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Proteinfaltung

Kinetik der Faltung

Die Faltung eines Proteins ist ein Prozess, der oft aus mehreren Phasen besteht. Zu den schnellen Phasen der Faltung gehört beispielsweise der hydrophobe Kollaps der Polypeptidkette, die Bildung von Wasserstoff-Brücken und die Ausbildung der sekundären Strukturelemente. Diese gehen im Bereich von Mikrosekunden vonstatten, während langsame Phasen im Sekundenbereich verlaufen. Beispiele für eine langsame Faltung sind RNase A oder Thioredoxin, während z.B. bei Lysozym oder Cytochrom c die schnelle Phase der Faltung dominiert. Es gibt allerdings nur sehr wenige Proteine, die überhaupt keine langsame Faltungsphase aufweisen.

Enzyme, die für die Proteinfaltung wichtig sind

Große Proteine falten sich in der Regel eher langsam. In vielen Fällen ist diese langsame Phase durch die Isomerisierung der Prolin-Amid-Bindung bedingt. Aminosäuren sind über eine Amid-Bindung miteinander verknüpft, die eine cis- oder trans-Konfiguration aufweisen kann. In Proteinen ist die trans-Konfiguration um den Faktor 100 bis 1000 bevorzugt, so dass cis-Bindungen selten sind. Eine besondere Stellung nimmt das L-Prolin ein, da Prolin als einzige Aminosäure eine Ringstruktur besitzt, die die Orientierung im Raum stark einschränkt. Für die korrekte Faltung des Proteins muss ein Teil der Amid-Bindungen in die trans-Konfiguration gebracht werden (langsame Phase der Faltung), bevor die endgültige Faltung vonstatten gehen kann. Diese Reaktion, die auch spontan abläuft, wird durch die Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerase (PPI) beschleunigt.

Abb.1
Prolyl-cis/trans-Isomerisierung

Ein weiteres wichtiges Faltungsenzym im Lumen des ER1) eukaryontischer Zellen ist die Protein-Disulfid-Isomerase. Dieses Protein katalysiert Thiol-Disulfid-Austauschreaktionen, also die Oxidation, Reduktion und die Umlagerung von Disulfid-Brücken bei einer ganzen Palette von Proteinen. Im Verlauf der Faltung eines Proteins werden Disulfid-Brücken gebildet und wieder gelöst, bevor die endgültige Konformation erreicht ist.

Weiterführende Informationen

Siehe zur Vertiefung: Website v. A. Fersht (University of Cambridge, UK) und dort vorhandene Literaturhinweise.

1)ER: endoplasmatisches Retikulum
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