zum Directory-modus

Tutorial MenueProteinaufbauLerneinheit 3 von 3

Proteinmodifikationen

Die Modifikation von Aminosäuren

Definition
Sekretierte Proteine, Lumen- und Membranproteine werden häufig sowohl co- als auch posttranslational chemisch modifiziert. Diese Modifikationen können die Eigenschaften eines Proteins (Ladung, Hydrophobizität, Konformation und/oder Stabilität) erheblich verändern.

Diese Isoformen eines Proteins können teilweise gelelektrophoretisch nachgewiesen werden (Phosphorylierung erhöht z.B. die negative Ladung des Proteins), allerdings verändert eine Glycosylierung die Ladung des Proteins nicht. Glycosylierungen lassen sich nachweisen, indem Antikörper, die bestimme Epitope eines Proteins (z.B. Zuckerreste) erkennen, zu dem Protein gegeben werden. Auch Lectine und Digoxigenin binden an Zuckerreste. Mitunter ergibt aber erst die massenspektrometrische Analyse Aufschluss über die Art und genaue Position der Modifikation im Molekül.

Die Bedeutung der Modifikationen: einige Beispiele

  • Die Aktivität vieler regulatorischer Proteine wird über die Phosphorylierung von bestimmten Aminosäuren gesteuert. Bei Eukaryonten ist es vor allem die Phosphorylierung von Ser-, Thr-, Tyr- oder His-Resten von Proteinen, die an Signalkaskaden beteiligt sind. Bei Bakterien sind es vor allem Asp- und His-Reste (in Zweikomponenten-Regulatorsystemen).
  • Auch eine Adenylierung (Addition von AMP) oder Uridylierung (Addition von UMP) kann die Aktivität eines Proteins beeinflussen, wie z.B. bei der Glutamin-Synthetase und dem Regulatorprotein PII im Stickstoff-Metabolismus von E. coli.
  • Auch für Strukturproteine spielen Modifikationen eine wichtige Rolle. Die Hydroxylierung von Collagen zum Hydroxycollagen ist essentiell für die Stabilität von Bändern und Gewebe. Fehlt das entsprechende Enzym, die Prolyl-4-Hydroxylase im Organismus, kommt es zu schwerwiegenden Defekten (z.B. Skorbut).
Abb.1

Schema eines N-glycosidisch modifizierten Proteins. Protein-Modifikationen finden in verschiedenen Kompartimenten der eukaryontischen Zelle statt. Da jedes Kompartiment über bestimmte Enzyme verfügt, die diese Modifikationen katalysieren, lässt die Art der Modifikation eines unbekannten Proteins Rückschlüsse auf seine Lokalisation in der Zelle zu. Die Acetylierung von Histonen kann z.B. im Cytosol oder im Nucleus stattfinden. Während im Cytosol hauptsächlich α-Aminosäuren acetyliert werden, sind es im Nucleus die Lysin-Reste. Proteine, die über den Golgi-Apparat an die Zelloberfläche transportiert werden, werden in der Regel N- und O-glycosidisch modifiziert.

Tab.1
ZellstrukturKompartimentBeispiel für Modifikation
NucleusIntrazellulärAcetylierung (z.B. von Histonen an der ε-Amino-Gruppe)
LysosomIntrazellulärN-Verknüpfung mit Mannose-6-phosphat
MitochondriumIntrazellulärN-Formyl-Acylierung
ChloroplastIntrazellulärN-Formyl-Acylierung, N-und O-Verknüpfung mit Oligosacchariden, Anhängen von Sulfat-Gruppen, Palmitoylierung
Endoplasmatisches ReticulumIntrazellulärN-Verknüpfung mit Oligosacchariden, Anhängen von GPI- Ankern
CytosolIntrazellulärAcetylierung, Methylierung, Phosphorylierung
RibosomIntrazellulärMyristylierung
PlasmamembranZelloberflächeN- und O-Glycosylierung, Anhängen von GPI-Anker
extrazelluläre FlüssigkeitExtrazellulärN- und O-Glycosylierung, Acetylierung, Phosphorylierung
extrazelluläre MatrixExtrazellulärN- und O-Glycosylierung, Hydroxylierung, Phosphorylierung
Seite 3 von 4