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Chaperone und Hitzeschockproteine

Die Bedeutung von Chaperonen für die Faltung von Proteinen

Definition
Chaperone (nach engl. chaperone "Anstandsdame") sind Proteine, die die Faltung und Oligomerisierung anderer Proteine kontrollieren. Die Expression einiger Chaperone wird unter Stressbedingungen für die Zelle (z.B. bei erhöhter Temperatur oder chemischem Stress) induziert oder verstärkt, weshalb diese Proteine aus historischen Gründen den Namen Hitzeschockproteine (Hsp) bekamen. Unter extremen Bedingungen sorgen die Hitzeschockproteine für eine ATP-abhängige Rückfaltung denaturierter Proteine und erhöhen das Überleben des betroffenen Organismus. Viele dieser Hitzeschockproteine sind allerdings keine Chaperone.

Die Bezeichnung Hsp ist insofern irreführend, weil Chaperone auch unter Normalbedingungen sehr wichtige Funktionen in der Zelle wahrnehmen und bei der Faltung und Zusammenlagerung anderer Proteinen assistieren. Unstabile Proteinkonformationen mit starker Neigung zur Aggregation kommen häufig in der Zelle vor, diese werden durch Bindung der Chaperone an der Aggregation gehindert und ordnungsgemäß gefaltet und zu multimeren Komplexen zusammengelagert. Chaperone sind also wichtig für

  • die Faltung neu synthetisierter Proteine, indem sie die vorzeitige Faltung eines Proteins verhindern
  • den Transport in andere subzelluläre Kompartimente, da Proteine im gefalteten Zustand die Membran nicht passieren können
  • und die Assemblierung von Proteinuntereinheiten. Häufig assemblieren die Untereinheiten eines Proteins, bevor die endgültige Faltung der Untereinheiten abgeschlossen ist

Chaperone erkennen vermutlich Strukturelemente und hydrophobe Bereiche, die von Proteinen im ungefalteten Zustand exponiert werden (die bei nativen Proteinen aber im Inneren verborgen sind). Chaperonine sind eine Gruppe strukturverwandter Proteine, die in Bakterien, Mitochondrien oder Chloroplasten vorkommen. Zu diesen gehört beispielsweise das Rubisco-bindende Protein der pflanzlichen Organellen oder der GroEL/GroES- Komplex aus E. coli.

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