Membranphysiologie Fragen

[klauba]

Hi

ich habe ein paar grundlegende Fragen zur Membranphysiologie und bin leider nicht so der Crack.

Bei der vereinfachten Nernst Gleichung: Gibt es einen Anhaltspunkt, wann man -61 und +61 wählt?

Ich habe aufgeschnappt, dass bei extrazellullärer Reizung "Erregung" unter der Kathode entsteht.
Das Wort Erregung ist ein bisschen widersprüchlich. Kann man das einfach herleiten, da die Messelektrode innen und die Referenzelektrode außen steckt?
So war das nämlich bei uns angegeben.

Bei den gängigen Aufgaben , wie "Kationen selektive Membran, zwei Kammern CalciumChlorid mit Konzentrationen 0,1 und 0,01 mmol/l": Woher weiß man da welche Form der Nernst Gleichung man wählt? Also außen/innen oder innen/außen?
Außen oder innen ist ja nicht angegeben.

Danke euch schon mal.
VG

 

[cigouri]

Deine Frage ist irgendwie etwas schwierig zu verstehen. Welche Form der Nernst-Gleichung verwendet ihr denn? Es gibt verschiedene Formen der Nernst Gleichung. In der Membranphysiologie ist es meistens die Form: E = RT/F * ln(a/i)

z. B. zur Berechnung des Gleichgewichtspotentials von K+:

E[K+] = RT/F * ln[K+außen/K+innen] bzw. E[K+] = -RT/F * ln [K+innen/K+außen]

Dabei brauchst du eigentlich nur die Gleichgewichtskonzentrationen von K+ Ionen auf der extrazellulären Seite (Außen) und der intrazellulären Seite (innen), R ist die ideale Gaskonstante, T die Temperatur in Kelvin (meistens nimmt man 20° C = 293 K), F = Faraday Konstante. Das kann mit jedem Ion so machen, sofern man die Gleichgewichtskonzentrationen Außen und Innen kennt und die sollten eigentlich auch angegeben sein, wenn man z. B. bei einer Klausuraufgabe eine Modellrechung machen soll.

Sehr schwer zu verstehen ist deine Frage "...wann man -61 und +61 wählt?" ....Mir ist nicht klar was genau du damit meinst (???). Da die Nernst Gleichung einen natürlichen Logarithmus enthält (ln) und für alle Logarithmen gilt: log (a) = -log(1/a) kann man anstelle von "RT/F * ln(a/i)" natürlich auch schreiben "- RT/F * ln (i/a)". (a bzw. i = Konzentration des fraglichen Ions außen bzw. innen).

Schreib doch einfach mal etwas detaillierter, was du ganz konkret ausrechnen möchtest, dann kann ich dir auch gezielt helfen.

 

[klauba]

Erstmal Danke, dass du dich der Sache annimmst.
Wir arbeiten mit der vereinfachten Form: -61 oder +61 mal log(...).

Die Konzentrationen von außen und innen sind gar nicht angegeben ,sondern man muss selbst bestimmen, was außen und innen ist. Gerade das finde ich auch so komisch.
Eine Frage wäre zB.: Zwei reine CaCl2 Lösungen mit Konzentrationen 0,1 und 0,01mmol/l , Kationen selektive Membran. Wie groß ist Potential an der Membran bei einer Lösungstemperatur von 20 Grad.

Wählt man hier dann einfach 0,1 außen und 0,01 innen. Da mann den Logarithmus 0,1/0,01 am einfachsten berechnen kann? Taschenrechner sind verboten.
Der Einbezug der Temperatur ist mir einigermaßen klar, nur warum muss man hier die Wertigkeit 2 für Chlorid miteinbeziehen, wenn die Membran für Kationen ,also Calcium, permeabel ist?


Noch was: Das Aktionspotential folgt ja dem Alles oder NIchts Prinzip. Ich dachte, dass bezog sich vorallem auf die Schwelle. Kann sich die Amplitude eines AP erhöhen (z.B. durch medikamentöse Manipulation, dass mehr Na einfließt) ? Ich dachte immer Amplitude sei der "Ausschlag" nach oben.

 

[cigouri]

