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Proteinfaltung

Der molten globule-Zustand

Die meisten Proteine kommen nur in zwei Zuständen vor, sie sind entweder gefaltet oder ungefaltet. Das heißt nicht, dass es keine partiell gefalteten Übergangszustände gibt, aber diese sind deutlich weniger stabil und damit sehr viel kurzlebiger als der N- oder U- Zustand. Eine Ausnahme ist die sogenannte molten globule-Konformation, die einige Proteine einnehmen können. Dieser Zustand kann entweder als ein dritter Zustand oder eine Variante des ungefalteten Zustands betrachtet werden. Das Chaperon GroEL scheint beispielsweise Proteine in dieser molten globule-Konformation zu binden, um dann deren weitere Faltung in die native Konformation zu beschleunigen.

Der molten globule-Zustand ist charakterisiert durch folgende Eigenschaften:

  • das Protein ist relativ stark kondensiert, der Stokes-Radius ist nicht oder nicht viel größer als der des nativen Proteins
  • es enthält im Wesentlichen die gleichen Sekundärstruktur-Bereiche wie das native Protein
  • vielen Seitenketten fehlen die Tertiärstruktur-Interaktionen des gefalteten Zustands
  • das Protein ist in diesem Zustand erheblich flexibler als im voll gefalteten Zustand
  • häufig verhält sich das Protein quasi klebrig, d.h. nicht-polare Reste sind auch auf der Oberfläche vorhanden
  • falls das Protein ein Enzym ist, ist es in dieser Konformation inaktiv

Ein Beispiel für einen molten globule-Zustand: Colicin A

Bei einer ganzen Reihe von Prozessen sind massive Konformationsänderungen eines Proteins beteiligt. Beispiele sind Einlagerungen von Proteinen in Membranen oder die Translokation durch Membranen, falls die beteiligten Proteine nicht cotranslational modifiziert werden. Das Membran-aktive Toxin Colicin A ist ein Protein, dass zur bakteriellen Zielzelle gelangen und dort in die Membran eindringen muss, um die Zelle töten zu können. Die porenbildende Domäne des Toxins besteht aus zehn α-Helices, von denen zwei aus hydrophoben Resten bestehen, die zunächst im Inneren des Proteins verborgen sind.

Abb.1
Die molten globule-Umlagerung

An der Membran wendet sich das Protein von innen nach außen, d.h. die innen liegenden hydrophoben Helices werden nach außen gebracht und können nun in die hydrophobe Membran eindringen. Dabei spielen die stark negativ geladenen Lipoproteine der bakteriellen Zielzelle eine wichtige Rolle, denn dieser Umlagerungsprozess ist pH-abhängig: bei pH-Werten um zwei nimmt Colicin A eine molten globule-Konformation ein.

Literatur

Anfinsen, C. B. (1967): The formation of the tertiary structure of proteins. In: Harvey Lect.. 65 , 95
Martin, J.; Langer, T.; Boteva, R.; Schramel, A.; Horwich, A. L.; Hartl, F. U. (1991): Chaperonin-mediated protein folding at the surface of GroEL through a 'molten globule'-like intermediate. In: Nature. 352 , 36-42
Ogushi, M.; Wada, A. (1989): 'Molten globule' state: a compact form of globular proteins with mobile side-chains. In: FEBS Lett.. 164 , 21-24.
Ptitsyn, O. B. (1995): Molten globule and protein folding. In: Adv. Prot. Chem.. 47 , 83-229
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