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Proteinfaltung

Wie falten sich Proteine?

Proteine müssen korrekt gefaltet sein, um ihre biologische Funktion ausüben zu können. Dies bedeutet, dass nach der Synthese am Ribosom die lineare Polypeptidkette in die entsprechende Sekundär-, Tertiär- und Quartärstuktur überführt werden muss. Wie funktioniert das? Ende der 50-iger Jahre machten Christian B. Anfinsen und seine Kollegen (National Institutes of Health in Bethesda, Maryland) eine wichtige Entdeckung: sie zeigten, dass die gesamte Information für die korrekte Faltung eines Proteins in der Aminosäure-Sequenz verborgen sein kann. Nach damaligem Verständnis sollte die Kenntnis der Aminosäure-Sequenz allein ausreichen, um die Konformation eines Proteins vorhersagen zu können.

Dies ist leider nicht immer der Fall. Vor allem große Proteine oder Membranproteine benötigen häufig die Hilfe anderer Proteine, der sogenannten Chaperone (engl.chaperone "Anstandsdame"), die dafür sorgen, dass ein Polypeptid korrekt gefaltet und assembliert wird. Besonders wichtig ist das bei der Synthese von Membranproteinen, die im wässerigen Milieu der Zelle nicht stabil wären. Weiterhin sorgen Enzyme dafür, dass Disulfid-Brücken geknüpft und Signalpeptide abgespalten werden.

Die Anwesenheit eines fehlgefalteten Proteins kann fatale Auswirkungen für die Zelle haben. Eine Reihe von Krankheiten sind auf inkorrekte Faltung von Polypeptiden zurückzuführen, die entweder durch Mutationen im Gen des entsprechenden Proteins verursacht werden oder durch die Interaktion eines korrekt gefalteten mit einem fehlgefalteten Protein- wie zum Beispiel bei den spongiforme Enzephalopathien.

Auf den folgenden Seiten sollen nun einige Aspekte der Proteinfaltung genauer untersucht werden.

Abb.1

Ein ungefaltetes Protein bindet in Inneren des Hohlraums, der durch die Untereinheiten des Chaperons GroEL gebildet wird, indem vermutlich die hydrophoben Anteile des Proteins (die ja normalerweise im Inneren liegen würden), erkannt werden. Unter ATP-Verbrauch werden fehlerhafte intramolekulare Interaktionen gelöst und so eine Neufaltung des Proteins ermöglicht. GroES beeinflusst die Faltungsaktivität von GroEL, indem es die ATPase-Aktivität reguliert. Ohne gebundenes Substratprotein wird diese ATPase durch GroES inhibiert.

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