Zehnerlogarithmen kann man auch ohne TR berechnen: 10 hoch 0 = 1, 10 hoch 1 = 10, 10 hoch 2 = 100, 10 hoch minus 1= 0,1, 10 hoch minus 2 = 0,01 usw. Der dekadische Log von 0,1/0,01 = log (10^-1/10^-2) = log (10) = 1. Du müsstest dir noch mal die Rechengesetze für logarithmen ansehen und wie man Brüche günstig ausrechnet. Also die Potenzgesetze für Brüche mit gleichen Basen in Zähler und Nenner aber verschiedenen Exponenten. 0,1 ist z. B. 10^-1 und 0,01 = 10^-2 ---> 10^-1/10^-2 = 10^-1-(-2) =10^-1+2 = 10^1 = 10. Bei Membranen kannst du zudem immer davon ausgehen, dass die Na+ Konzentration intrazellulär niedrig und außen hoch ist, bei Cl- Ionen ist das genauso, bei K+ ist die Konz. innen hoch und außen niedrig und bei Ca2+ ist ebenfalls die intrazelluläre Konz. innen niedriger als außen (mit Ausnahme vom Lumen des Endoplasmatischen Retikulums (im ER ist die Konz. von Ca2+ höher als im Cytoplasma). Man kann mit verschiedenen Wirkstoffen (z. B. Conotoxine) aber auch durch Veränderung der Ionenverteilung zwischen Intrazellulär und Extrazellulär die 'Form' von APs verändern. Im 'Normalfall' haben APs jedoch alle die selbe 'Gestalt', aber man kann sowohl den Verlauf von APs als auch deren Amplitude durch Wirkstoffe verändern. Welche Form der Nernst-Gleichung verwendet ihr denn? Es gibt verschiedene Formen dieser Gleichung, Biologen verwenden i. A. eine etwas andere Form der Gleichung als Elektrochemiker.

 

[klauba]

Zehnerlogarithmen kann man auch ohne TR berechnen: 10 hoch 0 = 1, 10 hoch 1 = 10, 10 hoch 2 = 100, 10 hoch minus 1= 0,1, 10 hoch minus 2 = 0,01 usw. Der dekadische Log von 0,1/0,01 = log (10^-1/10^-2) = log (10) = 1. Du müsstest dir noch mal die Rechengesetze für logarithmen ansehen und wie man Brüche günstig ausrechnet. Also die Potenzgesetze für Brüche mit gleichen Basen in Zähler und Nenner aber verschiedenen Exponenten. 0,1 ist z. B. 10^-1 und 0,01 = 10^-2 ---> 10^-1/10^-2 = 10^-1-(-2) =10^-1+2 = 10^1 = 10. Bei Membranen kannst du zudem immer davon ausgehen, dass die Na+ Konzentration intrazellulär niedrig und außen hoch ist, bei Cl- Ionen ist das genauso, bei K+ ist die Konz. innen hoch und außen niedrig und bei Ca2+ ist ebenfalls die intrazelluläre Konz. innen niedriger als außen (mit Ausnahme vom Lumen des Endoplasmatischen Retikulums (im ER ist die Konz. von Ca2+ höher als im Cytoplasma). Man kann mit verschiedenen Wirkstoffen (z. B. Conotoxine) aber auch durch Veränderung der Ionenverteilung zwischen Intrazellulär und Extrazellulär die 'Form' von APs verändern. Im 'Normalfall' haben APs jedoch alle die selbe 'Gestalt', aber man kann sowohl den Verlauf von APs als auch deren Amplitude durch Wirkstoffe verändern. Welche Form der Nernst-Gleichung verwendet ihr denn? Es gibt verschiedene Formen dieser Gleichung, Biologen verwenden i. A. eine etwas andere Form der Gleichung als Elektrochemiker.

ja, die Berechnung der logarithmen und, dass das 1 rauskommt ist mir klar. Nur warum wird 0,1/0,01 gesetzt? Ohne Angabe von innen und außen? Einfach ",damit mans einfacher rechnen kann"? Klingt vllt jetzt doof ,aber das könnte wirklich der Grund sein.

Die Verteilung der Ionen ist klar. Nur warum muss man bei einer Kationen selektiven Membran denn die 2-Wertigkeit der Anionen in die Formel einpreisen?

die vereinfachte Formel, die wir bei Körpertemperatur verwenden ist: -61mv/Ladungszahl des Ions * log (innen/außen)
bzw:
61/Ladungszahl d Ions * log (außen/innen)

In der Musterlösung wurde jetzt der zweite Weg verwendet. Wenn man annimmt, dass es innen/außen wäre, käme ja ein negatives Ergebnis raus.
Was man auch wieder rechtfertigen könnte, da man es von der anderen Membranseite aus betrachtet?

 

[cigouri]

Das ist die 'Grundform' der Nernst-Gleichung, wie man sie zur Berechnung des Membranpotentials verwendet. R - Ideale Gaskonstante, T = Temperatur in Kelvin, Z - Ladungszahl des Ions, c(Ai) - Ionenkonzentration Innen, c(Aa) - Ionenkonzentration Außen.

Man kann diese auch in eine Form umwandeln, in der der natürliche Log durch einen dekadischen Log ersetzt ist: Für Na+ oder K+ mit Ladungszahl 1+ würde sich dann zum Beispiel: ergeben.

