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Chaperone und Hitzeschockproteine

Proteine, deren Faltung ein Propeptid benötigt

Definition
Verschiedene Proteine oder Polypeptide wie beispielsweise auch das Insulin werden mit einem Propeptid synthetisiert, einer kurzen Sequenz, die am N-Terminus des Proteins lokalisiert ist. Im Verlauf der Reifung des Proteins wird dieses Propeptid abgespalten. In vielen Fällen ist das Propeptid essentiell für die korrekte Faltung des Proteins.

Interleukin-1β und Renin falten sich auch ohne die Anwesenheit des Propeptids in ihre korrekte Konformation. Im Gegensatz dazu lässt sich reifes Subtilisin nach einer Denaturierung in vitro nicht zurückfalten, es sei denn, das Propeptid wird hinzugefügt. Das ist eigentlich erstaunlich, denn das Propeptid ist nun nicht mehr kovalent an das reife Protein gebunden, wie es unter natürlichen Bedingungen in der Zelle der Fall wäre. Ganz ähnlich verhält sich dies für einige Proteasen, Activin A und TGF-1β. Wenn diese Proteine biotechnologisch hergestellt werden sollen, werden das Gen für das reife Protein und die DNA-Sequenz, die das Propeptid codiert, gemeinsam in einer Zelle exprimiert, um ein biologisch aktives Protein zu erhalten.

Wie kann das Propeptid die korrekte Faltung eines Proteins unterstützen?

Am Beispiel einer Protease (α-lytische Protease) lässt sich zeigen, wie ein Propeptid an der Faltung beteiligt sein kann. Faltet sich diese Protease in vitro in Abwesenheit des Propeptids, erreicht sie einen Intermediärzustand, der mit dem molten globule-Zustand vergleichbar ist. Das bedeutet, dass die Sekundärstrukturen im Wesentlichen ausgebildet sind und das Protein eine mehr oder weniger stabile Konformation erreicht hat, die Tertiärstruktur-Wechselwirkungen aber noch fehlen. Anders als die meisten Proteine in molten globule-Konformation ist diese teilgefaltete Protease in Lösung über längere Zeit stabil, kann sich aber nicht in ihre endgültige Konformation falten. Wird nun das Propeptid hinzugegeben, kann dieses möglicherweise Wechselwirkungen innerhalb der Polypeptidkette unterbinden und ermöglicht so den weiteren Fortgang der Faltung. Wie das Propeptid dies bewerkstelligt, ist noch nicht bekannt.

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