Biologie (Subject) / Pflanzen Entwicklung (Lesson)

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• Caperone Proteine die neu synthetisierten Proteinen helfen sich korrekt zu falten C. interargieren spezifisch mir aggregationsanfälligen Proteinen und verhindern so andere Aggregationsreaktionen C. beschleunigen die korrekte Faltung und Assoziation der Proteine (ohne selbst Teil der Struktur zu werden Falten Aminosäureketten nach dem herausschleußen durch die Zellmembran zu Funktionsfähigen Proteinen
• Chaperone Klasse I verhindern frühzeitige und automatische Proteinfaltung -> HSP70: nur ungefaltete Proteine können in andere Kompartimente transportiert werden -> binden an Hydrophobe Aminosäurereste und verhindern dadurch ihre Aggregation
• Chaperone Klasse II Hsp60 Falten Proteine richtig -> dafür wird ATP benötigt
• Proteinfaltung am ER Signalsequenz auf mRNA kodiert (20-30 AS) ->auf Protein übertragen ->an Signalsequenz kann SRP (signal recognition particle) binden ->SRP bindet an einem Rezeptor in der ER-Membran ->sobald Ribosomen am ER angedockt ist, löst sich das SRP und die Synthese des Proteins in das ER beginnt ----> Signalsequenz wird von Peptidase abgeschnitten -> Protein verkürzt -N- Terminus vor Signalsequenz mind.~50 AS lang -> genügend Platz, damit SRP binden kann
• Chaperonine (HSP 60) Bestandteile des Chaperonmechanismus helfen neusynthetisierten Proteinen  bei der Faltung in sekundärstruktur
• HSP 70 evtl. Schlüsselrolle bei der Induktion der zellulären Immunantwort zwei Isoformen eine konstituiv expremierte Form  (Hsc 70)und eine stress- induzierbare Form (Hsp70).
• Proteinfaltng im Cytoplsma Erfolgt co-translational, außer bei späterem Transport in andere Organellen zwei Klassen: Klasse I: Hsp 70 Familie KlasseII: Chaperonine
• Lebenszyklus eines Proteins DNA -> Transkription -> Prä mRNA -> Prozzessiereung -> mRNA -> Translation -> Protein -> Reifung -> Proteinfaltung, -lokalisation, -assemblierung-> Biologische Funktion des Proteins -> Abbau
• Proteinmodifikation nach der Synthese Abspatung des Start- Methionin Abspaltung von Signalsequenzen Glykosielierung oder Anheftung anderer Verbindungen cis/trans- Isomerisierung von X- Pro- Bindungen Bildung von Disulfiedbrücken Proteinfaltung
• Bildung von Disulfidbrücken (Proteinmodifikation) Oft bilden sich im ER spontan Disulfidbrücken die aber nicht richtig sind und deshalb korrigiert werden müssen. Die Protein-Disulfid- Isomerase (PDI) katalysiert die Spaltung und neubildung von Disulfidbrücken.
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• Proteinfaltung Primärstruktur: linerare Polypeptidkette Sekundärstruktur: α- Helix und β- Faltblatt Tertiärstruktur: dreidimensionale Anordnung aller Bereiche und Strukturen einer Polypeptidkette Quartärstruktur: Bilden mehrere Proteine durch Zusammenlagerung einen Proteinkomplex
• Chaperone erleichtern: Proteinfaltung Proteinassemblierung Subzellulären Transport in Organellen Proteinabbau
• Proteinabbau Entsorgung abnormaler Proteine Regulation von Enzymaktivität An-/ Abschalten einer Signalkette Nutzung von Speicherproteinen
• Proteinabbau über Ubiquitinierung 3 Klassen von Enzymen- akrivierend; E2- konjugierend; E3- ligierend ( sehr Substratspezifisch) E1 bindet an Ubiquitin über eine Thiobrücke -> E1 muss Cystein enthalten Übergabe von Ubiquintin von E1 zu E2 Bindung von E3am Zielprotein -> E2+ Ubiquitin als Cofaktor benötigt Übertragung von Ubiquitin an das Zielprotein => Markiert das im Proteasom abzubauende Protein
• Proteinabbau im Proteasom Erkennt nur Ubiquinierte Proteine. Proteasen innerhalb des Proteasoms zerlegen das markierte Protein in kleine Fragmente. Entfaltung und Spaltung des Protein/Ubiquintin Komplexes Abbau des Zielproteins und Dissozialisation des Proteasoms
• PEST- Sequenz: Erkennungssequenz ( reich an Prolin, Glutamat, Serin und Threonin) signalisieren Proteinabbau
• Subzelluläre Lokalisation: Proteinsortierung nach der Proteinsynthese im Cytosol Nach der Proteinsynthese am ER
• Proteinsortierung durch Siganlsequenzen Signalpeptid dirigiert dasProtein an das ER und damit in den sekretorischen Weg dirigieren Proteine in das richtige Kompartiment vakuoläre Invertaseträgteine Signalsequenzam N-Terminus, die den Sekretionsweg definiert (SP), und ein Vakuolen- Sortiersignal (VSS) am C-Terminus
• Sekretorischer Vesikeltransport alle Proteine werden vom ER in Vesikel verpackt und zum Golgi- Apparattransportiert dort Selektion und Adressierung ER-Proteine haben die Sequenz KDEL am C-Terminus-> werden zurück Transportiert
• Vorläuferproteine V. wird in das ER synthetisiert; die Signalsequenz wird dabei Abgespalten V. wird zum Golgi und von dort in den Apoplasten transportiert. Im Golgi kann das Vorläuferprotein modifierziert werden. V wird im Apoplasten durch Proteasen gespalten wodurch das aktive Peptid entsteht.