Wenn du aber das GG-Potential von Ca2+ Ionen oder Mg2+ Ionen berechnen möchtest, musst du das Ganze nochmal durch 2 teilen, weil ja in dem Bruch der 'Grundform' der Nernst-Gleichung steht: -RT/ZF, wobei Z die Ladungszahl des Ions ist.. Dass da -59,1 mV anstelle von -61 mV steht, hängt wohl mit der Temperatur zusammen (ihr verwendet 20°C, meistens nimmt man 25°C). An eurer Formel ist also nichts auszusetzen. Bei CaCl2 ist die Ladung des Kations 2+ (Ca2+ Ionen) und die des Anions -1 (Cl- Ionen). Calciumchlorid dissoziiert ja in wässriger Lösung so:

CaCl2 ---> Ca2+ (aq) + 2 Cl-(aq)

Bei Membranpotentialen misst man immer so, dass man die Ladung im Zellinneren mit der Ladung im Zellaußenraum vergleicht. Das ist per Konvention so festgelegt. Wenn das RP also also zwischen -70 und -80 mV angegeben wird, bedeutet dies, dass das Zellinnere im Vergleich zum Zelläußeren negativ geladen ist.

 

[cigouri]

Ach so "Erregung"...Darunter versteht man in der Neurophysiologie die Entstehung eines weitergeleiteten Aktionspotentials. Sobald am Axonhügel z. B. durch ein EPSP das Membranpotential bis zum kritischen Schwellenwert von ca. -35 mV bis - 40 mV depolarisiert wurde, kann am Axonhügel ein weiter geleitetes AP erzeugt werden. Selbstverständlich kann man APs auch ohne EPSP (durch Synapsen) experimentell durch Reizelektroden erzeugen.

 

[klauba]

Erstmal : Frohes neues Jahr und Danke für die Hilfe.

Ich habe nochmal ein paar Fragen:


Berechnen Sie erwartete Potentialdifferenz zwischen linker (0,1 mmol/l) und rechter (0,01....) Kammer. Osmose.

Hier wird die Formel aufgrund Temperaturunterschied mit +59*log(außen/innen) angegeben.
Und in der Musterlösung wird rechts (außen) mit 0,01 gesetzt, sodass -59 rauskommt.

Wenn man andersrum wählt kommt natürlich 59 raus.Kann das an einer internen Annahme des Fachbereiches liegen, von dem ich nichts weiß?

zu Aktionspotentialen:
Eine längere Depolarisation führt ja zu einer AP Folge. Da die Na Kanäle weniger zur Verfügung stehen, wird die Amplitude des zweiten AP kleiner. Wird diese Amplitude kontinuierlich kleiner,also zB linear ,über alle APs die entstehen?

Und warum stehen überhaupt weniger Na Kanäle zur Verfügung? Sind diese noch mit der Depolarisation des Aufstriches beschäftigt? oder sind diese am Ende des ersten AP quasi nicht wieder erregbar?

Inaktivationstor und Aktivationstor des Na Kanals: Der Öffnungszustand des Aktivationstors ist mir über die AP Phasen klar, da er quasi dem Na Einstrom folgt. Aber das Inaktivationstor ist immer offen außer am Ende der Depol.
Welches Korrelat hat den das Inaktivationstor im Ionenfluss?
Es ist ja im Ruhepotential auf und da fließen doch so gut wie keine NA Ionen durch diesen Kanal?

 

[cigouri]

1. Wenn nur nach der "Potentialdifferenz" gefragt ist, erübrigt sich eigentlich das mit dem "Minus" oder "Plus", da dann nur der Ladungsunterschied zwischen den beiden Seiten der semipermeablen Membran gefragt wurde, Das "Plus" oder "Minus" bezeichnet nur, welche Seite im Vergleich mit der anderen negativ oder positiv ist. Wenn man die Polarität der Elektroden umkehren würde, käme der gleiche Betrag nur mit anderem Vorzeichen raus. Eigentlich ist der Zusatz "differenz" redundant, da ein "Potential" eigentlich immer schon eine "Ladungsdifferenz" bezeichnet).

2. Bei längeren "Salven" von APs beobachtet man eine kontinuierliche Abnahme der Amplitude, die jedoch irgendwann einmal plateauförmig wird, d.h. die Amplitudenhöhe wird mehr oder weniger konstant hoch, aber niedriger als bei den "ersten APs der Salve".

