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Vom Gen zum Protein

Proteinreifung

Mit der Ablösung vom Ribosom bzw. von der tRNA ist die Synthese des Proteins noch lange nicht abgeschlossen. Am bekanntesten sind die Abspaltung des N-terminalen Formyl-methionins und die Ausbildung von Disulfid-Brücken. Während aber bei Prokaryonten nur noch relativ wenige Modifikationen stattfinden, wird bei Eukaryonten das neuentstandene Peptid in erheblichem Maße verändert. Sogar die dreidimensionale Struktur wird umgefaltet. An Serine und Threonine werden Phosphat- oder Sulfat-Gruppen, sowie hochkomplizierte Oligosaccharide bis hin zu Glycolipiden angehängt. In zahlreichen Fällen werden die Peptidketten spezifisch gespalten, so dass kleinere Peptide, wie die Peptidhormone und Endorphine entstehen. Proteine, die aus der Zelle ausgeschleust werden, werden um das Ausschleusungsignal gekürzt. Für alle diese Umwandlungen verwendet man den Sammelbegriff "Proteinreifung".

Faltung

Die dreidimensionale Struktur der Proteine wird durch die Primärstruktur festgelegt . Diese Aussage ist richtig, wenn man damit nicht ausschließlich festlegt, dass die Struktur, die sich aus der zeitlichen Abfolge der Kettenverlängerung ergibt, irreversibel festgelegt ist. Tatsächlich falten sich die neuen Proteine zunächst nach den Einfluss unmittelbar benachbarten Aminosäuren (z.B. als α-Helix), dann nach der Gesamthydrophobie bestimmter Domänen. In vielen Fällen kann aber dadurch allein keine funktionell Struktur gebildet werden. Deshalb gibt es Faltungshelfer (die so genannte Chaperone, die letztlich unter Energieaufwand für die korrekte Faltung sorgen.

Glycosylierung

Bei Eukaryonten werden quasi alle Proteine mit Zuckerseitenketten versehen. Ihre Funktion ist häufig nicht verstanden. Werden aber Proteine biotechnologisch so hergestellt, dass Ihnen die Glycosylierung fehlt, so können sie zwar in vielen Fällen ihre enzymatische Funktion erfüllen, aber als Impfstoff sind sie nicht verwendbar. Die menschlichen Antikörper akzeptieren nur korrekt glycosylierte Proteine. Aus diesem Grunde muss man häufig auf die relativ einfach durchführbare Biosynthese in E.coli verzichten und auf Hefekulturen oder sogar auf Human-Zellkulturen ausweichen.

Disulfid-Brücken

Disulfid-Brücken sind ein wichtiges Strukturelement von Proteinen. Zwei bekannte Beispiele für Cystin-enthaltende Polypeptide/Proteine sind das Keratin der Haare, das man mit Hilfe oxidierender Waschmittel dauerhaft umformen kann (Dauerwelle) oder das Insulin der Pankreas, das aus zwei über Disulfid-Brücken verbundenen Ketten besteht. Bei der industriellen Proteinbiosynthese ist die Ausbildung der korrekten Disulfid-Brücken ein ständiges Problem.

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