• Glykoproteine Bindung von Kohlenhydraten an Proteine Viele Membranproteine sind Glykoproteine Kohlenhydrate können überSeitenketten von Asparagin (N- Bindung), Serin oder Threonin (O-Bindung) an Proteine binden Glykosylierung kann im ER oder im Golgi stattfinden Rezeptoren, die an der Plasmamembran vorkommen, sind häufig glykosyliert, z.B. Peptidrezeptoren
• Kernimport Das Protein bindet an ein Hetereotimer aus Importin -α und Importin -β und an GTP.Die Bindung an die Pore erfolgt über Importin -β. Die Transaktion erfordert die Spaltung von GTP über das kleinere Ran- Protein (eine GTPase)
• Regulation des Kernimports durch externe Faktoren oder durch Hormone TRP= Transkriptions- regulatorisches Protein= Transkriptionsfaktor NLS= Kernlokalisationssignal= nuclear localization signal TRP-anchor= TRP- Anker
• COP1 ist eine E3 Ligase COP1 bewirkt den ständigen Abbau der Transkriptionsfaktoren, die DE-Etiolierung bewirkt In der cop1 Mutante bleiben die TFs stabil und die Gene, die DE-Etiolierung bewirken, werden ständig abgelesen.
• Membrantransport in Pflanzenzelle (6) Aufbau des Tugors Aufnahme von Nährstoffe Exkretion von toxischen Produkten Verteilung von Metaboliten innerhalb der Zelle Energieübertragung Signalübertragung
• Membranpotential = Unterschied im elektrischen Potential zweier wäsriger Lösungen, die durch eine Membran getrennt sind M. kommt durch eine ungleiche Ionenverteilung zustande die meisten Proteine sind bei einem pH-Wert von 7,5 im Cytoplasma negativ geladen ( immobile Ladungen) Die Konzentration an K+ Ionen (mobile Ladungen) ist im Cytoplasma größer (ca. 100mM) als im Apoplasten mobile Ladung gleich immobile Ladung zum Teil aus =Donnan Gleichgewicht
• Donnan Gleichgewicht bei pH 7,5 sind die meisten Proteine negativ geladen Können keine Membran durchqueren Auswirkung aus osmotischem+ elektrischem Potential K+ ist mobil und stellt Gleichewicht einigermaßen wieder her
• Carrier nutzen die freiwerdene Energie, wenn H+ entlang seines Konzentrationsgradienten wandert. Ionengekoppelte Carrier sind pflanzenspezifisch Sie kommen als Symporter vor, wenn sie den Stoff in die gleiche Richtung transportieren oder als Antiporter, wenn ein Austausch stattfinden
• Primärsequenz Jede AS-seitenkette hat eine hydrophile/hydrophobe Eigenschaft Wasserlöslichkeit der hydrophilsten AS (Arginin) beträgt 4,5; hydrophobsten AS (Isoleuzin) beträgt -4,5 Um festzustellen welche Hydrophathie in einem Proteinabschnitt vorliegt, kann ein Computerprogramm verwendet werden, das die durchschnittliche Hydropathie aus den Werten der einzelnen AS ermittelt.