3.Weniger spannungsgesteuerte Na+ Kanäle stehen wegen der Refraktärzeit der Na* Kanäle zur Verfügung. Im Gegensatz zu den spannungsgesteuerten K+ Kanälen haben spannungsgesteuerte Na+ Kanäle zwei "Tore"bzw. "Gates", ein "Inaktivierungstor" und ein "Aktivierungstor". Im Ruhezustand ist das "Inaktivierungstor" des Kanals geöffnet, dass "Aktivierungstor" aber geschlossen (man bezeichnet diesen Zustand des spannungsgesteuerten Na+ Kanals als "geschlossen/aktivierbar") Bei Depolarisation über den Schwellenwert öffnet sich das "Aktivierungstor" des Kanals und es kommt zum massiven Influx von Na+ Ionen ("Aufstrich" des AP). Diesen Zustand des spannungsgesteuerten Na+ Kanals bezeichnet man als "geöffnet" bzw. "aktiviert". Nach ca. 0,5 bis 1 ms schließt sich dann das "Inaktivierungstor". Der Na+ Influx kommt zum Erliegen. Diesen Zustand des Na+ Kanals bezeichnet man als "geschlossen/nicht aktivierbar". Etwa gleichzeitig öffnen sich dann die spannungsgesteuerten K+ Kanäle und es kommt wegen dem chemischen Potential des K+ zu einem massiven K+ Efflux, welcher eine rasche Repolarisation der Membran bewirkt. Die Refraktärzeit (also die Zeit von ca. 1 -1,5 ms nach einem AP in der kein weiteres AP erzeugt werden kann) hängt damit zusammen, dass es ca. 1,5 ms braucht damit der spannungsgesteurte Na+ Kanal wieder die Konformation des Ruhezustands annimmt - also vom Zustand "geschlossen/nicht aktivierbar in den Zustand "geschlossen/aktivierbar". zurückkehrt (im Bild also die Zeit, die benötigt wird, damit der Kanal wieder vom Zustand rechts im Bild zum Ausgangszustand (Ruhezustand) links im Bild zurückkehrt. Schau dir mal dieses Bild an. Wie du siehst ist ein Na+ Durchstrom ausschließlich dann möglich, wenn sowohl "Inaktivierungstor" als auch "Aktivierungstor" geöffnet sind. Eigentlich relativ leicht. Bei Klausuren solltest du übrigens immer "spannungsgesteuerter" Kanal schreiben, wenn es sich um einen solchen Kanal handelt. Ihr werdet später auch noch andere Ionenkanäle durchnehmen, die sich nicht auf eine Veränderung der elektrischen Ladung bzw. "Spannung" hin öffnen, sondern nach Bindung eines Botenstoff-Moleküls (Neurotransmitter) und die man als "Ligandengesteuerte Ionenkanäle" bezeichnet, darüber hinaus gibt es auch noch Ionenkanäle (z,B, bei Rezeptorzellen im Ohr und Innenohr), die ihren Öffnungszustand verändern, wenn sie mechanischen Kräften ausgesetzt waren (K+ Kanäle mit "tip links" im Innenohr).

 

[cigouri]

Ach so, dir ebenfalls ein hoffentlich diesmal super-tolles, schönes Neues Jahr Ich hoffe das hat etwas geholfen. Du musst dir für Klausuren eigentlich nur die Entstehung des RP und den Ablauf von AP sehr genau einprägen und darauf achten, dass du die neurophysiologischen Prozesse möglichst "in Reihenfolge" und unter Verwendung wissenschaftlicher Fachtermini erklärst. Rechenaufgaben dürften wohl auch nicht allzu schwer sein, ich glaube da braucht es nur die einfachen Logarithmus und ein bisschen Potenzgesetze für Potenzen mit gleichen Basen (bei dekadischen Logs wäre die Basis also immer 10). Das kannst du doch, wie ich sehe. Einfach nochmal alles repetieren und sich genau einprägen. Ich denke nicht, dass du wirklich massive Probleme bei einer Klausur haben würdest. LG Wolfgang

 

[cigouri]

Diese Bilder zeigen natürlich nur sehr grobe Modellvorstellungen bzgl. der Öffnungszustände von spannungsgesteuerten Na+ Ionenkanälen (Voltage gate sodium channels). Das Bild oben nennt man übrigens das "Ball-at-chain-model". Da ich nicht weiß, ob du noch aufs Gymnasium gehst, oder u. U. eine biomedizinische Wissenschaft studierst hier noch ein link. Es ist ein sehr spezielles Research-Paper aus der Proteinbiochemie. Auch für mich als Diplombiologen nicht leicht zu lesen und zu verstehen. Ich schicke dir den Link hauptsächlich deswegen, weil da im Anhang an den Forschungsbericht und die Ergebnisse mehrere anschauliche und ganz nett zu sehende 'Animationen' drin sind (ganz am Ende der Publikation unter "Movies" "Movie 1 bis Movie 5), die zeigen wie sich der spannungsgesteuerte Na+ Kanal bei seinen Konformationswechseln "verhält". Das ganze ist (natürlich computergeneriert) auf einem sehr hohen Auflösungsvermögen nahe der sogenannten 'atomistischen Grenze' gezeigt. Ich hoffe du kennst dich etwas in der Darstellung von Proteinen bei dieser "Nahe am Atomistischen"-Vergrößerung aus. Diese gedrehten Bänder sollen alpha-Helices darstellen und beta-Faltblätter werden als parallele Bändr dargestellt. Man nennt diese Darstellung auch "Ribbon-Diagram" (ribbon = Band). Wenn man Proteinmoleküle auf der "atomistischen Ebene" - also jedes einzelne Aminosäuremolekül mit all seinen Atomen - darstellen würde wäre es zu kompliziert und der Betrachter erkennt dann nur einen 'Wirrwarr'. Deshalb reduziert man Proteinmoleküle bei ihrer graphischen Darstelung meistens auf "Bänder", die den Verlauf der Polypeptidketten grob darstellen sollen.

