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Tutorial MenueTransport und TransportmoleküleLerneinheit 1 von 3

Transportmoleküle

Die Rolle von Lipiden bei der Regulation von Membranenzymen

Proteine und damit auch Enzyme können auf ihrer Oberfläche sehr verschiedene physiko-chemische Merkmale aufweisen. Diese hängen davon ab, welche Aminosäurereste auf der Oberfläche frei zugänglich sind. Somit können sich auf einem bestimmten Proteinmolekül hydrophile und lipophile Bereiche abwechseln.

Proteine mit lipophilen Domänen auf ihrer Oberfläche lagern sich im wässrigen Milieu so zusammen, dass sie ihre lipophilen Domänen einander zuwenden und diese vor dem wässrigen Milieu abschirmen.

Membranproteine tauchen mit ihrer lipophilen Domäne in die Bilayer-Schicht ein und werden darin festgehalten. Jeder Versuch, die Bilayer-Schicht zu verlassen, brächte unweigerlich die lipophile Domäne in Kontakt mit der wässrigen Phase im Cytoplasma bzw. im Extrazellulärraum. Innerhalb der zweidimensionalen Flüssigkeitsschicht der Membran sind Membranproteine jedoch frei beweglich.

Lipide bilden also das Gerüst, in dem die Enzyme verankert sind. Dadurch stabilisieren sie die Enzyme vor Denaturierung und erleichtern den Kontakt zu anderen Membrankomponenten, z.B. zu lipophilen Substraten.

Tab.1
Beispiele für lipidabhängige Enzyme
EnzymVorkommenKatalysierte ReaktionAktivator
β-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase (BDH), (E.C. 1.1.1.30)Innere Oberfläche der inneren MitochondrienmembranOxidation von D-β-Hydroxybutyrat durch NAD+Phosphatidylcholin
Pyruvat-Oxidase (E.C. 1.2.3.3)Cytoplasma; nach Bindung von Substrat und Cofaktor (Thiaminpyrophosphat) findet eine Konformationsänderung statt und eine Membranbindungsstelle wird exponiert. Damit steigt die Affinität des Enzyms für Phospholipide.Oxidiert Pyruvat zu Essigsäure + CO2, Reduktion von UbiquinonLipide, anionische und kationische Detergenzien
Ca2+-ATPase (E.C. 3.6.1.38) Sarkoplasmatisches Retikulum aus SkelettmuskelTransport von Ca2+-Ionen in das sarkoplasmatische Retikulum; dadurch sinkt der Spiegel an cytoplasmatischem Ca2+ während der MuskelentspannungLipide (30 Phospholipid-Moleküle/ATP-Molekül)

Auch die Viskosität der flüssigen Membran, die hauptsächlich durch den Gehalt an Cholesterol bedingt wird, beeinflusst in direkter Weise die Enzymfunktion. Membrangebundene Enzyme scheinen sich während der Katalyse zu bewegen. Außerdem funktionen sie nur dann korrekt, wenn die Viskosität der umgebenden Membran konstant bleibt (Cossins und Bowler 1987). Die Membran von Organismen in kälterer Umgebung, z.B. bei Kaltwasserfischen, enthält mehr ungesättigte Fettsäuren, und ist daher weniger viskös.

Literatur

Cossins, A. R.; Behan, M.; Jones, G.; Bowler, K. (1987): Lipid-protein interactions in the adaptive regulation of membrane function.. In: Biochem. Soc. Trans.. 15 , 77-81

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