• Hydropahtie Analyse Kyte-Doolittle-Plot durchschnittlicher Hydropathie-Index von <-1,6 über eine Sequenz von 19 AS
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• Aktivierung der H+ Pumpe (P-Typ ATPase) in der Plasmamembran Das C-Terminale ende der H+ -ATPase blockiert ihre Aktivität -> Autoinhibition Eine Kinasephosphoryliert einen Serinrest am C-Terminalen Ende. Ein 14-3-3 Protein kann an die phosphorilierte Domäne binden und dadurch eine Konformationsänderung herbeiführen, die zur Aktivierung der H+-ATPase führt
• H+Pumpen- Typen F-Typ ATPase P-Typ ATPase V-Typ ATPase PPi H+-Pumpe
• V-Typ ATPase kommt am Tonoplast vor Sie besteht aus einer löslichen V1 Untereinheit und einer membrangebundenen V0 Untereinheit. können aber nur ATP spalten und nicht bilden Transportiert 2 H+ pro ATP
• PPi-H+-Pumpe kommt nur bei Pflanzen und dort nur am Tonoplast vor Nutzt die Energie der PPi-Spaltung für den H+-Transport
• weitere Möglichkeiten die Funktion einen Proteins zu ermitteln homologe Proteine finden Lokalisation über Promotor GUS- Funktion (Glucoronidase)-->Reportergen--->nachvollziehen der Produktivität
• F-Typ ATPase ATP-Synthase "pumpt" nicht -> reverse Funktion -> theoretisch auch als Pumpe einsetzbar
• P-Typ ATPase nicht umlenkbar Plasmamembrangebunden Besteht nur aus einer Polypeptidkette leicht saures Optimum -> bei übersäuerung der Pflanze, pumpt die ATPase stärker -> pumpt Protonen nach außen
• CA2+ -ATPasen Ca2+--> Signalüberträger ( stellt Entspannungszustand in der Zelle wieder her) Vorkommen: Plasmamembran, ER, Plastiden, Tonoplast --->Aktivierung über Ca2+ vakuläre Ca2+- ATPase --> ebenfalls über Ca2+ aktiviert --> autokatalytisch ==> erleichtert Transport als Ca2+ /H+- Antiporter
• ABC Transporter ATP-Binding- Casette (ABC) Transport von sek. Pflanzenstoffen in die Vakuole ATP-Verbrauch breite Substratspezifität Charekteristische Domänenstruktur --> CAM-Pflanzen
• Ionenkanäle entlang eines Gradienten Kanalproteine erfahrenwährend des Transports KEINE Konformationsänderung Regulation über Spannung oder Ligandenbindung ubiquitär
• spezifische Ionenkanäle K+- Kanäle Ca2+- Kanäle
• unspezifische Ionenkanäle monovalente Kationen-Kanäle Anionenkanäle --> Regulation des Turgors --> Stomata Bewegungen, Blattbewegung (Mimose)
• Aquaporine 20-30 KDa zahlreich funktioneller Nachweis über ektopische Expression in Frosch-oocyten (haben keine Porine) gewähren schnellen Wassertransport Kontrole des Transports Diffusion  nicht limitierender Faktor Vorkommen: Wurzelhaare; Wachstumszonen; Stomata (Turgoränderungen)
• Ionenkanäle/ Carrier/ Pumpen Ionenkanäle: positiv mit Gradienten Carrier: nutzen freiwerdende Energie, wenn Natrium oder Protonen entlang des Gradienten wandern (Symporter/ Antiporter) Pumpen: aktiv mit Energieaufwand (ATP) entgegen des Gradienten
• Regulation von Kanälen Dieser K+ Kanal hat zwei Porenbereiche Die EF hand Motive sind hochaffine Ca2+ Bindestellen
• Ionenkanäle werden in Antwort auf externe Signale reguliert Aktivierung des Anionenkanals Öffnung eines spannungsabhänigen Ca2+- Kanals  Feedback- Regulation des Anionenkanals durch Ca2+
• Entstehung einer neuen Zellwand am Phragmoplast Fusion mit sekretorischen Golgivesikeln die über Mikrotubuli zur Zellplatte gelangen Zellwandmaterial wird herantransportiert Löcher bilden später Plasmodesmata
• Säurewachstum Auxin und andere Hormone aktivieren die H+- Pumpe in der Plasmamembran Niedriger pH-Wert im Apoplast aktiviert Proteine, die tragende Bindungen zwischen den Cellulose- Mikrofibrillen und Hemizellulosen hydrolysieren Dadurch lockert sich die Zellwand. Die Zelle kann Wasser aufnehmen und dehnt sich aus
• Wuschelgen Ausfall führt zu defektem Sprossmeristem
• Zellteilung Zellwand entsteht bereits bei Kernteilung --> nicht durch Einschnürung Wachstum auf Zellen mit primärer Zellwand beschränkt--> sek. Zellwand stark kovalent gebunden Form der Zelle durch Funktion beschränkt

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