http://agri.ckcest.cn/ass/NK007-20170220002.pdf

 

[cigouri]

Wie du siehst ist der spannungsgesteuerte Na+ Kanal sehr komplex aufgebaut. Er besteht aus 4 ähnlichen (aber nicht identischen) Untereinheiten. Jede Untereinheit ist ein Transmembranprotein mit 6 Transmembranen Alpha-Helices. Diese Untereinheiten bilden den eigentlichen spannungsgesteuerten Na+ Kanal (also ein Heterotetramer). Die Alpha-Helices weisen zudem bestimmte typische 'Ladungsmuster' auf, die durch entsprechende saure oder basische Aminosäurereste zustandekommen und sich je nach der elektrischen Ladung der Umgebung ändern kann. Weder für Bio-LK, noch für ein normales Biologie oder Medizin oder anderes Biomedizinisches Studium oder eine Ausbildung zum/zur BTA, MTA, PTA braucht man das aber so genau, wie in der Veröffentlichung. Diese Veröffentlichung ist wirklich eher für ausgesprochene Spezialisten.

 

[cigouri]

Sorry, hatte falsch gekuckt. Dieser in dem link beschriebene spannungsgesteuerte Na+ Ionenkanal (er stammt übrigens aus einem Insekt, der "Amerikanischen Schabe" oder "Periplaneta americana") besteht aus einer einzigen Polypeptidkette und NICHT, wie ich zuerst geschrieben hatte, aus vier separaten Protein-Untereinheiten (also KEIN Heterotetramer)!

Diese Polypeptid- bzw. Proteinkette ist in 4 sogenannte 'Domänen' unterteilt, jede dieser vier Domänen besteht aus 6 Transmembran-alpha-Helices.

Domänen sind strukturell und oft auch funktionell unterscheidbare 'Bereiche' eines Proteinmoleküls. Da Proteine gigantisch große Moleküle sind, haben viele Proteine diese sogenannten 'Domänen' -z. B. auch die meisten Enzyme.

Falls Du dir die Bilder und movies in dem link ansiehst....Abb. 1 A (Fig. 1 A) zeigt ein sehr stark vereinfachtes Modell dieses Ionenkanals. Wie er strukturell etwas genauer aussieht, erkennst du in Fig. 1 B und D. In Fig. 1 A sind alpha-Helices als Zylinder dargestellt, wie du siehst gibt es in ein paar der vier Domänen auch noch andere alpha-Helices, die aber kurz und nicht transmembran sind.

 

[klauba]

Danke. Ich schau mir morgen nochmal den Na Kanal an. Jetzt habe ich noch ein anderes Thema, für welches ich kein speziellen Thread erstellen will.
Es geht um Transmembranproteine und deren Herstellung am ER. Ich dachte immer sekretierte Proteine, Proteine fürs Lysosom und Membranproteine werden im ER hergestellt und am Golgi verteilt (vereinfacht gesprochen). Bei den lysosomalen Proteinen handelt es sich doch um saure Hydrolasen und den M6P Weg?
Sind mit Membranproteinen, die am ER hergestellt werden auch Transmembranproteine gemeint?

Ich weiß, dass Transmembranproteine über die 2. hydrophobe Aminosäure in die Membran verankert werden. Nur handelt es sich dabei um die Membran des ER ! oder die Zellmembran?
Ich dachte, dass die Proteine in das ER lumen hineintranslatiert werden . Nur wie kommen diese Proteine an die Zellmembran und werden dort eingebaut? Müssten hierfür dann noch GPI Anker an das Protein angeheftet werden?

 

[cigouri]

1. Ja, die meisten lysosomalen Proteine sind saure Hydrolasen. Sie gelangen via M6P-Weg in das Lumen von Lysosomen.

2. Mit Membranproteinen, die am ER hergestellt werden, dürften wohl alle Transmembranproteine, aber auch membranverankerte bzw membranassoziierte Poteine gemeint sein.

3. Zu deiner Frage "Ich weiß, dass Transmembranproteine über die 2. hydrophobe Aminosäure in die Membran verankert werden. Nur handelt es sich dabei um die Membran des ER ! oder die Zellmembran?"

Hier weiß ich ehrlich gesagt nicht genau, was du meinst. Transmembranproteine 'stecken' eigentlich, wenn sie als fertige und funktionale Proteine in Membranen vorliegen, meistens über (meistens mehrere) alpha-Helices im Lipidbilayer 'drin'. Meinst du mit diesem 'Verankern über die 2. hydrophobe AS' eventuell den Vorgang der Insertion eines Transmembranproteins in die Membran? Das ist ein ziemlich komplexer Vorgang, bei dem meistens mehrere Bereiche von hydrophoben AS eine Rolle spielen. Es kann gut sein, dass dabei die 2. hydrophobe AS eine Rolle spielt. Meistens spielen bei der Insertion von Transmembranproteinen (und auch membranassoziierten Proteinen) mehrere Bereiche von hydrophoben As eine Rolle:
1. N-terminale Peptidsequenzen, das sind Anhäufungen (cluster) von 6 - 10 hydrophoben AS am N-Terminus, diese Sequenz, verbleibt manchmal in der Membran und wird abgespalten.
2. Hydrophobe 'start/stop-Transfer-Sequenzen'



