Lexikon der Biologie: Exportproteinsynthese
Exportproteinsynthesew, Synthese von sekretierten Proteinen (Exportproteinen), lysosomalen Proteinen und bestimmten Membranproteinen an Polyribosomen der Membran des rauhen endoplasmatischen Reticulums (ER) mit Translokation durch die ER-Membran und Transport der Proteine über den Golgi-Apparat (in Vesikel verpackt) zum Bestimmungsort. Proteine, die für Mitochondrien, Chloroplasten oder den Zellkern bestimmt sind, nutzen andere Synthesemechanismen. Die Translokation durch die ER-Membran ( vgl. Abb. ) erfolgt, bevor die Polypeptidkette vollständig synthetisiert ist (cotranslational; Translation). In der Regel tragen diese Proteine an ihrem N-Terminus (Aminoterminus) ein ca. 15–30 Aminosäuren langes Signalpeptid (Transit-Sequenz), das einen hohen Anteil hydrophober Aminosäurereste besitzt und dadurch den Transport durch die Membran (Membrantransport) initiiert (Prä-Proteine). Wenn diese Signalsequenz aus dem Ribosom herausragt, wird die Proteinsynthese durch Bindung des signal recognition particle (SRP) zunächst unterbrochen (wenn die wachsende Polypeptidkette ca. 70 Aminosäuren lang ist). Das SRP erkennt dabei sowohl das Ribosom als auch das Signalpeptid, so daß spezifisch die Translation „zu sekretierender Proteine“ so lange unterbrochen wird, bis das SRP an ein docking protein (SRP-Rezeptor) an der ER-Membran gebunden hat. Eine der SRP-Untereinheiten und beide Polypeptidketten des SRP-Rezeptors enthalten GTP-bindende Domänen; daher wird vermutet, daß die Folge von GTP-Bindung und Hydrolyse und die damit verbundenen Konformationsänderungen die Ablösung des SRP von seinem Rezeptor regulieren. Der Kontakt zwischen SRP und seinem Rezeptor vermittelt gleichzeitig auch den Kontakt zwischen Ribosom und einer Translokase (Sec61-Komplex mit α-, β- und γ-Untereinheit), einem Protein, das im aktiven Zustand einen hydrophilen Kanal mit wäßrigem Milieu bildet, durch den eine ungefaltete Polypeptidkette hindurchtreten kann. Der Ribosomenkanal wird durch den Translokasekanal verlängert; das Ribosom sitzt dem Translokasekanal dicht auf und dichtet zum Cytoplasma hin ab. Ein weiteres Protein am Ribosom, das NAC (nascent polypeptide associated complex), verhindert eine unspezifische Bindung zwischen translatierendem Ribosom und ER. Die membranständigen sog. Ribophorine I und II, denen man früher eine Ribosomen-Bindungsfunktion (daher auch Ribosomen-Rezeptorproteine) zusprach, sind wohl eher zusammen mit einer Oligosaccharid-Transferase an der Glykosylierung von Proteinen beteiligt. Das SRP diffundiert nach GTP-Hydrolyse ab (Abschluß des SRP-Zyklus), und die Translation läuft weiter, wobei sich der Kanal der Translokase zum ER-Lumen hin öffnet und die hindurchtretende Signalsequenz an das integrale TRAM-Protein (translocating chain associating membrane) assoziiert. Dieses TRAM-Protein ist ein integrales Membranglykoprotein, das für die Translokation der meisten Proteine notwendig ist. Bei löslichen Exportproteinen wird das Signalpeptid, wenn die naszierende Polypeptidkette 150–200 Aminosäuren lang ist, von einer spezifischen Protease, der Signalpeptidase, abgespalten, die lumenständig an der ER-Membran lokalisiert ist. Das abgespaltene Signalpeptid diffundiert in die Lipiddoppelschicht, wo es schnell abgebaut wird. Das fertige Translationsprodukt wird im ER-Lumen gefaltet (Chaperonine, Polypeptidketten bindende Proteine) und zumindest teilweise glykosyliert (Glykoproteine). Die Vesikel, in denen das synthetisierte Proteinmaterial (Export-, Membran- und Lysosomenproteine) anterograd, also vom rER zum Dictyosom (Golgi-Apparat), transportiert wird – möglicherweise mit Hilfe von Mikrotubuli als Leitbahnen –, sind von einer Hülle aus mehreren Proteinen und einem kleinen Protein der ARF-Familie (regulierte Exocytose) umgeben. Sie werden als COPII-Vesikel (coated vesicles) bezeichnet (im Gegensatz zu den COPI-Vesikeln oder Coatomer-Vesikeln, die retrograd Material zum ER transportieren). Bei Proteinen, die in der Membran verbleiben, sorgen topogene Signale innerhalb der Aminosäuresequenz für eine korrekte Einlagerung in die Membran (Membranproteine). Die Ribosomen zerfallen nach der Proteinsynthese wieder in ihre Untereinheiten. Kerntransport von Proteinen, Palade (G.E.), Proteintransport.
K.G./S.Kl.
![](javascript:ShowPic("/lexika/images/bio/fff2356.jpg", "537", "316");)
Exportproteinsynthese
Translokation von Proteinen durch die Membran des endoplasmatischen Reticulums bei der Exportproteinsynthese
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.