Translocon

Das Translocon ist ein Heterotrimer aus drei verschiedenen Untereinheiten:

Die Untereinheiten bilden eine Pore in der Membran, die im inaktiven Zustand an der Innenseite der ER-Membran durch die sogenannte Plug-Domäne verschlossen ist.

Basismechanismus

Polypeptide, die sezerniert oder in die Membran eingebaut werden sollen, sind durch eine N-terminale Signalsequenz gekennzeichnet. Diese wird durch ein Signalerkennungspartikel (SRP) erkannt, das an die neusynthetisierte Polypeptidkette und das Ribosom bindet. Die Translation wird vorübergehend unterbrochen und der Komplex wandert zum rauen ER (RER). Dort interagiert das SRP mit dem SRP-Rezeptor und es kommt zur Konformationsänderung. Es entsteht ein "Prehandover-Komplex", bei dem die Sec61-Bindungsstelle des Ribosoms zugänglich wird. Anschließend findet die Übertragung des Ribosoms und der Polypeptidkette zum Translocon statt. Durch die Bindung kommt es wiederum zu einer Konformationsänderung, die in der Öffnung der Pore resultiert. Nach GTP-Hydrolyse dissoziieren das SRP sowie der SRP-Rezeptor und die Translation wird über das Translocon fortgesetzt.

Signalsequenz

Signalsequenzen sind kurze hydrophobe Peptidabschnitte. Sie bestimmen den Transportweg, enthalten aber auch Informationen über die Abspaltung durch Signalpeptidpeptidasen sowie über die Funktion, die das Protein nach dem Erreichen des Bestimmungsortes erfüllt. Der Aufbau der Signalsequenz definiert, ob die Polypeptidkette in die Membran inseriert oder vollständig ins ER-Lumen überführt wird.

Membranproteine

Bei der Biosynthese von Membranproteinen findet die Insertion der Transmembrandomänen cotranslational statt. Die Polypeptidkette wird hierbei nicht vollständig durch das Translocon geleitet, sondern durch eine seitliche Öffnung in die umgebende Doppellipidschicht eingefügt.

Sekretorische Proteine

Sekretorische Proteine werden vollständig durch die Pore des Translocons geleitet und die Signalsequenz durch eine Signalpeptidpeptidase abgespalten. Sie können nun über das Endomembransystem weiter zu ihrem Bestimmungsort transportiert werden.

Zusätzliche Faktoren

Einige Proteine benötigen für den cotranslationalen Transport weitere Faktoren, die an das Translocon binden und den Translokationsprozess unterstützen. Zu diesen "Gating-Assistenten" zählt u.a. der tetramere TRAP-Komplex sowie die Proteine Sec62 und Sec63.

• O'Keefe et al. Membrane protein biogenesis at the ER: the highways and byways FEBS J 2021
• Liaci und Förster Take Me Home, Protein Roads: Structural Insights into Signal Peptide Interactions during ER Translocation Int J Mol Sci 2021