Dabei können auch mehrere transmembrane 'Durchgänge' (meist sind das alpha-helikale Strukturen) geschaffen werden.

https://www.zoology.ubc.ca/~berger/B200sample/unit_8_protein_processing/images_unit8/14_16.jpg

4. Deine Frage: "Nur handelt es sich dabei um die Membran des ER ! oder die Zellmembran?" Die Membran des ER steht im Rahmen des cytologisch grundlegenden Vorgangs des Membranflusses über die die sogenannte 'cis'-Seite des "Tans-Golgi-Netzwerks" (trans golgi network) und sämtliche Dictyosomen einer Zelle (die Gesamtheit aller Dictyosomen einer Zelle bezeichnet man als Golgi-Apparat) und von dort über die 'trans'-Seite des Golgi-Apparates sowohl mit der Zellmembran in Verbindung als auch mit Membranen lysosomaler Vesikel. Du solltest dir hierz noch einmal den Membranfluss ansehen, dann erübrigt sich deine Frage vollkommen.

5.
GPI anchor (Glycosylphosphatidylinositol-Anker, GPI ist eine Membranlipid, das man bei praktisch allen Eukaryotischen Zellen findet) befestigen Glycoproteine der Zelloberfläche an der Außenseite der Plasmamembran. Diese über GPI an die Membran quasi 'angeklebten' bzw. 'angehefteten' Glycoproteine sind extrazelluläre Proteine. Transmembranproteine hingegen sind sehr fest über (oft ausgedehnte) Bereiche transmembraner alpha-Helices in die Membran integriert. Das sind eigentlich zwei separate Dinge Transmembranproteine und GPI anchor.




Ja, am allerbesten nochmal Membranfluss genau ansehen (z. B. in 'Molekularbiologie der Zelle'). Im Web gibts auch ganz gute anschauliche Erklärungen.
LG

 

[klauba]

stark. Danke. Den Membranfluss schau ich mir noch mal genauer an.

Das Bild, das du unter 3. verlinktest, illustriert genau mein Problem. Hier sieht es ja so aus als würden "Transmembranproteine" in das ER hereintranslatiert und dann geschnitten durch die zweite hydrophobe Aminosequenz. Ich wusste, ehrlich gesagt, nicht, dass das ER Transmembranproteine aufweisten kann und was diese machen?

Ich dachte Transmembranproteine werden in die Zellmembran "nach außen" hin verbaut und mir war deswgen dieses von dir gebrachte Bild mit dem ER lumen und der Außenseite des ER nie wirklich klar.

Es sind noch Fragen zur Glykosylierung und Proteinmodifikation entstanden.

Ist eine M6P Markierung immer eine O-Glykosilierung? (Da sie im Golgi abläuft und zweitens den prozessualen Glnac-Schritt beinhaltet?

Lysosomale Enzyme ohne M6P Markierung (Golgi) gelangen ja in den Extrazellularraum, nicht ins Lysosom (I ZEll Erkrankung). Da Enzyme ja Proteine sind ergab sich für mich ein fundamentaler Widerspruch.
Es müssen ja Proteine ohne M6P Markierung existieren, die nicht alle in den Extrazellularraum kommen? Nicht alle sind ja für den Transport in das Lysosom vorgesehen ,sondern müssen in der Zelle ja noch andere Aufgaben verrichten?

 

[cigouri]

Oh ich sehe es schon ...Klausur...Ende Vorklinik...Biologie für Mediziner/Veterinäre oder Pharmazie, Ökotrophologie bzw. etwas anderes in der Art....

Nun, ob M6P Markierung IMMER eine o-Glycolysierung ist (???) weiß ich nicht genau.

Das Vorläufermolekül der sauren lysosomalen Hydrolase ist wohl bereits im ER voll 'glycosyliert' und trägt ein bzw. mehrere Mannosemoleküle , daraus kann man eventuell schließen, dass es schon während seiner Biosynthese im ER glycosyliert wurde. Auf der 'cis'-Seite des Trans-Golgi-Netzwerks erfolgt erst die Phosphorylierung der an die saure Hydrolase gebundenen Mannosereste.

