!"Beispiel: SRP-abhängige Insertion der Lac
Permease in die innere Membran
Cytosol"
Periplasm"Vergleich von Sec and Tat
Proteinsekretionswegen in E. coli
Robinson, Nat. Rev. 2001"E. coli twin arginine
translocation (Tat) System"
- das E. coli Tat-System besteht aus den Membranproteinen "
TatA, TatB und TatC "
"
- der TatBC-Komplex erkennt das twin-arginine Signalpeptid "
und bindet Substrate an die Membran"
"
- TatA Oligomere bilden einen sehr grossen Ring in der "
Membran, der vermutlich den Proteintransportkanal darstellt"
"
- Transport ist abhängig von der PMF und der Faltung der"
Substratproteine!"
- nicht essentiell in den meisten Organismen; nicht ubiquitär"Tat-abhängige Translokation • Tat-Signalpeptide vermitteln Transport gefalteter Proteine ins Periplasma" • ähneln Sec-Signalpeptiden" • wichtig: RR, XFLK" • weniger hydrophob als Sec-Signalpeptide
Der Tat-Translokationszyklus"
TatA" TatB, TatC!
Leader!
peptidase"
Berks et al. Curr. Op. Mic. 2005"Strukturen der Tat Proteine sind bekannt"
Leader!
peptidase"
... Funktionsmechanismus noch nicht
Collinson et al., 2015"Proteintranslokation über die IM in Bakterien"
Collinson et al., 2015"Signalsequenz-abhängige Translokation
spezielles
über die innere Membran
SecY and
Export signal
Secretin-dep.
e.g. Typ II Typ I
IM
Periplasmic
space
OM
PM of the
host cellProteintranslokationssysteme in
Pro- und Eukaryoten"
Trans- Eukaryotes
Bacteria
Archaea
Organelles
location
Eury Cren
Mito Chlo
YidC
-
+
+ -
+ +
SRP /
+
+
+ +
- +
SecYEG
Tat
-
+
+ +
- +Brock Kap 6: Was ist hier falsch?"
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2Proteinsekretion &
Membranproteinsynthese in Bakterien"
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Literatur:"
"
- Channel crossing: how are proteins shipped across the "
bacterial plasma membrane. 2015. "
2 Transactions Royal Society B, 370"
Collinson et al., Philophical
"
- Cotranslational mechanisms of protein maturation. 2014."
Gloge et al., Curr. Opinion Struct. Biol. 24:24-33"Sie können auch lesen