Es könnte auch eine N-Glycolysierung sein. In der Veröffentlichung:
"
The Mechanistic Impact of N-Glycosylation on Stability, Pharmacokinetics, and Immunogenicity of Therapeutic Proteins - ScienceDirect

The Mechanistic Impact of N-Glycosylation on Stability, Pharmacokinetics, and Immunogenicity of Therapeutic Proteins / Qun Zhou, Huawei Qiu​

The Mechanistic Impact of N-Glycosylation on Stability, Pharmacokinetics, and Immunogenicity of Therapeutic Proteins

N-glycosylation is one of major post-translational modifications in nature, and it is essential for protein structure and function. As hydrophilic moi…

www.sciencedirect.com

steht jedenfalls:
"I
The Mechanistic Impact of N-Glycosylation on Stability, Pharmacokinetics, and Immunogenicity of Therapeutic Proteins - ScienceDirect
N-glycosylation is one of major post-translational modifications in nature, and it is essential for protein structure and function. As hydrophilic moieties of glycoproteins, N-glycans play important roles in protein stability. They protect the proteins against proteolytic degradation, aggregation, and thermal denaturation through maintaining optimal conformations. There are extensive evidences showing the involvement of N-glycans in the pharmacodynamics and pharmacokinetics of recombinant therapeutic proteins and antibodies. Highly sialylated complex-type glycans enable the longer serum half-lives of proteins against uptake through hepatic asialoglycoprotein receptor and mannose receptor for degradation in lysosomes. Moreover, the presence of nonhuman glycans results in clearance through pre-existing antibodies from serum and induces IgE-mediated anaphylaxis. N-glycans also facilitate or reduce the adverse immune responses of the proteins through interacting with multiple glycan-binding proteins, including those specific for mannose or mannose 6-phosphate. Due to the glycan impacts, a few therapeutic proteins were glycoengineered to improve the pharmacokinetics and stability. Thus, N-glycosylation should be extensively investigated and optimized for each individual protein for better efficacy and safety..."

In der Veröffentlichung geht es zwar primär um Immunoglobuline (die tragen auch Mannosereste, die Teilweise phosphoryliert sind), aber ich denke, man kann allgemein eher nicht sagen, dass im Golgi IMMEr eine o-Glycosylierung stattfindet.

In den Lehrbüchern steht zwar meistens "o-Glycosylation findet MEISTENS in Golgi-Vesikeln statt", aber das heißt nicht, dass da nicht auch noch N-Gycosylierung vorkommen kann. Bei Immunoglobulinen findet immer eine N-Glycosylierung statt und zwar ebenfalls in ER und Trans-Golgi-Netzwerk.

Ob die M6P Markierung also IMMER eine o-Glycosylierung ist ???? Ich weiß es ehrlich gesagt nicht. Lieber noch mal selbst schlau machen oder Kommilitonen und/oder Dozent fragen.

Falls es um Klausurfragen geht, solltest du nochmal genau. nachlesen was in eurem Skriptum steht...

...was da steht sollte stimmen (im Zweifelsfall ist das, was im Skript steht immer die richtige Antwort ... oder zumindest eine alternativlose Antwort)

Andernfalls (v. a. bei Abschlussarbeiten) empfiehlt es sich allerdings immer wieder mal aktuelle Publikationen hierzu zu lesen. Manchmal steht in Lehrbüchern oder Skripten auch was falsches/ bereits widerlegtes/"veraltetes"...

Enzyme im Extrazellularraum sind übrigens kein Widerspruch. Es gibt auch zahlreiche "Exoenzyme", die in den Extrazellularraum sezerniert werden. Gerade bei Vertebraten-Zellen ist um die Zellen herum immer noch eine enorm komplexe und von Zelltyp zu Zelltyp strukturell stark variierende extrazelluläre Matrix vorhanden. Sowohl Enzyme als auch strukturelle Proteine der Extrazellulären Matrix bzw. dern Vorstufen sind also extrazellulär vorhanden.

Membranfluss, Protein-sorting, Protein-Insertion etc...das ist ein sehr umfassendes und weitreichendes Gebiet. Aber ich denke, dass du dir da bereits einiges an Info zusammengestellt hast. Manchmal bringst du Kleinigkeiten etwas durcheinander aber das wird schon.

Versuch aber dir - das ist nämlich der einzige Weg eines erfolgreichen Studiums - in Zukunft vermehrt durch eigene Recherche ein klareres Bild bezüglich Detailfragen zu machen.

Aber i. A. gilt wie schon gesagt: "So wie's im Skript steht, schreibt man's am besten in der Prüfung!" C'est la vie

 

[klauba]

Hallo ich habe noch mal geschaut und hoffe es bringt dich auch weiter:
Das Oligosaccarid ist n gebunden an die saure Hydrolase, laut meiner Unterlagen. Das würde ja für eine N-Glykosilierung sprechen?
Sonst setze ich mich weiter mit der Thematik auseinander:

Was ich nicht ganz verstehe ist der Proteintransport:
Ist Kotranslationale Translokation ein Ablauf der am ER geschieht? Dazu sind meine Unterlagen zu schlecht. Somit wäre ja lysosomale Proteine,sekretierte Proteine und Transmembranproteine alle irgendwie "davon betroffen", da diese am Er hergestellt werden?
Unserem Dozent war es wohl irgendwie wichtig, das von Proteinen, die in den Zellkern, die Mitochondrien oder die Peroxisomen gehen abzugrenzen.

Unklar war mir auch, ob ein LDL-Rezeptor für seinen endolysosomalen Weg irgendwie markiert werden muss?

Das hängt mit folgender Problematik/Frage zusammen: Was machen PIPS genau? Ich habe sie als molekulare Haken verstanden, sodass der Escrt Komplex weiß, wann und wie er intraluminale Vesikel bilden muss auf dem Weg zum MultiVesicularBody. Den Zusammenhang von PIPS und ESCRT Komplex und Ubiquitinierung sind mir nicht so ganz klar.

Das letzte statement in meinen Unterlagen, das ich gar nicht verstehe ist: "Glykosilierung vermittelt Bindung an Proteine, wie Lektin". Lektin kam nur im Zusammenhang mit lipid rafts kurz vor. Ich dachte, dass Lektin die Zuckerreste von GDI verankerten Proteinen oder Membranproteinen, die in den lipid rafts mit eingebunden werden, "erkennt"?
Weisst du mehr?

 

[klauba]

Ich muss hier noch mal nach Input fragen und komme alleine trotz Recherchen einfach nicht weiter. Mein Problem ist wohl grundlegend, dass ich Proteinsortierwege der Zelle und den Nutzen von Proteinen für die Zelle nicht verstehe.
Wikipedia schreibt zB :
"Bei Eukaryoten kommt cotranslationaler Proteintransport vor allem bei Transport durch oder in die Membran des endoplasmatischen Retikulums (ER) vor. Durch Vesikeltransport können sich die membrangebundenen Proteine in die Membranen anderer Organellen oder in die Cytoplasmamembran über den sekretorischen Weg verteilen. Die aus diesem Grund an der ER-Membran sitzenden Ribosomen geben dem rauen ER seinen Namen. "

Das bedeutet doch, dass die cotranslational hergestellten Proteine, die halb in der ER Membran stecken oder eben ganz hineintranslatiert wurden, dann abgespalten werden in Vesikeln und zu ihrem Ziel gebracht werden?
Nur als Ziel der Proteine des ER kenne ich ja nur Membranproteine, sekretierte Proteine und lysosomale Proteine.

 

[cigouri]

Du solltest, glaube ich, mal am Besten ein richtiges Lehrbuch über Zellbiologie lesen. Zum Beispiel "Molekularbiologie der Zelle" von Alberts, Johnson, Lewis et al. Die Kapitel "Biomembranen", "Stofftransport" und alle anderen Kapitel ebenso, sind ausgezeichnet.

Wikipedia würde ich als Student nicht als "Literatur" bzw. als Wissensquelle verwenden, höchstens um mal kurz ein paar Stichworte zum einen oder anderen Thema zu extrahieren und sich eine groben Überblick über etwas zu verschaffen..

Vielleicht siehst du die Dinge auch etwas zu kompliziert, machst dir zu viele Gedanken, was für "Gemeinheiten" und "Kompliziertheiten" denn bei den Prüfungen oder Klausuren drankommen und bist (fälschlicherweise) der Ansicht, du müsstest das alles, d. h. diese ganzen zahlreichen Mechanismen, mit jedem einzelnen klitzekleinen Detail 'abspeichern' und punktgenau bei Klausuren reproduzieren können.

Dass du, wie du sagst, den "Nutzen von Proteinen" in Zellen nicht verstehst hat mich ehrlich gesagt etwas erschreckt und auch verwirrt. Es ist zudem sehr bedenklich, denn dies lässt eigentlich nur den Schluss zu, dass du etwas ganz Fundamentales in der Biologie nicht verstanden hast.

Jeder Bio-LKler und erst recht jeder Student einer biomedizinischen Wissenschaft, sollte sich eigentlich absolut über die fundamental wichtige Rolle von Proteinen in Zellen im Klaren sein. Bitte stell mir jetzt um Himmels Willen auch keine Fragen im Stile von "Was sind Proteine denn überhaupt?" oder "Wozu sind Proteine denn eigentlich gut?". Das muss man einfach wissen und verstehen...Period!

Du hast ja selbst gesagt, dass dein Problem "wohl grundlegend" ist.... Nun, gegen "grundlegende Verständnisprobleme" hilft nur "gründliche Aufarbeitung bzw. Nacharbeitung der Grundlagen". Mir ist auch aufgefallen, dass du, wenn du Fragen stellst, immer von einer Frage und einem Themenbereich zum nächsten "hüpfst" - und zwar 'übergangslos', was es etwas schwierig macht, mit dir wissenschaftlich zu kommunizieren.

So etwas tut ein Wissenschaftler (oder ein angehender Wissenschaftler) einfach nicht. Man konzentriert sich auf ein spezielles Thema, eine spezielle Fragestellung und klärt diese dann ab. Erst dann knöpft man sich das nächste Thema bzw. die nächste Fragestellung vor. Bitte "sortiere" dich doch mental in Zukunft etwas besser, das nützt dir selbst enorm und für Andere ist es auch angenehmer. Das ist ein sehr, sehr wohlmeinender Rat eines etwas älteren Naturwissenschaftlers- bitte nicht böse sein